DE618873C - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Zink - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Zink durch Destillation von Verunreinigungen mit höherem oder tieferem Siedepunkt als dem des Zinks, beispielsweise von Blei und Kadmium. Letztgenannte Metalle sind im folgenden stets als Beispiele für Verunreinigungen höheren oder tieferen Siedepunkts genannt.

Die Erfindung stellt eine Weiterentwicklung des Verfahrens und der Vorrichtung dar, die in dem Patent 579 Jj6 beschrieben sind. Die Erfindung besteht darin, daß das verunreinigte geschmolzene Zink zunächst einer Rektifikation zwecks Entfernung des Kadmiums und dann das so behandelte Zink einer zweiten Rektifikation zur Ausscheidung des Bleies unterworfen wird, so daß man schließlich einen gereinigten Zinkdampf erhält. Dementsprechend wird das mit Blei und Kadmium verunreinigte Zink zwei aufeinanderfolgenden Rektifikationen unterworfen; bei der ersten ergibt sich ein kadmiumfreies Zink, das der zweiten Rektifikationsstufe zugeleitet wird, aus der man einen bleifreien Zinkdampf erhält. Dieser kann unmittelbar, zu Zinkoxyd verbrannt oder zu Zinkstaub kondensiert oder auch in anderer Weise verwendet werden.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausführung des Ernndungsgegenstandes dargestellt.

Fig. ι ist ein senkrechter Schnitt durch die Vorrichtung. Fig. 2 bis 4 sind Teilschnitte in den Ebenen 2-2, 3-3 und 4-4 .der Fig. I, und Fig. 5 ist ein Teilschnitt in der Ebene 5-5 der Fig. 4."

Gemäß der Fig. 1 ist ein aufrecht stehender Ofen 10 mit einer Heizkammer 11 versehen, in der Brenner Öffnungen 12 und in der Nähe der Decke ein nicht dargestellter Auslaß für die Abgase angeordnet sind. Die Beheizung des Ofens kann aber auch auf andere Weise erfolgen.

In die Heizkammer 11 ist der untere Teil der zur Kadmiumabscheidung dienenden Rektifikationssäule eingebaut. Er besteht aus rechteckigen Trögen 13 aus Siliciumcarbid oder gleichwertigem feuerbeständigem Baustoff guter Wärmeleitfähigkeit. Ober- und Unterkanten der Tröge sind bei 14 abgeschrägt, so daß man sie zu einer senkrechten

Säule übereinanderstapeln kann. Die Fugen zwischen den Trögen sind durch Silioiumcanbidzement mit geringfügigem Tonzusatz o. dgl. gegen Zinkdampf abgedichtet. Jeder Trog 13 hat eine V-förmige Umfangsrinne 15, in der sich geschmolzenes Metall ansammelt. Die Rinne liegt zwischen der äußeren Trogwand und einer schrägen Innenwand 16 des Trogbodens 17. Jeder Trog ist aus einem Stück gegossen. Jeder Boden 17 hat in der Nähe des einen Trogendes eine öffnung 18 ■mit nach oben umgebogener Kante 19, so daß sich auf den oberen Bodenteilen flache Teiche flüssigen Metalls ansammeln (s. Fig. 3). Die Tröge 13 werden mit versetzt gegeneinander angeordneten öffnungen 18 übereinandergestapelt, so daß die Trogböden senkrecht übereinanderliegende Ablenkplatten bilden) die den aufsteigenden Dämpfen und dem herabfließenden Metall zickzackförmige Wege aufzwingen.'

Der obere Teil der Kadmiumsäule besteht aus übereinandergestapelten rechteckigen Trögen 20 aus Siliciumcarbid o. .dgl., deren Ober- und Unterkanten ebenso wie bei den Trögen 13 abgeschrägt und deren Fugen mit einem zinkdampfdicfaten Zement ausgefüllt sind. Der Boden eines jeden Trogs 20 hat in der Nähe des einen Trogendes eine Queröffnung 21, und die obere Bodenfläche ist mit zur öffnung parallelen Querrippen 22 versehen, deren Höhen von der öffnung nach den gegenüberliegenden Trogenden bin ansteigen. Die Tröge 20 sind gleichfalls mit versetzt gegeneinander angeordneten öffnungen 21 übereinandergestapelt (Fig. 3). Oberhalb des Ofens 10 ist die Säule von Trögen 20 mit einer passenden Isolation 23 umkleidet.

