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Verfahren zur chemischen Veränderung von Gut Bei Verfahren zur Ausführung
chemischer Reaktionen, bei denen das zu behandelnde (gut durch einen erhitzten Reaktionsraum
geführt wird, ist das zu behandelnde Gut hinichtlich seiner physikalischen Beschaffenheit
meist nicht einheitlich. Es ist dies ein Nachteil, den man in manchen Fällen dadurch
zu tnngehen versucht, daß man das Gut vorher in Kornklassen aufteilt und diese gesondert
brhandelt. Es sei beispielsweise auf das Brennen von grobstöckigem Magnesit in Schachtöfen
und auf das Brennen von feinkörnigem Magnesit in Drehrohröfen hingewiesen. In ähnlicher
Weise wurden besondere Ofentypen (Stückkiesöfen) und Verfahren für das Rösten von
Schwefelkiesen in groben Stücken und besondere öfen (Feinkiesöfen) und Verfahren
für das Rösten gleicher Erze in feiner Form ausgebildet.
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Unter den handelsüblichen Begriff Feinkiese z. B. fallen im allgemeinen
zerkleinerte Schwefelkiese in einer Korngröße von o,8 bis o.to mm. Je nach den Erfordernissen
der Verwendung kann natürlich die Klassierung nach der Korngröße auch eine andere
als die ,genannte sein. Auch in derart feinkörnigem t.iut verhalten sich die einzelnen
Kornklassen bei der thermischen Behandlung verschieden. Infolge seiner großen Oberfläche
und seines kleinen Durchmessers reagiert das feine Korn @-"iel schneller als das
-gröbere. Die beabsichtigte chemische Umwandlung des feinen Korns ist also bei der
thermischen Behandlung viel früher beendet als die des gröberen. Dies gilt z. B.
für das Rösten von Schwefelerzen, wie Schwefelkies, Bleiglanz oder Zinkblende, für
das Kalzinieren im. Sinne der Abspaltung von Kohlensäure und Hydratwasser, und auch
bei einer Reihe anderer Verfahren, z. B. der Abspaltung von Schwefeldioxyd aus Gips
oder Schwerspat, das Brennen oder Sintern von Magnesit.
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Die Erscheinung, daß in feinkörnigem Gut das feinste Korn reaktionsfähiger
ist als das gröbere, ist schon in verschiedener Weise ausgenutzt worden. So hat
man beim Brennen von Magnesit das zerkleinerte oder gemahlene Gut in einem Drehrohrofen
in der Weise behandelt, daß gleichzeitig kaustizierter und totgebrannter oder gesinterter
Magnesit gewonnen wurde. Der Drehrohrofen war an einer Stelle, bei der sich im Betrieb
eine Temperatur von etwa goo bis rooo° einstellte, mit Löchern versehen, durch die
kaustischer 1Iagnesit, gegebenenfalls in gleichmäßiger Körnung, entnommen wurde.
Die Hauptmenge wurde totgebrannt und am beheizten Ende des Drehrohrofens ausgetragen.
Bei der Röstung von sulfidischen Zinkerzen, aus denen das Zink durch Elektrolyse
gewonnen werden soll, zeigt es sich, daß für die feineren Teilchen des Erzes die
Gefahr einer zu weitgehenden Röstung besteht. Im Hinblick hierauf wurde der Vorschlag
gemacht, das Erz vor der völligen Abröstung in Teilchen von verschiedener Größe
zu zerlegen und jede Korngröße dauernd in einem besonderen Ofen zu verarbeiten,
damit man bei jeder Kornklasse
Rücksicht auf die größtmöglichste
Röstgeschwindigkeit nehmen könnte.
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Die gleichzeitige thermische Behandlung feinen Gutes mit verschiedenen
Kornklassen hat nicht nur zur Folge, daß am Schluß der Behandlung gröberes und feineres
Korn verschiedener Beschaffenheit erhalten wird, sondern die feinsten Teilchen,
die die gröberen dicht umlagern, behindern die Erwärmung unter Zutritt von Reaktionsgasen
zu den gröberen Teilchen. Die Umwandlung der gröberen Teilchen verläuft demgemäß
träge und die Leistung des Ofens wird entsprechend herabgesetzt. Trotzdem ist der
Vorschlag, die verschiedenen Kornklassen feinkörnigen Gutes getrennt voneinander
in verschiedenen (Ofen zu rösten, in vielen Fällen «regen der hohen Anlage- und
Betriebskosten einer Vielzahl von Öfen nicht gangbar.
