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Verfahren zur kontinuierlichen Verflüchtigung von Metallen im Drehofen
Viele Verflüchtigungsverfahren im Trommelofen haben gemeinsam, daß die Verflüchtigung
von Metallen, wie z. B. Zink oder Blei, in einem Drehofen vorgenommen wird, wobei
die ständig sich umwälzende Materialschicht aus Erz und Reduktionsstoffen unter
reduzierenden Bedingungen steht, die darüber befindliche Atmosphäre jedoch Sauerstoff
im Überschuß enthält, um durch Wiederoxydation der verflüchtigten Metalle die zur
Durchführung des Prozesses notwendige Wärmemenge zu erzeugen.
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Im allgemeinen bewegt sich dabei Material und Gas im Gegenstrom zueinander,
so daß die in der eigentlichen Reaktionszone gewonnenen überschüssigen Wärmemengen
zur Vorwärmung des Gutes ausgenutzt werden.
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Abgesehen hiervon gibt es auch die Möglichkeit, Material und Gas im
Gleichstrom zueinander durch den Ofen zu bewegen. In diesem Fall muß nach bisheriger
Ansicht allerdings die Beschaffung der notwendigen Wärme bzw. die Vorwärmung des
Materials durch eine Hilfsheizung erfolgen. Bei dieser Ausführungsweise hat sich
nun herausgestellt, daß die bei der Wiederoxydation der Metalle gewonnene Wärme
in den meisten Fällen die an der betreffenden Stelle des Ofens erforderliche Zuschußwärme
nicht nur deckt, sondern darüber hinaus örtliche Überhitzungen hervorruft, die zu
einer Schmelzung bzw. Sinterung des Materials an dieser Stelle des Ofens Anlaß geben.
Bei diesen Verhältnissen ist nämlich zu berücksichtigen, daß die die Vorwärmung
des Materials bewirkende Hilfsflamme so groß bemessen sein muß, daß die Aufheizung
auf Reaktionstemperatur schnell erfolgt. Dies hat zur Folge, daß die Flamme selbst
für ihren eigentlichen Zweck überdimensioniert ist und ein erheblicher Teil der
in der Reaktionszone erforderlichen Zuschußwärme immer bereits aus der Hilfsheizung
gedeckt wird. Tritt nun hierzu noch eine Verbrennung der im Ofen entwickelten Gase,
so tritt die erwähnte Überhitzung ein.
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Man hat zwar vorgeschlagen, im Ofen selbst eine reduzierende Atmosphäre
aufrechtzuerhalten, dadurch, daß eine Hilfsheizung mit reduzierender Flamme arbeitet.
Bei einer derartigen Arbeitsweise wird zwar die Oxydation der Metalldämpfe und damit
die Gefahr der Überhitzung vermieden; es hat sich jedoch herausgestellt, daß es
mit den gewöhnlichen Brennstoffen nicht möglich ist, die für die Reduktion und Strahlungsverluste
notwendigen Zuschußwärmemengen mittels reduzierender Zusatzflamme dem Ofen zuzuführen.
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Man hat andererseits auch vorgeschlagen, bei der Reduktion vonErzen
gasförmige Reduktionsmittel über die Erze zu führen und durch Verbrennung der zur
Reduktion dienenden Gase das Erz in einer Vorwärmkammer vorzuwärmen. Im vorliegenden
Fall handelt es sich jedoch nicht allein um die Reduktion von Erzen, sondern um
die Verflüchtigung von Metallen. Die Erfindung bezweckt die Verbesserung eines
Verfahrens,
bei dem nicht reduzierende Gase dem Prozeß zugeführt; sondern bei dem reduzierende
Gase im Prozeß-selbst durch Reaktion zwischen festen Brennstoffen und Metalloxyden
erst entwickelt werden. Der Unterschied beider Prozesse liegt zum Beispiel darin,
daß bei reinen Reduktionsprozessen gerade am Austragsende des Ofens ein Höchstmaß
an Reduktionswirkung vorhanden sein muß, da an dieser Stelle der größte Teil des
Metalls in metallischer, fein verteilter, hocherhitzter Form vorliegt, so daß die
geringste Menge Sauerstoff eine erhebliche Wiederoxydation zur Folge hat. Anders
bei: den Verflüchtigungsverfahren. Hier wird die Reduktionswirkung nicht durch reduzierende
Gasatmosphäre, sondern durch beigemischten festen Brennstoff erst erzeugt. Am Austragsende
des Ofens ist normalerweise bei Gegenstromverfahren eine stark oxydierende Atmosphäre,
da hier die Frischluft eintritt bzw. die Zusatzheizung wirkt.
