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Verfähren zur Entfernung von Kadmium aus Zink Gegenstand der Erfindung
ist ein Verfahren zur Reinigung von Zink bzw. Zinkdämpfen durch Entfernung solcher
Metalle, deren Siedepunkt niedriger liegt als der des Zinks, insbesondere von Kadmium.
Zu diesem Zweck wird das kadmiumhaltige Zinkmetall einer Destillation unterworfen,
bei der sein Kadmiumgehalt stark herabgesetzt, gegebenenfalls praktisch vollständig
beseitigt wird.
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Gewöhnliches Handelszink enthält kleine wechselnde Mengen von Kadmium,
beispielsweise in der Höhe von 0,25 04. Selbst derart kleine Kadmiummengen
erweisen sich jedoch als sehr schädlich, wenn das Zink für bestimmte Zwecke, beispielsweise
zur Herstellung von Zinklegierungen für Spritzguß, verwendet werden soll. Für die
Herstellung derartiger Legierungen wird in vielen Fällen ein Zink mit nicht mehr
als 0,005 °/o Kadmium verlangt. Geht man zu seiner Herstellung von einem
Zink mit 0,25 0jo Kadmium aus, so muß man nicht weniger als 98 % dieser Verunreinigung
entfernen. Selbst wenn das Ausgangszink nur 0,05 % Kadmium enthält, so sind immer
noch 9o % des Kadmiums zu entfernen, um zu einem Kadmiumgehalt von o,oo5 % zu gelangen.
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Zur Befreiung des Zinks von Kadmium hat man schon vorgeschlagen, den
Dampfdruck des Kadmiums, das bei etwa 767° siedet, auszunutzen, da er höher ist
als der des Zinks, dessen Siedepunkt bei 9o5° liegt. Nach diesen Vorschlägen soll
entweder das Zink einer einfachen Destillation oder aber die mit Kadmium verunreinigten
Zinkdämpfe einer fraktionierten Kondensation unterworfen werden. Destilliert man
kadmiumhaltiges Zink, so enthält der entwickelte Dampf einen größeren Prozentsatz
an Kadmium als das geschmolzene Metall, so daß sich mit dem Fortschreiten der Destillation
der Kadmiümgehalt des geschmolzenen Metalls vermindert. Das Verfahren leidet an
dem Nachteil, daß ein großer Anteil des Zinks abdestilliert -werden muß und in-Form
eines Metalls kondensiert, das, sofern das Ausgangszink in einigermaßen beachtlichem
Ausmaß von Kadmium befreit werden soll, einen ganz erheblich höheren Kad'miumgehalt
aufweist als das Ausgangszink. Bei der fraktionierten Kondensation ist es üblich,
eine an Kadmium verhältnismäßig arme Fraktion aus den mit Kadmiumdämpfen verunreinigten
Zinkdämpfen abzuscheiden, indem man die Dämpfe zuerst nur teilweise zur Kondensation
bringt. Die zuerst abgeschiedene Zinkmenge enthält weniger Kadmium als der Zinkdampf,
ist also verhältnismäßig reiner als das Ausgangsmetall, doch leidet diese Arbeitsweise
an demselben Nachteil wie die einfache Destillation,
denn die Menge
des gereinigten Zinks ist viel kleiner als *die Ausgangsmenge, auch ist in dem gereinigten
Anteil nur der Kadmiumgehalt vermindert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Entfernung des Kadmiums
aus dem Zink eine fraktionierte Kondensation in einer Rektifiziersäule vorgenommen.
Es konnte nämlich festgestellt werden, daß Zink-Kadmium-Legierungen zumindest in
dem Konzentrationsbereich des gewöhnlichen Handelszinks weder ein Maximum noch ein
Minimum des Siedepunkts aufweisen. Mit anderen Worten: Innerhalb dieses Konzentrationsbereichs
enthält der von der geschmolzenen Zink-Kadmium-Legierung ausgesandte Dampf stets
mehr Kadmium als das geschmolzene Metall, während umgekehrt das aus dem Dampf abgeschiedene
flüssige Metall stets mehr Zink enthält als dieser. Danach ergibt sich die Möglichkeit,
unter Benutzung einer Rektifiziersäule eine praktisch vollständige Trennung von
Zink und Kadmium vorzunehmen, und zwar selbst dann, wenn in dem Ausgangsmetall der
Kadmiümgehalt nur 0,2,5 olo, ja selbst nur einen .Bruchteil dieser Menge beträgt.