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Nach der Erfindung gelingt es, die cheinische Veränderung von feinkörnigem
Gut, das von vornherein verschiedene Korngrößen aufweist oder das im Verlaufe der
Behandlung verschiedene Korngrößen annimmt, mittels, des Gufes durch einen langgestreckten
erhitzten Reaktionsraum, z. B, das Rösten oder Brennen, ohne Aufteilung des feiidcörnigen
Gutes in verschiedene Kornlclassen vor der Behandlung so zu leiten, daß sämtliche
Korngrößen die gleiche chemische Umwandlung in annähernd gleicher Vollständigkeit
erfahren. Zu diesem Zwecke werden aus dem langgestreckten Reaktionsraum die feinen
Kornklassen getrennt von den gröberen nacheinander an zwei oder mehreren Stellen
des Reaktionsraumes entnommen, und es werden die Entnahmestellen so angeordnet,
claß die einzelnen Kornklassen jedesmal dann ausgetragen werden, wenn jede Kornklasse
den gewünschten gleichen Grad der Umwandlung erfahren hat.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht zu vergleichen mit einem
bekannten anderen Verfahren, bei dem pulverförmige Stoffe oben in eine stehende
Reaktionskammer eingeführt und ihnen zum Zwecke ihrer chemischen Umwandlung von
unten Gase ent-",egengeführt werden. Das bekannte Verfahren vollzieht sich in der
Weise, daß beim Zusammentreffen der Gase und Stoffe im `chwebezustande die Reaktion
eintritt, die zur Folge hat, daß die Stoffe, soweit sie von licr Reaktion erfaßt
werden, spezifisch schwerer werden und aus der Reaktionszone licraus nach unten
durch den Reaktionsraum fallen, w.ihrerid die nicht umgewandelten Stoffe, die spezifisch
leichter als die umgewandelten Stoffe sind, von einem von unten ausgehenden Saugstrom
erfaßt und nach der anderen 1\'.iclittui,-I aus clcr lZeaktionszone herausgezogen
werden. 1?s handelt sich liier nicht, wie bei dem Verfahren nach der Erfindung,
um die Behandlung von Stoffen, die in verschiedener Korngröße vorliegen, oder während
der Reaktionsbehandlung eine verschiedene Korngröße erhalten und die gemeinsam auf
einem längeren Wege durch eine Reaktionskammer bewegt werden. Es besteht also bei
diesem Verfahren auch nicht der Nachteil, daß feinere Stoffe, bei denen bereits
die Reaktion beendet ist, die gröberen und noch nicht umgewandelten Stoffe auf dem
Wege durch die Reaktionskammer behindern.
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Das Beispiel der Feinkiesröstung diene zur weiteren Erläuterung der
Erfindung.
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Die Siebanalysen der im Handel befindlichen Feinkiese zeigen eine
auffallende Übereinstimmung hinsichtlich 'des prozentualen Anfalles in den verschiedenen
Kornklassen, die sich kennzeichnet dadurch, daß der weitaus größere Teil aus den
feineren *Kornklassen besteht, während die gröberen Klassen nur in geringem Umfang
vorhanden sind.
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Feinkiese mit Kornklassen von o bis 8 mm -nthalten z. B.:
| Kornklasse o bis a mm ... 45 bis 70 °/o |
| 15 - 30 _ |
| -. |
| - 6 --8 5 - 15 |
Für den vorliegenden Zweck genügt die Annahme einer mittleren Zusammensetzung von.
'
| Kornklasse o bis 2 mm ..... 5ö °/o |
| - 2 - 6 - ..... 35 - |
| - 6 - S - ..... IS -. |
Die Untersuchung der aus solchen rohen Feinkiesen resultierenden Abbrände zeigt
zunächst in allen Fällen, daß eine Abnahme der einzelnen Kornklassen hinsichtlich
der Korngröße stattgefunden hat, d. h. es tritt während der Behandlung in den feinen
Kornklassen eine prozentuale Zunahme und entsprechend in den gröberen Klassen eine
prozentuale Abnahme auf. Diese Erscheinung wird natürlich auch bei der Ausgestaltung
des Röstverfahrens gemäß der Erfindung berücksichtigt, kann aber hier außer acht
bleiben.
