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Verfahren zum Trennen von leichtflüchtigen und schwerflüchtigen Metallen
Ein Verfahren, welches im letzten Jahrzehnt praktische Anwendung in großem Maßstabe
auf den Metallhütten gefunden hat, z. B. zur Trennung von Kupfer und Zink, von Kupfer
und Zinn in Altstoffen, von Kupfer und Blei in Speisen, Schwarzkupfer u. de-Il.,
ist das Verblasen dieser Stoffe im Konverter. Die hierfür auf den Metallhütten verwendeten
Konvertoren sind stehende oder liegende, mit feuerfesten Baustoffen ausgekleidete
Zylinder aus Eisenblech, deren Mauerwerk an einer Seite von Luftdüsen zum Einblasen
der Preßluft durchsetzt ist. Die Konvertoren können zum Zwecke des Füllens bzw.
Entleerens gekippt werden.
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Der Konverter als solcher sowie das Verblasen im Konverter enthalten
verschiedene Nachteile.
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Ein Nachteil des Konverters liegt darin, daß der Teil des Mauerwerks,
der die Düsenöffnungen umgibt, außerordentlicher Beanspruchung ausgesetzt und infolgedessen
rasch zerstört wird, so daß eine häufige Erneuerung des Mauerwerks in der Düsenzone
und des umliegenden Mauerwerks eintreten muß.
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Ein verfahrenstechnischer Nachteil des Verblasens im Konverter - ebenso
des Raffinierprozesses in feststehenden Flammenöfen - zeigt sich in dem metallurgischen
Ergebnis. Durch die eingepreßte Luft in das geschmolzene Metallbad wird außer den
leichtflüchtigen Stoffen auch ein bedeutender Teil der schwerflüchtigen Metalle
oxydiert, so daß am Schlusse des Prozesses, z. B. beim Verblasen von Kupferlegierungen
neben metallischem Kupfer, eine beträchtliche Menge Kupferschlacke entfällt, welche
in einem besonderen Prozeß (im Schachtofen) wieder zum Metall reduziert werden muß.
Verblaseschlacken haben bis 3511, Kupfer, Kupferraffinierschlacken aus feststehenden
Flammöfen sogar bis 5o°/0.
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Die geschilderten Nachteile lassen sich vermeiden, wenn das im folgenden
näher beschriebene Verfahren angewendet wird.
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Es erscheint zweckmäßig, zunächst Beobachtungen vorauszuschicken,
welche im Laufe vieler Jahre von dem Erfinder beim Verblasen von Legierungen und
Zwischenprodukten aus Kupfer und flüchtigen Metallen gemacht worden sind. Das Hauptergebnis
dieser Beobachtungen gipfelt in der vom Erfinder gewonnenen Erkenntnis, daß Koks
oder ähnliche reduzierende Stoffe berufen sind, eine ausschlaggebende Rolle bei
Prozessen dieser Art zu spielen. Eine gute Verflüchtigung wird bedingt durch die
Möglichkeit eines Spiels von Metall zwischen Oxydation und wieder folgender Reduktion,
welche dadurch geschaffen werden kann, daß das durch Preßluft zerstäubte Metall
fortwährend mit Reduktionsstoffen in Berührung bleibt. Ist diese Möglichkeit nicht
vorhanden, so werden auch die leichtflüchtigen Metalle nur zum
kleineren
Teil verflüchtigt, der größere Teil bleibt als Oxyd auf dem Metallbad schwimmen
und bildet mit einem Teil des oxydierten schwerflüchtigen Metalls eine Schlacke,
welche einer komplizierten Weiterbehandlung unterworfen werden muß.
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Der Verlauf zweier Chargen, welche hintereinander angesetzt in ein
und demselben Konverter verblasen wurden und welche in ihrem Unterschied das Wesentliche
der Metallverflüchtigung- zum Ausdruck bringen, soll im folgenden geschildert werden:
Ein mit Magnesitsteinen ausgemauerter Konverter wurde mit Koks bis an den Rand gefüllt
und der Koks zur Weißglühhitze geblasen. Gleichzeitig wurde in einem Kupolofen zinnreiches
Schwarzkupfer mit etwa 18 11, Zinn geschmolzen und hiervon a5oo kg flüssig
in einer Gießpfanne bereitgestellt. Sodann wurde der glühende Koks durch Kippen
vollständig aus dem Konverter entfernt und in den leeren Konverter mit seiner weißglühenden
Innenwand die heiße, flüssige Zinnbronze hineingegossen. Der Konverter wurde hochgedreht
und sofort mit Durchblasen von Preßluft begonnen. In der Konverteröffnung zeigte
sich schwache Rauchentwicklung, welche etwa nach 2o Minuten aufhörte, worauf eine
rauchlose Flamme von grüner Farbe stark verbrennendes Kupfer anzeigte. Das Blasen
wurde abgebrochen und der Konverter gekippt. 30"/, des Kupfers wurde in stark sauerstoffhaltigem
Zustand als Metall ausgebracht. Fast das ganze Zinn hatte eine Kupferstannatschlacke
von hohem Schmelzpunkt gebildet, welche z. T. auf dem Kupfer schwamm, z. T. aber
in dicker Schicht die innere Konverterw andung überzog, auf dieser eine zweite Innenhaut
bildend.
