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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zinkoxyd, insbesondere
von Zinkweiß Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
von Zinkoxyd, insbesondere von Zinkweiß, aus metallischem Zink, z. B. Rohzink, oder/und
aus zinkhaltigen Metallen, z. B. zinkhaltigem Blei, oder/und .aus zinkhaltigen Metallegierungen.
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Hierbei ergeben sich bekanntlich Schwierigkeiten durch die im Schmelzbade
enthaltenen Verunreinigungen, insbesondere das darin enthaltene Blei. Ein Teil dieser
Verunreinigungen geht nämlich unvermeidlicherweise in die Zinkdampfatmosphäre über,
wodurch die aus einem gegebenen Schmelzbade jeweils herstellbare beste Qualität
des Erzeugnisses grundsätzlich beeinträchtigt -wird. Durch den in die Zinkdampfatmosphäre
nicht übergehenden Anteil der Verunreinigungen wird im Laufe der Fabrikation das
Schmelzbad nach Maßgabe der Verflüchtigung des Zinkes an den Verunreinigungen allmählich
angereichert, und infolgedessen nimmt der in die Zinkdampfatmosphäre übergehende
Anteil der Verunreinigungen ebenfalls allmählich zu. Dies kommt in einer Schwankung
der Qualität der aus dem gleichen Schmelzbade hergestellten Ware zum Ausdruck. Dies°
Schwierigkeiten erhöhen sich erheblich, wenn verhältnismäßig unreine Ausgangsstoffe,
deren Anwendung wegen ihres .niedrigen Preises vorteilhafter erscheint, angewendet
werden.
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Zur Verringerung der angedeuteten Nachteile sind schon mehrere Vorschläge
bekanntgeworden.
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Ein früherer Vorschlag geht davon aus, daß der in die Zinkdampfatmosphäre
übergehende Anteil der Verunreinigungen zunimmt, wenn das Zink mittels einer äußeren
Bodenbeheizun,g zur Verdampfung gebracht wird; das Zinkbad gerät nämlich hierbei
ins Brodeln und ;neigt zur Blasenbildung. Mit Rücksicht hierauf soll das Zinkbad
gemäß dem erwähnten älteren Verfahren durch Verbrennung der Zinkdämpfe im Raume
oberhalb des Zinkbades selbst lediglich mittels Strahlwärme von :oben derart beheizt
-werden, daß die von oben ständig abbrennende Zinkdampfschicht durch Oberflächenverdunstung
von unten her kontinuierlich wieder ergänzt wird. Dieses Verfahren bietet wohl den
Vorteil, daß die Aussaigerung der Verunreinigungen, da keinerlei Bodenbeheizung
vorhanden ist, zu einer vertieften Stelle des Zinkbadbehälters ohne weiteres vor
sich gehen kann; infolge Fehlens einer Bodenheheizung ergibt sich jedoch die Möglichkeit
einer Wärmeabfuhr .aus dem Schmelzbade, wodurch die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens
beeinträchtigt wird.
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Gemäß einem anderen Vorschlag wird die Verwendung verhältnismäßig
unreiner Ausgangsstof£e dadurch ermöglicht, daß den Behältern, in denen das geschmolzene
-Zink aus dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand übergeführt wird, ein besonderer
Flammenofen vorgeschaltet ist, der nach Art der zur Raffination von Rohzink üblichen
Wannenöfenebenfalls ohne Bodenbeheizung arbeitet und in dem durch Aussaigerung der
Anteil
an Verunreinigungen auf ein erträgliches Maß herabgesetzt wird. Dieses bekannte
Verfahren ist umständlich und im Betrieb sowie hinsichtlich der Anlagekosten, kostspielig,
da die zur Reinigung des Zinkes erzeugte Vorschmelze aus einem vorgeschal-. teten
Raffinationsofen anderen Zinkbadbehäl-# tern zutransportiert und in dieselben umgegossen
werden muß, um das Zink hier in Diampfform überzuführen und anschließend zu oxydieren.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die überführung des Zinkes aus dem flüssigen
in den .dampfförmigen Zustand in demselben Behälter, in welchem auch die Aussaigerung
der Verunreinigungen stattfindet, so daß die aus dem soeben erwähnten Vorschmelzen
und Umgießen sich ,ergebenden Nachteile grundsätzlich entfallen, und außerdem ist
erfindungsgemäß zur Erzeugung der Zinkdampfatmosphäre stets auch eine Bodenbeheizung
vorgesehen, so daß die in Abwesenheit derselben sich ergebende Wärmeabfuhr aus dem
Schmelzbade ebenfalls vermieden wird.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Überführung
der Schmelze aus dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand mittels Bodenbeheizung
oder sowohl mittels Bodenbeheizung wie auch mittels Beheizung von ,oben aus einem
Schmelzbade derart erfolgt, daß ein vertiefter Fortsatz der Schmelze während der
Erzeugung des Zinkdampfes der Einwirkung der Bodenbeheizung mindestens teilweise,
vorzugsweise jedoch ganz oder zumindest möglichst weitgehend entzogen wird.