Der Boden des untersten Trogs 20 liegt ganz nahe über dem Boden des obersten Trogs 13, so daß an dieser Stelle nur ein verhältnismäßig enger Raum für den Dampfdurchfluß vorhanden ist. Aus diesem Grunde liegt die Öffnung 21' des untersten Trogs 20 unmittelbar über der Öffnung 18 des obersten Trogs 13, so daß der Dampf unmittelbar durch diese beiden Öffnungen aufsteigen kann. Die. Innenkante der öffnung 21' trägt eine nochstehende Rippe 29, die in Meinem Abstand Von den Seitenwänden des Trogs endet, so daß das überlaufende flüssige Metall in die Rillen des darunterliegenden Trogs gelenkt wird, ein Vorgang, 'der weiterhin noch an Hand der ähnlichen Fig. 5 näher erläutert ist.

Über der Kadmiumsäule ist ein Dephlegmator 24 angeordnet. Der Betrag der 'hierin stattfindenden Kondensation wird durch eine veränderliche Wäfmeisolätion geregelt. Dasin dem Dephlegmator kondensierte flüssige Metall fließt in die Kadmiumsäule zurück, wobei es unter einer Querleiste 25 und über einen Überfall 26 hinwegfließt. Die Querleiste 25 dient ale Sohaumleiste und hindert das Zurückfließen von kadmiumreichem Zinkstaub in die Kadmiutneäule. Der Metallstaub wird von Zeit zu Zeit durch ein für igewöhnlich mit einem Stopfen verschlossenes Zapfloch 27 in der Wand des Dephlegmator abgezogen. An das Dach des Dephlegmator schließt sich ein Dampfauslaß 28 an.

Verunreinigtes flüssiges Zink wird in die Kadmiumsäule durch eine Leitung 30 eingeführt, die mit einem Füllbehälter 31 in Verbindung steht. In 'diesen fließt ein ununterbrochener Strom flüssigen Metalls durch eine öffnung 32 im Boden eines oberen Füllbehälters 33. Die Durchflußmenge wird bei der öffnung 32 durch Einstellung eines Ventils 34 geregelt. In dem Füllbehälter 33 wird stets ein passender Stand flüssigen Metalls aufrechterhalten. Die Leitung 30 führt das Metall aus dem Füllbehälter 31 in einen der unteren Tröge 20 der Kadmiumsäule.

Der Boden der Kadmiumsäule wird durch einen Trog 35 gebildet, der eine mit einer Leitung 36 in Verbindung stehende seitliche Öffnung hat. Das flüssige Metall fließt daher vom Fuß der Kadmiumsäule durch einen durch eine Trennwand 37 gebildeten Flüssigkeitsabschluß und durch das Rohr 36 zur Rektifikationssäule für die Bleiabscheidung. Der untere Teil der Bleisäule ist in die Heizkammer 41 eines Ofens 40 eingebaut. Die Heizkammer hat Brenneröffnungen 42 und einen Auslaß 39 für die verbrauchten Heizgase (Fig. 4). Der untere Teil der Bleisäule besteht aus Trögen 44, die den Trögen 14 ähneln, während der obere Teil der Bleisäule aus Trögen 50 besteht, die den Trögen 20 ähnlich .sind. Das flüssige Metall wird vom Fuß der Bleisäule durch ein Auslaßrohr 49 abgezogen. Oberhalb des Ofens 40 ist die aus den Trögen 50 bestehende Säule mit einer Wärmeisolierung 43 umkleidet. *°5

Die Spitze der Bleisäule steht durch eine öffnung 45 mit einer Zinkoxydverbrennungskammer 46 in Verbindung, 'die mit öffnungen 47 zum Eintritt von Luft versehen ist. Der durch die Verbrennung des Zinkdampfes in der Kammer 46 gebildete Zinkoxydrauch wird durch eine Leitung! 48 einer geeigneten Zinkoxydsammelvorrichtung zugeleitet.