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Kennzeichnend für das Verfahren gemäß der Erfindung ist es, daß Dampf
und geschmolzenes Metall derart im Gegenstrom geführt werden, daß der Dampf fortschreitend
abnehmenden Temperaturen in Berührung mit geschmolzenem Metall ausgesetzt wird,
das sich in entgegengesetzter Richtung bewegt und demnach fortschreitend zunehmenden
Temperaturen ausgesetzt wird. Der Gegenstrom von Metall und Dampf findet also unter
selbsttätig sich einstellenden Temperaturbedingungen statt, der Dampf bewegt sich
in der Richtung nach den kühleren Teilen, das Metall in der Richtung nach den heißeren
Teilen des Systems. Infolge dieser Gegenstrombewegung und der Berührung von Dampf
und Metall bei in der einen Richtung abnehmenden, in der anderen Richtung zunehmenden
Temperaturen wird' ein großer Teil des Kadmiums zusammen mit einer verhältnismäßig
sehr kleinen Zinkmenge von der Hauptmenge des geschmolzenen Zinks abgeschieden,
dessen Kadmiumgehalt sehr stärk herabgesetzt ist. Die Menge 'des gereinigten Zinks
stellt einen sehr großen Anteil der Ausgangszinkmenge dar. Ebenso wie Kadmium verhalten
sich andere Metalle, deren Siedepunkt niedriger ist als der des Zinks.
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Am besten ist es, das geschmolzene Zink vermöge der Schwerkraft fortschreitenddurch
Zonen zunehmender Temperatur herabfließen zu lassen und seine Strömungsgeschwindigkeit
durch Prallplatten o: dgl. zu vermindern. Die Prallplatten sollen womöglich so geformt
sein, daß sie in den verschiedenen Temperaturzonen kleine Bäder öder Filme aus geschmolzenem
Metall zurückhalten. Der Metalldampf steigt in umgekehrter Richtung empor, seine
Strömungsgeschwindigkeit wird von den metallbedeckten Prallplatten sowie von dem
herabfließenden geschmolzenen Metall vermindert, es tritt dabei eine innige Berührung
zwischen dem Dampf und dem geschmolzenem Metall ein. Die vielstufige oder wiederholte
Kondensation des aufsteigenden Dampfes und die Wiederverdampfung des geschmolzenen
Metalls finden in verschiedenen Temperaturstufen statt, die sich im Zusammenhang
mit den quer stehenden Prallplatten, Kolonnenböden u. dgl. ausbilden.
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Das erfindungsgemäß anzuwendende Temperaturgefälle kann mit Vorteil
in der Weise hergestellt werden, daß man eine Fraktionier-oder Rektifiziersäule
benutzt, in der sich der erforderliche Temperaturabfall von selbst herausbildet
und aufrechterhält, indem das geschmolzene Metall und der Dampf unter stets wechselndem
Verhältnis von Zink und Verunreinigung miteinander in Berührung treten. Theoretisch
soll die Wärmeabgabe der Säule durch ihre Außenwandung hindurch gleich Null sein.
Auch praktisch stellt man als günstigste Arbeitsbedingung den Zustand fest, bei
. der die Wärmeabgabe durch die Außenwandung der Säule so klein wie möglich ist;
beispielsweise bei Säulen, die über ihre ganze Länge hin sorgfältig isoliert sind.
Da die Siedepunkte des geschmolzenen Metalls und die Taupunkte der damit in Berührung
tretenden Dämpfe sich gegen das obere Ende der Säule hin selbsttätig erniedrigen,
so entsteht dabei von selbst der richtige Temperaturabfall in der Säule. Soll die
Reinigung des Zinks weitergetrieben werden, als sich aus der ersten fraktionierten
Kondensation der in die Säule eintretenden Metalldämpfe ergibt, so muß der untere
Teil der Säule entsprechend aufgeheizt werden.