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Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß zur Erhöhung der
Wirksamkeit der Aßtssaigerung zwischen verschiedenen Stellen der Bodenfläche des
Schmelzbades ein ganz erheblicher Temperaturunterschied auch bei Anwendung einer
Bodenbeheizung geschaffen und selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn die
B:eheizung so weit getrieben wird, daß das Zink in Dampfform übergeht.
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Die Wirksamkeit der Aussaigerung kann dadurch .erhöht- werden, daß
der erwähnte vertiefte Fortsatz des Schmelzbades einer Kühlung ausgesetzt wird,
die auf diesen Fortsatz vorzugsweise allseitig einwirkt und vorzugsweise durch Luft
bewerkstelligt wird.
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Die Kühlwirkung im Bodenteil der Vertiefung kann bis zu einer zwischen
den Schmelzpunkten des Zinkes und des Bleies liegenden Temperatur getrieben werden,
so° daß das Zink im Bodenteil der Vertiefung im flüssig bleibenden Blei und ähnlichen
Verunreinigungen zum Erstarren gebracht wird und im Bade wieder an jene Stellen,
die einer Bodenbeheizung ausgesetzt sind, zurückschwimmen kann. Auf diese Weise
kann die Ausscheidung der Verunreinigungen besonders weit getrieben werden.
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Gemäß einer äußerst vorteilhaften Ausführungsart des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die Schmelze von oben mittels Strahlwärme auf ihrer ganzen Länge,
von ihrem Boden her jedoch nur auf einem Teil seiner Länge beheizt, wobei der nichtbeheizte
Bodenteil. der Schmelze zu einer sackartigen Vertiefung ausgestattet ist.
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Vorzugsweise wird dabei so vorgegangen, daß die Beheizung des Schmelzbades
von oben auf seiner ganzen Länge unter Nutzbarmachung der Verbrennungswärme des
Zinkes erfolgt, indem die Zinkdampfschicht oben über dem Schmelzbade selbst verbrennt,
während die Nutzbarmachung der Verbrennungswärme des Zinkes zur Bodenbeheizung dadurch,
daß - die Decke und/oder die Seitenwände des Verdampfungs- und zugleich auch Verbrennungsraumes
mindestens teilweise unter das Schmelzbad (z. B. durch fortlaufende oder absatzweise
Drehung des Schmelzofens) gebracht werden, nur auf einem Teil der Länge des Schmelzbades
erfolgt, indem ein Teil der Decke und/oder der Seitenwände durch Anbringung .einer
sackartigen Aushöhlung der Heizwirkung der Verbrennungswärme des Zinkes möglichst
entzogen wird.
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Die Nutzbarmachung der Verbrennungswärme des Zinkes zur Herbeiführung
einer Bodenheheizung dadurch, daß das Metallbad in einem Drehrohrofen erzeugt wird,
ist bekannt, und es ist auch bekannt, innerhalb dieses D@rehrohrofens zum Sammeln
der spezifisch schwereren Verunreinigungen eine Vertiefung anzubringen. Bei diesem
bekannten Verfahren wirkt jedoch auf das Metallbad sowohl die Strahlwärme von oben
wie auch die durch Drehung des Ofens herbeigeführte Bodenheheizung je auf die ganze
Länge des Metallbades ein, so daß die innerhalb des Drehrohrofens ,angebrachte Vertiefung
durch die Verbrennungswärme des Zinkes stets auf die gleiche Temperatur erhitzt
wird wie die übrigen Innenteile des Drehrohrofens. Im grundsätzlichen Gegensatz
hierzu werden beim erfindungsgemäßen Verfahren zwischen verschiedenen Stellen der
Bodenfläche des Drehrohrofens absichtlich Temperaturunterschiede aufrechterhalten.