Fig. 5 zeigt die Verbindung zwischen dem obersten Trog 44 und dem untersten Flachtrog 50.. Nach der besonderen Formgebung dieser Träge liegt der flache Boden des untersten Troges 50 dicht über dem ebenen Teil des Bodens des obersten Troges 44, so daß für den aufsteigenden Dampf nur ein schmaler Raum vorhanden ist. Aus diesem Grunde ist die Öffnung 51 im untersten Trog 50 un-

mittelbar über der öffnung 52 im obersten Trog 44 angeordnet, so daß der Zinkdampf unmittelbar durch diese beiden übereinanderliegenden öffnungen durchströmen kann, 5 ohne den engen Raum · zwischen den beiden Trogböden durchstreichen zu müssen. Um ein Kurzschließen des herabfließenden flüssigen Metalls durch die beiden übereinanderliegenden öffnungen zu vermeiden, ist die Innenkante der öffnung 51 des untersten Trogs 50 mit einer Hochstehenden Rippe 53. versehen," die etwas im Abstand von den Seitenwänden des Trogs endet und daher öffnungen 54 übrig läßt, dieso angeordnet sind, daß das flüssige Metall unmittelbar in die Seitenrillen 55 des obersten Troges 44 geleitet wird. Wie bereits oben erwähnt, findet sich eine ähnliche Anordnung in der Kadmiumsäule.

Im Gebrauch wird ein ununterbrochener Strom von mit Blei und Kadmium verunreinigtem flüssigem Zink durch die Leitung 30 in - einen der Tröge 20 der Kadmiumsäule eingeleitet. Im unteren Teil der Kadmiumsäule wird Wärme in regelbarem Betrag durch die Heizkammer 11 zugeführt, so daß das flüssige Metall in einem Betrage verdampft, der zur ununterbrochenen Rektifikation der Mischung von Zink und Kadmium in der Kadmiumsäule ausreicht. Metalldampf steigt in inniger Berührung mit dem herabfließenden flüssigen Metall auf und wird schrittweise mit Kadmium angereichert, während das herabfließende flüssige Metall schrittweise kadmiumärmer wird. Der kadmiumreiche Zinkdampf strömt von der Spitze der Kadmiumsäule in den Dephlegmator 24. Hier wird der Dampf mit Ausnahme einer sehr" kadmiumhaltigen Fraktion kondensiert und in die Kadmiumsäule zwecks weiterer Abscheidung des Kadmiums zurückgeleitet. Die nicht kondensierte kadmiumreiche Fraktion des Dampfes entweicht durch das Rohr 28 und wird einer nicht dargestellten Wiedergewinnungsanlage,

z. B. einem Kondensator oder einer Verbrennungskammer, zugeleitet.

In dem Sumpf am Fuß der Kadmiumsäule sammelt sich kadmiumfreies flüssiges Zink an und fließt unter der Trennwand 37 in das Rohr 36 und zur Bleisäule. Die Wand 37 bildet einen Flüssigkeitsabschluß, der ein Übertreten von kadmiutnreichem Dampf in die Bleisäule verhütet. Könnte Kadmiumdampf in die Bleisäule übertreten, so würde er den gereinigten Zinkdampf begleiten und mit ihm zur Zinkoxydverbrennungskammer gelangen. Aus der Leitung 36 gelangt das kadmiumfreie flüssige Zink in einen der Tröge 50 in praktisch ununterbrochenem Strom. Der untere Teil der Bleisäule arbeitet als Zinkdestillationsretorte und wird zu diesem Zweck durch die Heizgase in der Heizkammer 41 beheizt. Der Metalldampf steigt in inniger Berührung mit dem herabnießenden flüssigen Metall auf und wird fortschreitend vom Blei gereinigt, während sich das herabfließende flüssige Metall schrittweise mit Blei anreichert. Der gereinigteZinkdampf fließtvon der Spitze der Bleisäule durch die öffnung 45 in die Verbrennungskammer 46 und wind hier in Gegenwart von Luft zu Zinkoxyd verbrannt. Das sich im Fuß der Bleisäule ansammelnde flüssige Metall, das reich an Blei, Eisen und anderen höher siedenden Verunreinigungen ist, wird fortlaufend oder absatzweise durch einen Auslaß 49 abgezogen.