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Gegenstand der Erfindung ist es nun, gegenüber dem bekannten Verfahren
die Möglichkeit zu schaffen, die Vorteile einer reduzierenden Ofenatmosphäre zu
verbinden mit einer Wirtschaftlichen Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Wärmemengen.
Zu diesem Zweck soll die Durchführung eines Verflüchtigungsprozesses in zwei Stufen
erfolgen, von denen nicht wie bisher die Vorwärmzone und die Reaktionszone einheitlich
in oxydierender oder reduzierender Atmosphäre steht, sondern in denen die Reaktionszone
unter reduzierender Atmosphäre gehalten wird und erst durch Zusatz von Frischluft
am Ende der Reaktionszone eine vollständige Verbrennung der in der Reaktion entstehenden
Gase herbeigeführt wird. Diese Nachverbrennung erzeugt durch die Bildung von Co2
aus Co einerseits und von Metalloxyden aus Metallen andererseits eine erhebliche
Wärmemenge, die nunmehr ausschließlich in den Teilen des Ofens verwendet wird, in
denen die Temperaturen noch niedrig sind. Während früher die Bildung dieser Wärmemengen
in der Reaktionszone selbst und damit an der heißesten Stelle des Ofens erfolgte,
wird jetzt in einfacher Weise erreicht, die zur Verfügung stehende Wärmemenge erst
in kälteren Teilen des Ofens nutzbar zu machen.
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Die Ausführung eines derartigen Verfahrens im Gegenstrom wird sich
dabei in erster Linie so abspielen, daß der Prozeß in zwei Öfen durchgeführt wird,
von denen im ersten unter reduzierenden Bedingungen, d. h. unter beschränkter Luftzufuhr,
gearbeitet wird, während im zweiten die noch brennbaren Abgase des ersten Ofens
nachverbrannt und damit das Material so weit vorgewärmt wird, daß es bei Austritt
aus diesem Ofen und bei Eintritt in den Reaktionsofen unmittelbar auf Reaktionstemperatur
ist.
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An Stelle einer Ausführung des neuen Verfahrens in zwei Öfen ist es
auch denkbar, die beiden Öfen unmittelbar aneinander anschließen zu lassen, so daß
die beiden Stufen des Prozesses praktisch in einem Ofen vereinigt werden. In diesem
Fallwürde verhältnismäßig wenig Primärluft am Ausgangsende des Ofens und die erforderliche
Sekundärluft durch die Wandung des Ofens hindurch eingeführt werden müssen, wobei
die Einführung der Sekundärluft, nämlich an der Grenze zwischen Reaktions- und Vorwärmraum
oder in mehreren Teilmengen über letzteren verteilt, erfolgen kann. Die Einführung
der Luft erfolgt dabei zweckmäßig mittels Düsen, die durch die Ofenwandung hindurchgeführt
werden und über die Materialschicht hinausragen. Selbstverständlich kann die Luft
sowohl hier als auch bei den weiterhin beschriebenen Ausführungsweisen vorgewärmt
verwendet werden, wobei zur Vorwärmung irgendwelche Abwärme oder überschüssige brennbare
Gase des Prozesses verwendet werden können.
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Ähnliche Vorteile, wie sie im vorstehendem die Anwendung des Erfindungsgedankens
auf die Durchführung von Verflüchtigungsprozessen im Gegenstrom bietet, ergeben
sich auch bei der Anwendung auf einen im Gleichstrom von Gut und Gas durchgeführten
Verflüchtigungsprozeß. In derartigen Fällen verlassen ja die Gase den Ofen im allgemeinen
in reduzierender Form.
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Gemäß der Erfindung wird auch in diesem Falle das Gut in einer besonderen
Trommel vorgewärmt, wobei die Abgase des Reaktionsofens neben ihrer fühlbaren Wärme
durch Nachverbrennung die notwendige Wärme abgeben. Man erhält auf dieseWeise nicht
nur dieMöglichkeit der Ausnutzung der Abgase; sondern spart auf der anderen Seite
Hilfsheizung ganz oder teilweise und verringert damit die den Reaktionsofen durchstreichende
Gasmenge.
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Für beide Betriebsformen der Gleich- und Gegenstromarbeit gilt, daß
der Vorwärmofen zweclumäßigerweise möglichst lang bei geringem Durchmesser zu wählen
ist, während die Reaktionstrommel kürzer und zur Vermeidung von Ansätzen von größerem
Durchmesser sein kann.
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Die aus der Reaktionstrommel mitgerissenen Beschickungsteilchen werden
sich in der Vorwärmtrommel absetzen und wandern mit eventuell zurückgehaltenem Zinkoxyd
kontinuierlich in die Reaktionstrommel zurück. Da jedoch bei einer Durchführung
des Verfahrens unter reduzierenden Bedingungen im Reaktionsraum eine erheblich geringere
Menge Luft durch den Reaktionsraum geführt wird, kann der Prozeß unter erheblich
geringerer Staubentwicklung durchgeführt werden.