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Eine gleiche Charge wurde in gleicher Weise vorbereitet und verarbeitet
mit dem Unterschied jedoch, daß im zweiten Falle z 5o kg Koks im Konverter belassen
wurden. Es zeigte sich, daß, im Gegensatz zur kokslosen Charge, sofort nach Beginn
des Blasens dicke, weiße Wolken von Zinnoxyd aus der Konverteröffnung ausgestoßen
wurden, ein Zustand, welcher etwa 2o Minuten anhielt. Nach dem Kippen des Konverters
zeigte sich, daß 5o010 des Kupfers metallisch ausgebracht worden waren und daß das
Innenmauerwerk des Konverters blanke Steine zeigte, somit keinen Überzug von Stannatschlacke
aufwies. Während im ersten Fall fast das gesamte Zinn als Stannat im Konverter verblieben
war, war es im zweiten Fall möglich, es als losen weißen Oxydrauch außerhalb des
Konverters aufzufangen. Als Nachteil im zweiten Falle mußte festgestellt werden,
daß das Düsenmauerwerk sehr gelitten hatte und kaum noch weitere Chargen hätte aushalten
können. Auf die in diesen beiden Beobachtungen gemachten Erfahrungen gründet sich
das im folgenden näher beschriebene Verfahren, das darin besteht, daß das Verblasen
unter dauerndem Bedeckthalten des Bades mit von vornherein zugegebenen Reduktionsstoffen
in einem drehbaren Trommelofen, der ständig um 36o' umgewälzt wird, vorgenommen
wird, und daß dabei die für den Prozeß notwendige hohe Temperatur durch eine Heizflamme
aufrechterhalten wird.
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Wie aus dieser Charakterisierung hervorgeht, handelt es sich bei dem
Verfahren nach der Erfindung um ein Verblaseverfahren, dessen wichtigstes Verfahrensmerkmal
darin besteht, daß das Verblasen unter dauerndem Bedeckthalten des Bades mit von
vornherein zugegebenen Reduktionsstoffen vorgenommen wird. Auf diesem Hauptmerkmal
beruht das weitere wesentliche :Merkmal, daß das Verfahren in eine drehbare, mit
einer Beheizung versehene Trommel verlegt ist.
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Das Verfahren unterscheidet sich grundsätzlich von den bekannten Konvertorprozessen.
Bei dem Konvertorprozeß wird der Konverter zunächst heißgeblasen und sodann die
Charge eingefüllt und verblasen. Der Konvertorverblaseprozeß muß, da nur mit der
aufgespeicherten Wärme gearbeitet wird, in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden.
Er erfolgt aus diesem Grunde unter Einblasen sehr großer Luftmengen pro Zeiteinheit,
die eine starke Durchwirbelung des Bades bedingen und ein Bedeckthalten mit Reduktionsstoffen
naturgemäß unmöglich machen. Die Folge ist ferner, daß, wenn auch Reduktionsstoffe
beim Verblasen angewendet werden, doch die Oxydation die Oberhand hat. Es folgt,
wie dies ja bekannt ist, eine starke Oxydation und damit verbunden eine erhebliche
Schlackenbildung. Dies ist auch der Fall bei einem bekannten Verfahren, das sich
von den üblichen Verblaseverfahren im Konverter nur dadurch unterscheidet, daß nach
dem eigentlichen Verblaseprozeß, also nachdem die auszutreibenden Bestandteile verschlackt
bzw. teilweise verflüchtigt sind, zur Reduktion der oxydierten Bestandteile des
zurückbleibenden Bades ein Nachverblasen in Gegenwart von Reduktionsmitteln erfolgen
soll.
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Von den bisherigen Verblaseverfahren ist der Erfinder vollständig
abgewichen insofern, als er einen Verflüchtigungsprozeß ohne Schlackenbildung anstrebt.