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Wird eine Rektifiziersäule in der angegebenen Weise betrieben, so
- fließt die geschmolzene Zink-Kadmium- oder sonstige Zink-Legierung unter- ständiger
Veränderung ihrer Zusammensetzung nach unten, wird dabei verdampft und -durch eine
entsprechende Menge Metall ergänzt, das aus den aufsteigenden Dämpfen kondensiert
wird. Die bei der Kondensation frei werdende Wärme dient zur Wiederverdampfung von
Metall in den betreffenden Zonen, und dieses wiederverdampfte Metall enthält mehr
Kadmium als das flüssige Metall, aus dem es stammt. Insgesamt wird also die Kondensationswärme
der Zinkdämpfe zur Verdampfung von Kadmium aus dem kondensierten Gemisch von Zink
und Kadmium nutzbar gemacht. Auf
diese Weise werden die aufsteigenden
Metalldämpfe fortschreitend reicher an Kadmium, während das herabfließende geschmolzene
Metall fortschreitend kadmiumärmer wird.
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Beispielsweise Einrichtungen zur Ausführung der Erfindung sind in
der Zeichnung dargestellt. Abb. i ist ein Aufrißschnitt durch eine Einrichtung zum
Raffinieren geschmolzenen, mit Kadmium o. dgl. verunreinigten Zinks; Abb. 2 ist
ein Schnitt in der Ebene 2-2 der Abb. i, Abb. 3 ein Aufrißschnitt durch eine Einrichtung
zum kontinuierlichen Raffinieren von Zink, Abb. ¢ ein Aufrißschnitt durch eine Einrichtung
zum Raffinieren von Zinkdampf; die Abb. 5 und 6 zeigen Querplatten oder Böden der
Einrichtung nach Abb. 4.; Abb. 7 ist ein Aufrißschnitt durch eine Einrichtung zur
gleichzeitigen Ausführung der vorliegenden Erfindung und des Bleientfernungsverfahrens.
Abb. 8 zeigt einen Dephlegmator für die Einrichtungen nach den Abb. i, 3, q. und
7.
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In Abb. i ist die Retorte io, die zur Verdampfung des metallischen
Zinks dient, in einem Ofen angeordnet, der die übliche Bauart aufweist und in der
Zeichnung nicht dargestellt ist. Geschmolzenes Zink, das mit Kadmium oder einem
sonstigen Metall mit einem niedrigeren Siedepunkt als Zink verunreinigt ist, wird
der Retorte durch die Leitung 12 zugeführt, die mit einem nicht dargestellten Füllbehälter
in Verbindung steht. Außerdem weist die Retorte noch ein ebenfalls nicht dargestelltes
Abstichloch auf, durch das das gereinigte geschmolzene Zink abgestochen werden kann,
sobald sein Kadmiumgehalt in dem gewünschten Ausmaß vermindert ist. Die Dampfleitung
13 verbindet die Retorte io mit dem unteren Teil der Rektifiziersäule 14.. Diese
besteht aus einem röhrenförmigen Mantel aus Siliciumcarbid oder einem- anderen geeigneten
feuerfesten Material, weist rechteckigen Querschnitt auf und ist mit übereinanderstehenden
waagerechten, durch Abstandsstücke voneinander getrennten Böden 15 ausgesetzt. Die
Böden tragen auf ihrer Oberseite Querrippen 16 und sind mit Öffnungen 17 versehen,
die gegeneinander versetzt sind.
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Der zu reinigende Zinkdampf gelangt zunächst in den unteren Teil der
Rektifiziersäule und tritt nacheinander durch die gegeneinander versetzten Öffnungen
17 an den jeweiligen Enden der Böden. Der Aufstieg der Dämpfe vollzieht sich demnach
auf einem Zickzackwege. Das aus den Dämpfen kondensierte flüssige Metall wird zum
Teil in Form seichter Bäder auf der Oberseite der Böden 15 von den Rippen 16 festgehalten,
nur die Überschüsse fließen im Zickzackweg durch die Säule herunter. Der kadmiumreiche
Restdampf entweicht durch die Leitung 18 und gelangt zu einer geeigneten Auffangeinrichtung,
beispielsweise - einem Kondensator, zwecks Gewinnung von metallischem Kadmium oder
einer kadrniumreichen Zinklegierung, oder aber zu einer Allonge zum Aufsammeln kadmiumreichen
Zinkstaubs, oder schließlich zu einer Einrichtung zur Verbrennung des Dampfes, wenn
Kadmiumoxyd bzw. ein Gemisch von Kadmiumoxyd und Zinkoxyd gewonnen werden soll.