Aus dem Fuß sowohl der Kadmiumsäule als auch der Bleisäule wird flüssiges Metall abgezogen, aber die unteren beheizten Teile der beiden Säulen arbeiten in verschiedener Weise. Das vom Fuß der Kadmiumsäule abgezogene flüssige Metall besteht aus mit Blei verunreinigtem Zink, das aber kodmiumfrei ist. Dem unteren Teil derKadmiumsäule wird Wärme in einem Maß zugeführt, daß eine ständige Rektifikation des Gemisches von Zink und Kadmium eintritt. Mit anderen Worten, der Fuß der Kadmiumsäule wird nicht so stark beheizt, daß alles hineingelangende Zink als Dampf ausgetrieben wird. Dagegen besteht das in den Fuß der Bleisäule gelangende flüssige Metall aus Blei, Eisen und anderen höher siedenden Verunreinigungen mit einem kleinen Zusatz von Zink. Die Beheizung des unteren Teils der Bleisäule dient dazu, praktisch das gesamte Zink zu verdampfen und den gereinigten Zinkdampf der Zinkoxydverbrennungskammer nach dem Durchströmen der Rektifikationssäule zuzuleiten. Demgemäß wind der untere Teil der Bleisäule so betrieben, daß er als Zinkdestillationsretorte arbeitet.

Wie bereits erwähnt, braucht der gereinigte Zinkdampf nicht zu Oxyd verarbeitet, sondern kann auch in anderer Weise, z. B. zur Erzeugung von Zinkstaub, verwendet werden.

Die beschriebene Vorrichtung ist mannigfacher Abänderungen fähig und besteht ganz allgemein gesprochen aus einer Rektiifikationssäule zur Kadmiumabscheiduog, die mit einer Rektifikationssäule zur Bleiabscheidung derart verbunden ist, daß das kadmiumfreie flüssige Zink vom Fuß der Kadmiumsaule zur Bleisäule gelangt, der gereinigter Zinkdampf entnommen wird. Die Ablenkwände können anders ausgebildet sein als oben beschrieben, und das mit Blei und Kadmium verunreinigte Zink kann der Kadmiumsäule gegebenenfalls auch als Dampf zugeleitet werden. Auch kann man das kadmiumreiche Metall dem Dephlegmator in flüssiger anstatt in Dampfform entnehmen.

Claims (1)

1. 618878

   ■ -Patentansprüche:

   ι. Verfahren ziur Entfernung von Bestandteilen mit höherem und niedrigerem ' Siedepunkt aus Rohzink, dadu'rch gekennzeichnet, daß das Rohizink -zwei- aufeinanderfolgenden Rektifikationen in zwei in Reihe geschalteten Rektifikatäonssäülen unterworfen wird, wobei in''der--ersten ίο Säule das Metalldampf gemisch vönr deni niedriger siedenden ' Bestandteil' befreit : wird, der zur weiteren Verwendung abgeleitet ward, während die Zinkdämpfe mit ..den höher siedenden Bestandteilen -kondensiert wenden,.. und das; Zink in die '. zweite Säule fließt, wo ^: von'den höher siedenden Bestandteilen gereinigte Zink- ■-■: dämpfe anfallen, die gegebenenfalls in " - - einer angescHossenen Kammer zu Zink-' ■ oxyd verbrannt werden. " '· -' · 2.: Verfahren nach Anspruch 1," dadurch gekennzeichnet, daß das Rohzink in' flüssiger Form der ersten' Rektifikationssäule an einer Stelle zugeleitet wird, die etwa - in ihrer halben Höhe liegt.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, da-' durch gekennzeichnet, daß ,das Zink in der ersten Rektdfikatiönsstufe von Kadmium und" in der zweiten von Blei und Eisen befreit wird.

   ¹ - 4. "Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, ge-"kennzeichnet durch zwei in Reihe geschal-■tete Rektifikationssäulen, eine Einrichtung zur Überleitung· des kadmiumfreien, flüssigen, bleihaltigen Zinks von der ersten Rektifikationssäule zur zweiten Rektifikationssäule und Einrichtungen zum Abführen des Ka/dmramidampfes aus der ersten Rektifikationssäule und des gereinigten Zinkdampfes aus der zweiten Rektifikationssäule und gegebenenfalls eine mit Luftzuführung versehene Kammer zur Verbrennung der Zinkdämpfe.

   Hierzu i Blatt Zeichnungen