Dies gelingt ihm dadurch, daß er das Verfahren in einen drehbaren Ofen verlegt und
das Verblasen unter Verwendung einer ständigen Feuerung durchführt. Hierdurch ist
man in der Lage, von der bisherigen Art des Verblasens in einer möglichst kurzen
Zeit abzugehen. Man ist
nicht mehr gezwungen, mit so großen Luftmengen
in der Zeiteinheit zu arbeiten wie vorher. So wurde z. B. ein Vergleichsversuch
mit 5 t Einsatzgut ausgeführt. Während beim Verblasen nach dem üblichen Konvertorprozeß
ein Kompressor von 5o cbm notwendig war, konnte das Verblasen nach dem Verfahren
der Erfindung mit einem 5 bis io cbm Kompressor durchgeführt werden. Die Folge einer
solchen Arbeitsmöglichkeit ist, daB eine Durchwirbelung des Bades, wie dies beim
Konvertorprozeßder Fall ist, nicht erfolgt, sondern e5 kann das Bad während des
ganzen Verfahrens mit Reduktionsmitteln bedeckt gehalten werden. Hierdurch ist es
möglich, Oxydation und Reduktion in gleichen Grenzen zu halten, so daß also eine
Überoxydation und eine Schlackenbildung nicht mehr eintritt. Die Entfernung auszutreibender
Bestandteile erfolgt lediglich durch Verflüchtigung derselben.
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Fig. i und 2 zeigen Längs- und Querschnitte eines geeigneten Ofens.
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wist der um 36o ° nach beiden Seiten drehbare Ofen mit der üblichen
feuerfesten Auskleidung. Die Düsen sind an einer oder beiden Stirnseiten so angeordnet,
daß sie nicht fortlaufend von dem heißen Bad bespült weiden, sondern während des
Drehens immer wieder aus dem Bad austreten und oberhalb desselben abkühlen können.
Die Zeichnung zeigt 2o Düsen b mit je einem Düsenkasten c, welche mit dem schmiedeeisernen
Luftzuführungsring d durch je ein Rohr oder Metallschlauch e verbunden sind. Das
Hauptwindrohr d ist zwischen den einzelnen Düsenableitungen durch Scheidewände f
in einzelne luftdichte Kammern unterteilt. Eine Abdichtung nach außen erfolgt durch
die in Stopfbüchse gepackte ringförmige Platte g. Während die runde Windleitung
d mit dem Ofen rotiert, steht der Ring g fest und ist mit dem Hauptwindrohr h fest
verbunden. Das Rohr h mündet in einen sektorförmigen Windkasteni, der ebenfalls
mit g fest verbunden ist. Bei g1 hat der Ring g Öffnungen, welche sich über den
ganzen Windkasten i erstrecken. Es wird hierdurch erreicht, daß der Kompressorwind
nur durch die Düsen streichen kann, welche in das Metallbad eintauchen. Die anderen
Düsen werden durch den Ring g abgeschlossen. Zwei Ölbrenner k sind als Zusatzfeuerung
vorgesehen, um im Bedarfsfalle die Temperatur zu erhöhen. Der Abgaskanal Z paßt
sich möglichst der frei bleibenden Öffnung an der Stirnseite des Ofens an und ist
wie die Brenner feststehend gegen den sich drehenden Ofen.
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Das Verfahren geht wie folgt vor sich: Mit Hilfe des unter dem Abgaskanal
angeordneten Brenners wird das Material in dem Ofen geschmolzen. Es ist hierbei
darauf zu achten, daß nur so viel Metall eingeschmolzen wird, daß dasselbe nur bis
an den unteren Rand der Düsenöffnungen (im Beispiel nach Fig. i und z bis an den
unteren Rand der tiefstehenden Düse) zu stehen kommt, da sonst die Düsen, solange
noch keine Preßluft durch sie durchgeführt wird, voll flüssiger Schmelze laufen
würden. Ist das Badniveau bis an die Düsenöffnungen gestiegen, wird Preßluft auf
den Ofen gesetzt, und durch Zufüllen festen Metalls kann nun der Ofeninhalt weiter
vermehrt werden. Die Oberfläche des Bades wird zugleich so mit Koks oder ähnlichen
stückförmigen Brennstoffen bedeckt, daß die Brennstofffläche eine zusammenhängende
Decke auf der Badoberfläche bildet. In dem Maße, wie der Brennstoff verbraucht wird,
ist er nachzusetzen. Sind alle flüchtigen Bestandteile aus dem Metallbad entfernt,
kann dieses in bekannter Weise durch eine Öffnung am Umfang des Ofens abgestochen
werden.
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Auch beim Verblasen von Schwefelverbindungen kann es erforderlich
sein, das Bad mit der reduzierenden Brennstoffschicht zu bedecken. Handelt es sich
z. B. um gemischte Schwefelverbindungen, wie z. B. bleiischen Kupferstein, so wird
eine Brennstoffschicht sehr zur Verflüchtigung des Bleis beitragen.
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Durch die näher beschriebenen Ausführungsformen wird aber nicht nur
der bei der obigen Schilderung des zweiten der beiden Versuche erwähnten Nachteile,
daß das Düsenmauerwerk angegriffen wird, vermieden, sondern auch ein einfaches reinliches
Arbeiten und sehr gute Ausbeute ermöglicht.
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Das für den zweiten obigen Versuch angegebene Ausbeuteergebnis gilt
lediglich als Beispiel, das natürlich mittels des neuen Verfahrens noch weit übertroffen
werden kann.