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Normalerweise wird in der Vorwärmtrommel Gegenstrombeheizung eingehalten
werden, bei leicht schmelzbarem Material jedoch kann auch die Gleichstrombeheizung
von Vorteil sein.
Zur klaren Kennzeichnung des Verfahrens sei im
nachstehenden die Durchführung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
die Abb. II und III die bisher bekannten Verfahren zur Durchführung der Verflüchtigungsprozesse
im Drehofen darstellen, während die Abb. IV bis VI die Möglichkeiten zur Durchführung
des Verfahrens gemäß Erfindung kennzeichnen.
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In allen Abbildungen ist dabei einheitlich der Reaktionsraum, d. h.
der Raum, in dem die eigentliche Verflüchtigung der verflüchtigungsfähigen Metalle
bewirkt wird, mit A bezeichnet, während der Vonwärmraum, das ist-der Raum, in dem
das metallhaltige Gut und Reduktionsstoff auf die Reaktionstemperatur erhitzt wird,
mit B bezeichnet ist. Mit o. G. ist eine oxydierende Atmosphäre, mit
r. G. eine reduzierende Atmosphäre bezeichnet.
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Die Abb. I enthält die Ausführungsform, wie sie z. B. in der deutschen
Patentschrift 252 195 beschrieben ist. Die Durchführung erfolgt in einem Ofen. Die
Abgase von A sind oxydierend und bestreichen unmittelbar das Material in B.
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Die Abb. II erläutert eine Ausführungsform, wie sie in der deutschen
Patentschrift 290 013 offenbart worden ist. Der Reaktionsraum A wird durch
reduzierende Verbrennungsgase bestrichen. Die Gase werden unmittelbar anschließend
durch den im gleichen Ofen befindlichen Raum B geführt, sind auch in diesem Teil
des Verfahrens reduzierend und verlassen den Ofen in reduzierender Form.
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Die Abb. III ist eine Ausführungsform des Verfahrens I, wobei die
Vorwärmung in einem getrennten Ofen vorgenommen wird, während der ganze Ofen A zur
Reaktion dient. Ein derartiges Verfahren ist z. B. in der französischen Patentschrift
631 7o8 beschrieben.
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Die Abb. IV enthält im Gegensatz zu dem Bisherigen eine Ausführungsform
des Verfahrens gemäß Erfindung. Die Atmosphäre in A ist reduzierend, wobei es belanglos
ist, ob die Zufuhr von Wärme durch eine reduzierende Flamme, durch reduzierende
heiße Gase, durch teilweise Verbrennung der Reaktionsprodukte und Reduktionsstoff
oder elektrisch (z. B. Widerstandsheizung) erfolgt. Bei Eintritt der reduzierenden
Gase in den Raum B mittels der Düse a wird Frischluft S bzw. irgendein sauerstoffenthaltendes
Gas zugesetzt, hierdurch eine Nachverbrennung der den Raum A verlassenden Gase bewirkt
und sodann der Raum B in wirksamer Weise erhitzt. .Die Abgase werden dann in die
Oxydgewinnungsanlage geführt. Wie bereits erwähnt, kann hierbei die Zuführung der
Sekundärluft an einer Stelle erfolgen, z. B. durch Düse a oder an mehreren Stellen
(nicht gezeichnet).
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Die Abb. V stellt die Durchführung des in Abb. IV beschriebenen Verfahrens
in zwei Ofen dar, von denen der eine Ofen die Funktion von A, der zweite
Ofen die von B erfüllt. Der Zutritt von Sekundärluft S erfolgt beim Eintritt
der Gase in B.
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In all den bisherigen Ausführungsformen erfolgte die Führung der Gase
entsprechend den bezeichneten Pfeilen im Gegenstrom zu dem im Ofen von oben nach
unten wandernden Gut. In der in Abb. VI dargestellten Ausführungsform erfolgt die
Führung von Gas und Material in A im Gleichstrom, während die Führung der Gase in
B im Gegenstrom erfolgt.
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Auch hier sind die den Raum A verlassenden Gase reduzierend, und ein
Zusatz von Sauerstoff S in irgendwelcher Form bewirkt die Nachverbrennung dieser
Gase zwecks Erhitzung von B.
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Die gezeichneten Ausführungsformen sind beispielsweise angeführt.
Variationen, insbesondere bezüglich der Führung der Gase, Einfügung einer Hilfsheizung
zur Unterstützung der Erhitzung in B usw., sind natürlich möglich.