Erst dadurch wird die Möglichkeit der Aussaigerung des Bleies usw. geschaffen, und
die Ausscheidung selbst wird, weil hierzu beim erfindungsgemäßen Verfahren .sowohl
die Verschiedenheit der spezifischen Gewichte der aussaigerbaren Bestandteile wie
auch der Temperaturunterschied zwischen verschiedenen Stellen der Boden-Räche gleichzeitig
und bestens ausgenutzt wird, wirksamer, weitgehender und von Zufälligkeiten
des
Betriebes unabhängiger gestaltet. Auf diese Weise wird unter gleichzeitiger Erhöhung
der Wirtschaftlichkeit des Betriebes im Vergleich zum Bekannten die aus einem Schmelzbade
bestimmten Reinheitsgrades jeweils herstellbare beste. Qualität des Erzeugnisses
erhöht, und außerdem wird der Betrieb gegen Schwankungen des Reinheitsgrades der
Schmelze unempfindlicher gemacht, was nicht nur in der erhöhten Gleichmäßigkeit
des Erzeugnisses, sondern auch darin zum Ausdruck kommt, daß die Abzapfung der Unreinigkeiten
weniger häufig vorgenommen zu werden. braucht.
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Die Erfindung sei ausführlicher an Hand der Zeichnungen erläutert,
die einige Ausführungsbeispiele von zur Durchführung des neuen Verfahrens geeigneten
Einrichtungen veranschaulichen.
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Abb. i zeigt eine Einrichtung im Längsschnitt gemäß Linie i-i der
Abb. 2; Abb. 2 stellt den Querschnitt gemäß Linie 2-2 der Abb. i dar, während die
Abb. 3 und q. im Längsschnitt je ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schmelztrommel
zeigen.
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Gemäß Abb. i und 2 wird das Schmelzbad m einem Drehrohrofen a hergestellt.
Die Verbrennung der Zinkdämpfe erfolgt hierbei im Drehrohrofen a selbst, wozu in
dessen Raumal Luft @oder/und sonstige oxydierende Gase (z. B. CO2) derart eingeführt
werden, daß sie, ohne mit dem Schmelzbade selbst in Berührung zu gelangen, oberhalb
der über .dem Schmelzbade lagernden Zinkdampfschicht hinwegstreichen und diese von
.oben her ständig abbrennt.
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Zum Ingangsetzen des Verfahrens kann eine Rostfeuerung c dienen, die
gegebenenfalls auch das zur Verbrennung des Zinkes im Raume a4 herangezogene C 02-haltige
Gas liefern kann. Vorzugsweise durch Drehung des Ofens a, der z. B. auf Rollen
h ruhen kann, derart, daß die Decke a, oder/und die Seitenwände a2 des auch als
Verbrennungsraum nutzbar gemachten Verdampfungsraumesa4 unter das Schmelzbad gelangen,
wird die Verbrennungswärme des Zinkes in an sich bekannter Weise zur Herbeiführung
auch einer Bodenbeheizung nutzbar gemacht.
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Gemäß der Erfindung besitzt das Schmelzbad .einen vertieften Fortsatz
a6, der derart gestaltet und angebracht ist, daß die Bodenfläche a7 dieses Fortsatzes
sowie seine Seitenwände von dem im Verdampfungsraum a4 des Zinkes verlaufenden Verbrennungsvorgang
nicht bzw. so wenig erhitzt werden, daß der vertiefte Fortsatzas des Schmelzbades
der Einwirkung der Bodenbeheizung praktisch möglichst weitgehend entzogen ist. Die
jeweilige Sohle as des eigentlichen Schmelzbades und die jeweilige Sohlea7 des vertieften
Fortsatzes @aß besitzen also verschiedene Temperaturen, wodurch der Vorgang der
Aussaigerung, wie bereits dargelegt wurde, äußerst günstig beeinflußt wird.
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Der Raum des vertieften Fortsatzes aß ist vom Innenraum a4 der Trommel
a zweckmäßig durch .eine Reihe von Durchfluß,öffnungenas gitterartig abgesondert,
wodurch die Aufrechterhaltung einer im Vergleich zur Sohle as tieferen Temperatur
im Fortsatz aß bzw. an dessen Sohle a7 erleichtert wird.
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Der Innenraum a4 der Trommel a ist in Richtung zu dem diese Trommel
kranzförmig umgürtenden Fortsatz a6 etwa kegelstumpfartig erweitert, so daß die
aussaigerbaren Bestandteile schon infolge ihres höheren spezifischen Gewichtes dem
F ortsatz aß zustreben.