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Die nicht abgerösteten Schwefelkiese haben einen mittleren Gehalt
von 47"/"S bis :4S °/o 5. die Abbrände einen mittleren Gehalt von 1,5 % S. Bei der
Untersuchung dieser Abbrände verteilt sich dieser S-Gelialt auf die verschiedenen
Kornklassen wie folgt:
| Das Korn o bis 2 mm hat 0.0') fu S |
| _ _ 2 - 6 _ |
| 6 - s _ _ 4,7 _ _ . |
I?rhiiclungsgemiiß wird nun an der Stelle des Ofens, an der der feine Kies von o
bis 2 min hei-eits fertiggerötet ist, diese l@oriikla
CSe. aus dem
Ofenindern entfernt, während (las Korn von a bis S mm im Ofen verbleibt und weiter
abröstet. Es wurde gefunden, daß der feine Kies von o bis 2 mm schon auf der 1lälfte
des gesamten Weges, welchen das Röstgut zu durchlaufen hat, auf o,6 °/o S abgeröstet
ist. An dieser Stelle wird deshalb ein Austrag mit einer Siebeinrichtung in unmittelbarer
Verbindung finit dem Ofen vor-:-esdien, und das Gut, das diesem Korn eiit-.pricht.
aus dem Ofen abgezogen.
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Da im Beispielsfalle aus wirtschaftlichen Isr@@-ü@ungen ein S-Gelialt
von 1,5 °4 zuliissig ist und die hornklasse von 2 bis 6 mm am 1#_ilde der
Röstung noch i,4. °1o S enthält, so kann inan auch diese Produkte als Hinreichend
eiitscli«vefelt ansehen und an geeignet-,-- Stelle (z. B. bei 3) als fertiges, abgeröstetes
Gut dein Röstvorgang entziehen. Dagegen liegt die hornklasse von 6 bis 8 mm oberhalb
der ztil;is:i,-en Schwefelgrenze. Diese grobe Klasse, die noch, keine ausreichende
Abi-iiatitig aufweist, wird deshalb nicht als F erti",produkt angesehen und nach
der Erfindung finit Hilfe geeigneter Einrichtungen dem gleichen Röstofen zwecks
Verlängerung des Röstweges und damit Verlängerung der Röstzeit wieder aufgegeben.
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Der Siebabzug gestaltet sich natürlich Je nach dein Ofentvp verschieden.
Beim Etagenofen kann beispielsweise eine ganze Etage als Siel) eingerichtet werden,
oder es können in einer Etage segmentförmige Siebe in entaprecliende Gewölbeöfnungen
eingelegt werden. Besonders günstig gestalten sich die @"erhältnisse beim Drehrohrofen.
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In der Zeichnung ist ein Drehrohrofen für die Ausführung des Verfahrens
beispielsweise dargestellt.
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Der Ofen (Abb. i) ist etwa auf ein Drittel seiner Länge mit der ersten
(i), auf der Hälfte .einer Länge mit der zweiten (2) und am Ende mit weiteren Austrittsöffnungen
3 und 4. versehen. Die Austrittsöffnungen sind zur @'erineidung ungewollter Lufteintritte
mit Austragsvorrichttmgen 5, 6, 7 und 8 ausgerüstet. Die Anordnung der Siebe an
den Ausfallöffnungen kann verschieden sein. Bei der ersten (i )und der zweiten (2)
Ausfallöffnung befindet sich ein Sieb zwischen dem Ofenmantel und der Austragsvorrichtung.
Bei (leg Auiragsoffnung 3 hat das Sieb die Ge-@talt eines im Innern des Ofens liegenden
Z@-iinclers, über den (las Röstgut hinweg in die letzte Austragsöffnung .f tritt:
nur das rltircli (las Sieb ii durchlaufende Gut kann in die Ausiragsvorriclitung
7 gelangen. Diese Art (leg Siebanordnung kommt insbesondere für solche Stellen im
Ofen und für solche Verfahren in Frage, an tmw. bei denen tnit einer geringeren
Wä rmeentwicklung zu rechnen ist-Abb. 2 stellt einen Schnitt durch den Ofen dar,
durch den- gezeigt ist; in welcher Weise mehrere auf den Umfang verteilte und mit
Sieben versehene Austrittsöffnungen mit nur einer Austragsvorrichtung ausgerüstet
sein können.