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Die Rektifiziersäule i¢ ist von einer geeigneten Wärmeisolierung i9
umgeben, die von einem Stahlmantel 2o umschlossen ist. Zinkoxydabfälle haben sich
als geeigneter Wärmeisolator bewährt. Beim Betriebe der Einrichtung wird der von
dem kadmiumhaltigen Zinkmetall in der Retorte io ausgesandte Zinkdampf durch fraktionierte
Destillation allmählich angereichert, während er durch die Säule 14 emporsteigt.
Es ist zweckmäßig, Wärmeverluste der Säule soweit wie möglich zu vermeiden und nur
in ihrem allerobersten Teil zu gestatten. Der Deckel der Säule wirkt dann als Dephlegmator,
kondensiert die durch die Säule emporsteigenden Metalldämpfe und liefert flüssiges
Metall an die Kolonnenböden, wobei dann die Entfernung des Kadmiums durch fraktionierte
Destillation stattfindet. Das kadmiumreiche Produkt kann aus der _ Säule in Dampfform
durch den Dampfauslaß an der Spitze abgezogen werden. In einem solchen Fall soll
der Dephlegmator die Metalldämpfe nicht vollkommen kondensieren. Man kann das kadmiumreiche
Produkt aber auch in Form einer kadmiumreichen Zinklegierung abziehen, indem man
die Dämpfe an der Spitze der Säule völlig kondensiert und nur einen entsprechenden
Teil des Kondensats abzieht. Sobald das Kadmium entfernt ist, wird das raffinierte
Zink der Retorte io über die Leitung 12 entzogen, worauf die Retorte mit frischem
kadmiumhaltigen Zink beschickt wird.
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Die Einrichtung nach Abb.3 dient zur kontinuierlichen Reinigung geschmolzenen
Zinks: Das geschmolzene Zink wird dem unteren Teil der Rektifiziersäule 14 durch
eine Leitung 2i zugeführt, das mit einem entsprechenden Füllbehälter o. dgl., .der
in der Zeichnung nicht dargestellt ist, in Verbindung steht. Man kann das geschmolzene
Metall der Retorte kontinuierlich oder periodisch in kurzen Abständen zuführen.
Nach unten hin ist die Säule durch eine ähnlich gebaute Verlängerung 1q.' ergänzt,
die von einer Verbrennungs- oder Heizkammer 22 mit Gasbrennern 23 und einem Abgaskanal24
umgeben ist. Der untere Teil der Verlängerung 14.' steht über eine Leitung 25 mit
einem Sumpf 26 für das geschmolzene Metall in Verbindung.
Dieser
Sumpf ist mit einem Abstichloch 27 versehen und wird von außen her mit Hilfe einer
Verbrennungskammer 28 beheizt, in der sich ein Brenner 29 und ein Abzug
30 für die Verbrennungsabgase befinden.
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Über der eigentlichen Rekdßziersäule i¢ befindet sich ein Dephlegmator
in Form eines Kegels 31, der aus Siliciumcarbid oder einem anderen Material besteht,
das gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und.von Zink-und Kadmiumdämpfen nicht angegriffen
wird. Der obere Teil des Kegels 31 steht über ein Rohr 32 mit einer nicht dargestellten
Einrichtung zur Aufsammlung des Kadmiums in Verbindung.
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Das geschmolzene zu raffinierende Metall wird durch die Leitung 21
der Stelle der Einrichtung zugeführt, wo die obere, wärmeisolierte Rektifiziersäule
i q. an die untere, von außen her erhitzte Verlängerung i,4' angrenzt. Die Beheizung
der Verbrennungskammern 22 und 28 ist so eingeregelt, daß das Gemisch von Zimt und
Kadmium, das durch das Rohr 2i zugeführt wird, einer kontinuierlichen Rektifikation
unterliegt. Es entweichen dann kadmiumreiche Zinkdämpfe durch die Ableitung 32,
während gereinigtes Zinkmetall, dessen Kadmiumgehalt bedeutend, herabgesetzt ist,
aus dem Sumpf 26 durch den Abstich 27 abgezogen werden kann.