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Der vertiefte Fortsatz a6 bildet um die Trommel a herum einen kranzförmigen
Flansch a5, der durch Luft allseitig gekühlt wird, wodurch der Temperaturunterschied
zwischen den Tlächen a3 und a7 noch weiter erhöht wird. Infolge dieses Temperaturunterschiedes
entstehen im Baustoff der Trommel a sehr erhebliche innere Spannungen, so daß der
Flanscha5 gegen die Mantelfläche der Trommel a :entsprechend ausgesteift werden
ruß.
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Der vertiefte Fortsatz.as kann beliebig: Querschnittsform besitzen.
Vorzugsweise verbreitert @er sich nach außen etwa kegelstumpfartig,. wodurch die
Kühlwirkung im Bereich der Bodenfläche a7 " noch weiter erhöht wird.
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Die Kühlwirkung kann durch entsprechende Gestaltung des Fortsatzes
ab oder/und Anwendung entsprechender Kühlmittel so weit gesteigert werden, daß im
Fortsatze ab das höheren Schmelzpunkt besitzende Zink erstarrt und im flüssig bleibenden
Blei und ähnlichen Verunreinigungen hochsteigend wieder in das Schmelzbad im Raum
a4 zurückkehrt.
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De sich im Fortsatz @a6 ansammelnden, an .sich wertvollen Verunreinigungen
(Blei, Hartzink usw.) können durch verschließbare Öffnungen vorzugsweise getrennt
abgezapft und dann gesondert verwertet werden.
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Die Drehung der Trommela kann in beliebiger Weise, z. B. mittels eines
zweckmäßig umkehrbaren Elektromotors Y4 unter Vermittlung der Getriebeteile r2,
Y3, Y, oder ,einfach durch Drehung der Rollen k und Mitnahme der Trommel a mittels
Friktion, erfolgen.
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Gemäß Abb. i strömt der Zinkoxydrauch aus dem Raum a4 meinen Kanal
g und von hier zwecks Verdichtung zu Zinkweiß in eine auf der Zeichnung nicht dargestellte
Sammelvorrichtung. Die Nachspeisung des verdampften Zinkes kann in beliebiger Weise,
z. B. über eine öffnungh im Kanalg und die Austrittsöffnung
f des
Zinkoxydrauches, erfolgen. Durch die abschließbare Öffnung h wird vorzugsweise auch
Luft :oder/und ein sonstiges ,oxydierendes Gas zugeführt, um hinter der Austrittsöffnung
f eine Nachverbrennung des Zinkes herbeizuführen. Der an den Drehrohrofen a anschließende
Teil des Kanals g kann auch als auf hoher Temperatur gehaltener Speicherraum nutzbar
gemacht werden.
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Gemäß Abb. i ist der den vertieften Fortsatz iah des. Schmelzbades
umschließende Flanscha5 am Austrittsende der Trommela angebracht. Vielfach wird
es vorteilhafter sein, einen derartigen Flansch a6 gemäß Abb. 3 in der Längsmitte
der Trommel anzubringen und den Innenraum a4 der Trommel im Durchmesser gegen diese
Längsmitte kegelstumpfartig oder tonnenförmig zu erweitern. Die Zuflußwege zur Vertiefungab
werden dadurch im Vergleich zu der Ausführung gemäß Abb. i verringert, und auch
die Verteilung der inneren Spannungen, die durch die absichtlich herbeigeführten
Temperaturunterschiede auftreten, wird dadurch günstiger.
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Gemäß Abb. q. sind vertiefte Fortsätz:e a6 in Kranzform an beiden
Enden der Trommel a vorgesehen, deren Innenraum in diesem Falle von der Längsmitte.
gegen beide Enden erweitert ist.
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Es könnten .an der Trommel a .natürlich auch mehr als zwei kranzförmige
Vertiefungenas vorgesehen sein, und diese könnten miteinander, gegebenenfalls außerhalb
des Raumes a4, kommunizieren. Es könnte ferner die Trommel a auch von einem etwa
schraubenförmig verlaufenden, kranzförmigen Fortsatz a6 umgürtet sein.