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Abb. 3 stellt eine weitere Ausfiihrungsforin einer Austragsvorrichtung
vor. Hier erfolgt der Austritt des Gutes durch nur eiile Austrittsöffnung, und zwar
fällt bei dieser Ausführungsform das Gut ohne Rücksicht auf die Kornklassen aus
der vollständig offenen Ausfallöffnung. Es gelangt dabei auf den den Ofenmantel
umgebenden Siebmant-21 12. Von hier wird das feine Gut auf den den Siebmantel umschließenden
Marltt--l 13 abgesiebt und von diesem zum Austrag 14 befördert. Das grobe iVLateria!
verbleibt ini Siebmantel, wird von diesem gehoben und fällt durch eine zweite Öffnung
bei deren höchster Stellung in den Ofen zurück.
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Abb. 4. stellt die Abwicklung des Siebmantels i2'mit der Austraasöffnung
aus dein Ofen und der Einlauföffnung in den Ofen dar.
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Durch die Umdrehung des Ofens tritt eine Absiebung des in den Siebmantel
gefallenen Gutes ein. Das am Bodenblech 13 weiter wandernde, durch das Sieb
gefallene feine Gut wird durch die Austragsvorrichtung i4. ausgetragen, während
das grobe auf dem Sieb verbleibende Gut durch die Einfallöffnung 15 wieder in das
Innere des Ofens zurückfällt. Ccm zu erreichen, daß das gesamte im Verlauf einer
Umdrehung des Ofens in den Bereich einer Austragsöfnung gelangende Gut durch diese
den Ofen verläßt, ist erfindungsgemäß hinter der Austragsvorrichtung im Innern des
Ofens in an -sich bekannter Weise ein Staurilig 16 eingesetzt, dessen Höhe so bemessen
ist, daß im Verlauf einer Umdreliting die gestaute Menge keinesfalls darüber hinwegrieselt.
Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das Material vor dem Stauring aus dem
Ofen aus- und unmittelbar hinter dem Stauring wieder in den Ofen eintritt. Gleichwertig
mit der Anwendung eines Stauiinges ist die aus praktischen Gründen vorzusehende,
aus zwei Stauriligen ycbilclete Rinnenform im Innern des Ofens.
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Abb. 5 stellt schließlich eine Einrichtung dar, durch die (las ain
Ende oder an irgeii:leiner anderen Stelle des Ofens ausgetragene evtl. auch abgesiebte
Gut selbsttätig wieder in einen vorher liegenden Teil des Ofens zurückbefördert
werden kann. Diese Einrichtung besteht aus einer beispielsweise finit rechteckigem
Querschnitt ausgebildeten Schnecke, welche der Drehrichtung des Ofens ciltgegenläuft
und an beliebigen Stellen finit dein Innern des Ofens verbunden ist. Infolge (leg
Umdrehung des Ofens wandert (las Gut in der
Schnecke. Und zwar ist
bei dieser Ausbildung die BewegungsrichtLlng des Gutes in der Schnecke entgegengesetzt
der des Gutes im Ofen.. Durch die Schnecke kann also Gut von einem tieferen Teil
des Ofens zu einem höheren Teil befördert werden. Die Schnecke kann beliebigen Querschnitt
haben. Sie kann erfindungsgemäß auch in das Innere des Ofens verlegt werden. Sie
kann aus einem beliebigen geeigneten Material, z. B. aus Eisen oder sonstigem Metall,
hergestellt sein, das von dem zu behandelnden Gut nicht angegriffen wird. Sie kann
aber auch durch entsprechende Hohlräume im Innern des Mauerwerks aus diesem selbst
gebildet werden-Man kann die Vorrichtung auch für solche Fälle anbringen, bei denen
es darauf ankommt, Gut aus dem vorderen; Teil des Ofens in dahintergelegene zu befördern.
In diesem Falle muß natürlich der Drehsinn der Vorrichtung entsprechend`abgeändert
sein.