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Die in Abb. ¢ dargestellte Rektifiziersäule besteht aus einem zylindrischen
Mantel 33,
der aus Ton oder einem anderen feuerfesten Material von mäßiger
Wärmeleitfähigkeit besteht und von einer Wärmeisolierung 34 umgeben ist. Im Inneren
der Säule befinden sich übereinander und im Abstand voneinander Prallplatten 35
in der Form von Tassen. Diese Tassen (Abb. 5 und 6) sind in der Hauptsache scheibenförmig,
ein Segment ist abgeschnitten, und die Oberseite ist tellerförmig ausgehöhlt, damit
sich dort ein flaches Bad von geschmolzenem Metall ausbilden kann. An der Unterseite
der Tassen setzen drei Stifte 36 an, die die Tassen tragen und von der darunterstehenden
Tasse im richtigen Abstand halten sollen. Die abgeschnittenen Enden der Tassen sind
gegeneinander versetzt, um einen Zickzackweg für die Dämpfe und das im Gegenstrom
dazu fließende geschmolzene Metall zu bilden.
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Über der Rektifiziersäule 33 befindet sich ein Kegel 37 aus
Siliciumcärbid oder einem Stoff von ähnlichen Eigenschaften. Dieser Kegel steht
mit einer Ableitung 38 in Verbindung, die zu einer Einrichtung zum Aufsammeln der
kadmiumreichen Metalldämpfe führt. Die letztere Einrichtung ist in der Zeichnung
nicht dargestellt.
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Der zu reinigende Zinkdampf tritt in die Rektifiziersäule 34 etwas
oberhalb ihres Bodens durch die Leitung 39 ein, die mit einer nicht dargestellten
Retorte in Verbindung steht. In dieser Retorte wird das Zinkmetall, das mit Kadmium
o. dgl. verunreinigt ist, verdampft. Gleich beim Eintritt in die Rektifiziersäule
beginnt der Zinkdampf zu kondensieren; es bildet sich an dieser Stelle eine Temperatur
heraus, die den Taupunkt des Zinkdampfes bzw. dem Siedepunkt des daraus kondensierenden
Metalls entspricht. Das dabei kondensierende Metall enthält weniger Kadmium als
die Dämpfe, aus denen es entsteht, und es fließt nun über die unter dem Eimaß 39
befindlichen Platten. Diesem unteren Teil der Säule wird Wärme durch den von außen
beheizten Sumpf 40 für geschmolzenes Metall zugeführt, und in diesem Sumpf sammelt
sich auch das aus der Rektifiziersäule herausfließende Metall an. Um den Sumpf 4o
herum findet sich eine Heizeinrichtung 4i mit einer Verbrennungskammer 42, einem
Brenner 43 und einem Verbrennungsgasabzug 44. Ein Abstichloch 45 gestattet, aus
dem Sumpf 4o gereinigtes Metall abzuziehen.
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Beim Betrieb der Einrichtung nach Abb. 4 wirkt der Kegel
37, der aus Siliciumcarbid oder einem anderen geeigneten feuerfesten Material
von guter Wärmeleitfähigkeit besteht, als Dephlegmator; er kondensiert die Dämpfe
bis auf einen kadmiumreichen Anteil und leitet das Kondensat wieder der Rektifiziersäule
zu, so daß aus ihm ein weiterer Anteil an Kadmium entfernt werden kann.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch mit Vorteil mit einem
Verfahren verbunden werden, das die Entfernung solcher Metalle, wie z. B. Blei,
ins Auge faßt, deren Siedepunkt höher liegt als der des Zinks. Eine Einrichtung
zur gemeinsamen Ausführung der beiden Verfahren ist in Abb.7 gezeigt. Sie besteht
aus einer Retorte io, die über eine Verbindungsleitung 12- mit einem Füllbehälter
in Verbindung steht und ebenso wie die Einrichtung nach Abb. i auch ein Abstichloch
aufweist.
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Die Retorte io wird mit dem Blei- und kadmiumhaltigen Zink beschickt,
wobei Blei und, Kadmium auch durch äquivalente Metalle ersetzt werden können. Das
aus der Retorte io durch das-Abstichloch abgezogene Metall besteht aber nicht wie
bei Abb.7 aus gereinigtem Zink, sondern stellt den Rückstand dar, der etwas Zink,
im übrigen aber die Metalle enthält, deren- Siedepunkt höher liegt als der des Zinks
und mit denen das Ausgangsmetall verunreinigt war.