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Gemäß Abb. i erfolgt die Verbrennung der Zinkdämpfe mindestens teilweise
im Schmelzrauma4oberhalb des Zinkbades. Die Zinkdämpfe könnten jedoch aus dem Raum
a¢ auch :ohne -Verbrennung abgeführt werden, wobei also die Verbrennung erst etwa
im Kanalg vor sich gehen #würd'e; in diesem Falle muß die Büdenbeheizung, die sich
nur auf einen Teil der Länge des Schmelzbades erstrecken darf, in einer beliebigen
anderen, an sich bekannten Weise, z. B. elektrisch, bewerkstelligt werden, wobei
gleichzeitig ebenfalls in :einer beliebigen bekannten Weise, z. B. mittels nichtoxydierender
Verbrennungsgase, jedoch auf der ganzen Länge des Schmelzbades auch eine nichtoxydierende
Beheizung durch Strahlwärme von oben angewendet werden kann.
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Das Verfahren kann ferner auch in :einem vorzugsweise trommelförmigen
Schwenkofen durchgeführt werden; hierbei ist jedoch darauf zu achten, daß 'das Schmelzbad
durch das Oszillieren des Ofens nicht so heftig durchgerührt wird, daß dadurch die
Aussaigerung vereitelt wird. Man kann ferner auch in :einem ruhenden Kanal .arbeiten,
der Bodenbeheizung und außerdem eine vertiefte Stelle besitzt, die der Einwirkung
der Bodenbeheizung möglichst weitgehend entzogen ist. Auch üi diesem Falle kann
die Verbrennung der Zinkdämpfe oberhalb des Schmelzbades oder in :einem besonderen
Verbrennunsraum :erfolgen. In diesem Falle können' die Zinkdämpfe aus dem Verbrennungsraum
a4 mittels :eines Sirom:es reduzierender oder wenigstens nichtoxydierender Gase,
z. B. CO, abgeführt und in den besonderen Verbrennungsraum ä transportiert werden.
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Eine zeitweilige Abschaltung der B-odenbeheizung durch abwechselnde
Einschaltung reduzierender :oder wenigstens nichtoxydierender Gase bietet beim erfindungsgemäßen
Verfahren ,auch dann erhebliche Vorteile, wenn die Verbrennung der Zinkdämpfe im
Verdampfungsraum a4 selbst stattfindet, also die Verbrennungswärme des Zinkes als
Strahlwärme von oben und gegebenenfalls auch als Bodenbeheizung, z. B. durch Drehung
des Ofens, . nutzbar gemacht wird. Die V erbrennuAgswärmie kann' nämlich, wenn sie
ununterbrochen wirkt, mitunter eine üb.erhitzung herbeiführen, wodurch das Schmelzbad
unter Umständen doch ins Brodeln geraten kann hzw. Neigung zur Blasenbildung zeigt;
dadurch wird aber, wie bereits erwähnt, der Vorgang der Aussaigerung der Verunreinigungen
beeinträchtigt. Um derartige Überhitzungen zu vermeiden, ist es zweckmäßig, in den
Verdampfungsraum abwechselnd Gase :.oxydierender und dann Gase reduzierender ,oder
wenigstens nichtoxydierender Natur einzuführen, wodurch dem Schmelzbade Gelegenheit
gegeben wird, während der Zeitdauer der Einführung neutraler oder reduzierznder
Gase jenen überschuß an Wärme abzugeben, den .es während der Zeitdauer der Einführung
oxydierender Gase aufgenommen hat. Die Zeitdauer der Abwechslungen richtet sich
nach den jeweiligen Betriebsverhältnissen und ist vom Reinheitsgrade der jeweils
verwendeten Ausgangsstoffe abhängig. In einem gegebenen Falle kann man z. B. die
:oxydierenden Gase nach je 4stündiger Zeitdauer ausschalten und für etwa 1/4 Stunde
durch reduzierende Gase ersetzen.
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Die dazwischengeschalteten Gase reduzierender oder wenigstens nichtoxydierender
Natur werden dem Verdämpfungsraum a4 vorzugsweise in erhitztem Zustande zugeführt,
um etwaige zu plötzliche Abkühlungen im Verdampfungsraum zu vermeiden. .Sie können
z. B. :einem Gasgenerator entnommen werden, der unmittelbar dem Verdampfungsraum
vorgeschaltet ist, um die Eigenwärme des Gases nutzbar zu machen.
Die
zeitweilige Ersetzung der oxydierenden Atmosphäre durch eine neutrale und,@ode,r
reduzierende bietet auch Vorteile und ist erfindungsgemäß anwendbar, wenn die Ausscheidung
der Verunreinigungen im Sinne der erwähnten älteren Verfahren erfolgt, da das Kochen
des Bades die Ausscheidung in jedem Falle beeinträchtigt.