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Der Rücktransport des gröberen, am Ende des Ofens abgesiebten Gutes
kann im Verfahren gemäß der Erfindung zweierlei Bedeutung haben.
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Zunächst kann Gut mit gröberem Korn, dessen chemische Umwandlung -noch
nicht den gewünschten Grad erreicht hat, zwecks Wiederholung der Behandlung am Anfange
des Ofens oder an einer sonstigen geeigneten Stelle, z. B. in die Zone der Hauptreaktion,
wieder eingeführt werden. Durch die einmal oder mehrmals wiederholte Behandlung
des gröberen Gutes im Ofen erhält es dann die gewünschte Beschaffenheit. Andererseits
verursacht die Zurückführung eines Teils des Gutes aus einer kälteren Ofenzone in
eine vorgeschaltete wärmere eine Herabsetzung der Temperatur dieser wärmeren Zone.
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Es sei angenommen, daß eine bestimmte Sorte Schwefelkies eine zulässige
Rösttemperatur von iooo° erreicht. Der Abbrand am Ende des Ofens weise eine Temperatur
von etwa 2oo° noch auf. Wird nun beispielsweise 2o bis 25 °1o des Abbrandes im abgekühlten
Zustand der Hauptreaktion wieder zugeführt, so tritt hier eine Abkühlung um etwa
22o° bis 25o°, also auf Soo° bis 75o°, ein. Erfahrungsgemäß hängt die Leistung der
Röstöfen von der Abgabemenge ab, die direkt proportional der durch die Schwefelverbrennung
frei werdenden Wärme ist. Im Beispielsfalle ist man also in der Lage, die Menge
Rohkies mehr aufzugeben, die notwendig ist, um die auf Soo° bis 750° erniedrigte
Temperatur des höstg:ites auf iooo° aufzuheizen.
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Erfindungsgemäß kann das in Abb. 3 und 4 um den Ofenmantel leerumgelegte
Sieb mit gleicher Wirkung in der beschriebenen um clen Ofen verlaufenden -1;cllnecl:e
unteigel>raclit werden. Auch können die Austragsöffnungen, die zum Austritt des
Röstgutes aus dem Ofen dienen, gleichzeitig als Lufteintrittsöffnung benutzt werden.
Für manche Fälle ist es auch zweckmäßig, die Ausfallöffnungen, z. B. durch Rinnen
o. dgl., zu verbinden: Das Gut wird dann also aus mehreren Ausfallöffnungen gesammelt
und aus der Sammelrinne, die natürlich fest mit dem Ofen verbunden ist, nur an einer
einzigen Stelle ausgetragen. Die Einrichtungen, die zur Aufnahme des Gutes aus dem
Ofen kotwendig sind, können dann wesentlich einfacher gestaltet werden. Die Rinnen
können dabei im Innern noch mit Klassiersieben versehen sein, so daß das Gut auf
seinem Wege über die Rinne roch eine Trennung nach der Korngröße erfährt. Dies empfiehlt
sich insbesondere, wenn die verschiedenen Korngrößen verschiedenen Verwendungszwecken
zugeführt werden sollen, eine Korngröße, z. B. die grobe, noch eine Nachbehandlung
erfahren, z. B. durch die in Abb. 5 dargestellte Einrichtung wieder in den Ofen
zurückgeführt werden soll, oder wenn das abgesiebte feinste Korn für die nachfolgende
Weiterverwendung ungeeignet ist und durch an sich bekannte Verfahren in eine gröbere
Form übergeführt werden soll.
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Wie bereits bemerkt, ist es nicht notwendig, daß für das Verfahren
gemäß der Erfindung ein Drehrohrofen verwendet wird. Es lassen sich auch alle anderen
Ofenformen verwenden, in denen das Gut während der thermischen Behandlung einen
längeren Weg zurücklegt. Die aus dem Ofen nacheinander entnommenen Kornklassen müssen
nicht immer dieselben sein. Es können die Kornklassen und die für ihre Entnahme
dienenden Siebeinrichtungen weitgehend den im Ofen herrschendenReaktionsbedingungen,
insbesondere der Temperatur, angepaßt werden. In allen Fällen ist es indessen möglich,
die einzelnen Entnahmestellen so auf.den Umfang des Ofens zu verteilen, daß die
entnommenen Teilinengen die gleiche chemische Umwandlung erfahren haben.