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Im einzelnen ist die Retorte io mit dem Boden der Rückfluß- oder Rektifiziersäule
33' durch eine Leitung 13 verbunden, in der Blei und andere Metalle mit höherem
Siedepunkt
als Zink nach dem genannten Verfahren entfernt werden.
Über der Rückflußsäule 33' befindet sich die Rektifiziersäule 33, und die beiden
Säulen weisen zweckmäßigerweise eine ähnliche Bauart auf und enthalten übereinanderliegende
und voneinander im Abstand gehaltene, versetzte Tassen 35 von der Art, wie sie in
den Abb. 4, 5 und 6 dargestellt ist. Die Rückflußsäule 33 ist von einer Wärmeisolierung
46 umgeben, die von einem Stahlgehäuse 47 umschlossen ist.
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Der in der Retorte io gebildete Zinkdampf strömt durch die Rückflußsäule
33' nach oben und kommt dabei mit dem nach unten fließenden geschmolzenen Metall
in Berührung, dessen Gehalt an Blei höher ist als der des Dampfes. Sobald der Dampf
das obere Ende der Rückflußsäule 33' erreicht, ist er von Blei und allen anderen
Verunreinigungen befreit, deren Siedepunkt höher liegt als der des Zinks. Die hauptsächlich
noch zurückbleibende Verunreinigung der Metalldämpfe besteht dann in der Regel nur
noch aus Kadmium. Die Dämpfe treten nun in den unteren Teil der Rektifiziersäule
33 ein, und zwar durch eine "Düse 48, die von .einer ringförmigen Ouerplatte 49
getragen wird. Diese Platte trennt die Rückflußsäule 33' von der Rektifiziersäule
33.
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Der Betrieb der Rektifiziersäule 33 nach Abb.7 erfolgt in der früher
beschriebenen Weise und bewirkt eine Entfernung des Kadmiums u.'dgl. Das von Kadmium
befreite Zinkmetall fließt aus der Säule 33 ab und gelangt in einen ringförmigen
Sumpf, der am Fuß der Rektifiziersäule von der Ouerplatte 49 und der Düse 48 gebildet
wird. Von hier gelangt das Metall kontinuierlich durch eine Öffnung 5o in den weiteren
Sumpf 51, von wo es in entsprechenden Zeitabständen abgestochen oder ausgelöffelt
werden kann.
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In vielen Fällen wird es erwünscht sein, den unteren Teil der Rektifiziersäule
33, die der Entfernung des Kadmiums dient, zu beheizen. Zu diesem Zweck kann man
die Säule entsprechend verlängern und ihren unteren Teil von außen her erhitzen,
beispielsweise mit Hilfe einer den unteren Teil der Säule umgebenden Verbrennungskammer.
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Soll der gesamte Metalldampf im Dephlegmator kondensiert werden, so
daß das Kadmium der Einrichtung nicht in Form kadmiumreicher Dämpfe, sondern in
Form einer geschmolzenen, kadmiumreichen Zinklegierung entnommen werden kann, so
verwendet man einen geschlossenen Dephlegmator nach Abb.8 an Stelle der Kegel und
Dampfauslässe 37 bis 38' nach Abb. 7, 37 bis 38 der Abb. 4., 31 bis 32 der Abb.
3 oder der Dampfableitung 18 der Abb. i. Der geschlossene Dephlegmator nach - Abb.
8 besteht aus einen3 Zylinder 52 aus einem geeigneten feuerfesten Material, der
auf der Oberseite verschlossen ist und in der Nähe seines unteren Endes eine ringförmige
Querplatte 53 aufweist. Genau über der kreisförmigen Durchbrechung dieser Platte
befindet sich eine Düse 54, die sich nach oben hin erstreckt und einen Sumpf 55
für geschmolzenes Metall bildet. Die in der Säule aufsteigenden Metalldämpfe werden
in dem geschlossenen Dephlegmator kondensiert, das Metall sammelt sich bei 55. Der
Überschuß an geschmolzenem Metall fließt von 55 in die Rektifiziersäule zurück und
wird dort rektifiziert. Mit Hilfe des Abstichloches 56 kann man eine kadmiumreiche,
geschmolzene Legierung aus dem Sumpf 55 von Zeit zu Zeit abziehen. Beispiel i Es
wurde eine Einrichtung nach Abb. 4 verwendet, wobei der Sumpf sowie der untere,
etwa 9i cm hohe Teil der Rektifiziersäule von außen her erhitzt wurden. Der lichte
Durchmesser der Säule 33 betrug etwa 2o cm, sie enthielt 57 Tassen 35. Die Dampfzuführung
-39 befand sich etwa i,52 m über dem Boden der Säule. Die Beheizung wurde so eingestellt,
daß die den Sumpf umgebende Verbrennungskammer eine Temperatur von etwa 9i0° annahm.
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Folgende Zahlen veranschaulichen das festgestellte Betriebsergebnis:
| Kadmium im Einsatzmetall 0,47 |
| Täglich vom Boden der |
| Säule abgezogenes Metall 726,7 Izg |
| Täglich von der Spitze der |
| Säule abgezogenes Metall 9,1 |
| - |
| Täglicher Rauchverlust an |
| der Spitze der Säule |
| (geschätzt) ........... 9 |
| Ausbringen an gereinigtem |
| Zink . . . . . . . . . . . . . . . . . 97,611/0 |
| Kadmium im gereinigten |
| Zink . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,013504 |
| Kadmiumentfernung ..... 97,19.- |
Beispiel e Man arbeitete nach Beispiel i, hielt aber die den Sumpf umgebende Verbrennungskammer
auf einer Temperatur von etwa 95o° C und erhielt folgende Ergebnisse:
| Kadmium im Einsatzmetall o,46"/, |
| Täglich vom Boden der |
| Säule abgezogenes Metall 706,2 kg |
| Täglich von der Spitze der |
| Säule abgezogenes Metall 16,3 - |
| Täglicher Rauchverlust an |
| der Spitze der Säule |
| (geschätzt) ........... 13,6 - |
| Ausbringen an gereinigtem |
| Zink .. . . _ . . . . . . . . .. . . . 9.5,9 0/a |
| Kadmium im gereinigten |
| Zink . . . . . . . . . . . . . . . . 0,0041 0/0 |
| Kadmium in dem der Spitze |
| der Säule flüssig entnom- |
| inenen Metall . . . . . . . . . 12,2 0/0 |
| Kadmiumentfernung ..... |
| 99,1 0/0: |
Beispiel 3 Man arbeitete nach Beispiel i und 2, hielt aber den Sumpf auf einer Temperatur
von etwa 975° C und erhielt folgende Ergebnisse:
| Kadmium im Einsatzmetall 0,47 % |
| Täglich vom Boden der |
| Säule abgezogenes Metall 725,8 kg |
| Täglich von der Spitze der |
| Säule abgezogenes Metall 9,1 - |
| Täglicher Rauchverlust an |
| der Spitze der Säule |
| (geschätzte .... ...... 9 - |
| Ausbringen an gereinigtem |
| Zink . . . . . . . . . . . . . . . . . 97,6 % |
| Kadmium im gereinigten |
| Zink . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,00 z 3 0%ö |
| KadTniumentfernung ..... 99,723 @lo# |
Wird die Säule von außen nicht beheizt und werden auch äquivalente Vorkehrungen
nicht getroffen, so kann eine derart weitgehende Kadmiumentfernung nicht erzielt
werden. Man kann das Kadmium bestenfalls nur so weit vermindern, als dem Gleichgewicht
zwischen dem geschmolzenen Metall und dem in die Vorrichtung eintretenden Dampf
entspricht. Bei dieser Art der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird
eine Verbesserung der Kadmiumentfernung gegenüber der einstufigen Teilkondensation
zwar nicht erreicht, allein die Ausbeuten, also das Verhältnis des gewonnenen gereinigten
Metalls zu dem unreinen Metalleinsatz sind weitaus größer als bei dem bekannten
Verfahren. Der Grund dieses Unterschiedes liegt darin, daß bei der vielstufigen
Kondensation. und Wiederverflüchtigung gemäß dem Verfahren der Erfindung das Kadmium
an der Spitze der Säule in Form eines kadmiumreichen Dampfes gesammelt wird, während
die Hauptmenge des Zinks sich am Boden der Säule ansammelt und einen Kadmiumgehalt
aufweist, der niedriger ist als der des in dem unteren Teil der Kolonne eintretenden
Metalldampfes. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erspart man die Beheizung
des unteren Teils der Kolonne, was aus wirtschaftlichen Gründen beachtenswert ist.
Demgemäß ist diese Ausführungsform besonders geeignet, um Zink, das von Anfang an
einen sehr niedrigen Kadmiumgehalt aufweist, weiterzureinigen, es ist aber auch
dann vorteilhaft, wenn Zinkmetall auf wirtschaftlicher Weise und mit hoher Ausbeute
an gereinigtem Zink nur von einem Teil des Kadmiums befreit werden soll. Sowohl
in diesem Fall als auch bei äußerer Beheizung des unteren Teils der Säule kann man
der Spitze der Säule verhältnismäßig reinen Kadmiumdampf und dem Boden der Säule
gereinigtes Zink entnehmen und gewinnt dabei etwa das gesamte Zink des Einsatzes
in gereinigter Form wieder. Beispiel 4 Man arbeitete nach den Beispielen i bis 3,
doch wurde der untere Teil der Säule nicht beheizt. Im kontinuierlichen Betrieb
wurden folgende Betriebszahlen festgestellt:
| Kadmium im Einsatzzink o,22 |
| Täglich gewonnenes, gerei- |
| nigtes Zink . . . . . 781,1 kg |
| Täglicher Verlust an Metall |
| und Rauch an der Spitze |
| der Säule (geschätzt) .... 18,1 - |
| Ausbeute an gereinigtem |
| Zink 97,7 0/0 |
| Kadmium @im .gereinigten |
| Zink . . . . . . . . . . . . . . . . 0,033 0/0 |
| Kadmiumentfernung ..... 851)/,. |
Beispiel s Man arbeitete nach Beispiel 4, verwendete aber kadmiumreiches Rohzink.
Es wurden folgende Betriebszahlen festgestellt:
| Kadmium im Einsatzzink - 0,430A |
| Täglich gewonnenes, gerei- |
| nigtes Zink ... . . . . . . 802,91:g |
| Täglicher Verlust an Metall |
| und Rauch an der Spitze |
| der Säule (geschätzt) ... 18,1 - |
| Ausbeute an gereinigtem |
| Zink .... . . . . . . . . . . 97,8 0/0 |
| Kadmium im gereinigten |
| Zink . . . . . . . . . . . . . . . 0,090/" |
| Kadmiumentfernung . -.. 79%. |
Auch ohne äußere Beheizung des unteren Teils der Säule kann man im kontinuierlichen
Betriebe ein Zink von größerer Reinheit gewinnen, als dem Gleichgewicht mit dem
von dem Ausgangszink entwickelten Dampf entspricht, wenn man die äußere Beheizung
durch äquivalente Maßnahmen ersetzt. Beispielsweise kann man einen Teil des Metalls,
das sich am Boden der Rektifiziersäule ansammelt, in die Verdampfungsretorte zurückführen
und erneut verdampfen. Der aus diesem gereinigten Metall entwickelte Dampf vermindert
den Kadmiumgehalt der in die Rektifiziersäule eintretenden Metalldämpfe durch Verdünnung,
die Reinheit des mit diesem Dampf im Gleichgewicht stehenden
flüssigen
Metalls wird dadurch entsprechend gesteigert. Arbeitet man in dieser Weise, so kann
man entweder vom Boden der Säule oder aus der Retorte gereinigtes Metall abziehen
und dafür unreines Zinkmetall in die Retorte bringen. Die Einrichtung gestaltet
sich dabei sehr einfach, doch ist der Wärmeverbrauch höher, da ja das in die Retorte
zurückgebrachte Metall von neuem verdampfen muß. Jedenfalls muß man, um die gleiche
Reinheit zu erzielen, mehr Metall verdampfen, als wenn man die erneute Verdampfung
in einem gesonderten Behälter vornimmt, der am Fuße der Rektifiziersäule angeordnet
ist, denn das in der Retorte von neuem verdampfte Metall ist mit dem unreinen Zinkeinsatz
verunreinigt.
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Die Erfindung gestattet demnach, Kadmium aus dem. Zink entweder vollständiger
oder aber mit erheblich höheren Ausbeuten an gereinigtem Zink zu entfernen, gegebenenfalls
beide Vorteile miteinander zu verbinden. Wieweit die Reinigung getrieben werden
kann, hängt von der Zahl der Wiederverdampfungen ab, ferner auch von der Menge des
Rückflußmetalls.