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Verhüttung feiner Zinkerze Die Verhüttung feiner Zinkerze bereitet
der Fachwelt von jeher Schwierigkeiten.
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Der Hüttenmann weiß zwar, daß die Verflüchtigung des Zinks aus einem
Feinerz-Fein-5 kohle-Gemisch verfahrensmäßig glatt verläuft, wenn dasselbe in dünner
Schicht erhitzt wird. Er weiß auch, daß ein Feinerz-Koksklein-Gemisch in dicker
Schicht, falls es einen genügenden Überschuß an Koks aufweist, unter kaum minder
lo günstigen Bedingüngen vergast. Aber all -dies, und das ist das Entscheidende,
läßt ihn nicht übersehen, daß für die Praxis von Wert trotz alledem keines dieser
beiden Verfahren ist. Beide sind zu kostspielig, weil bei 'beiden, ge-15 messen
am Brennstoff-, Lohn- und Mluffelaufwand, die einzelne Muffel nur schwach mit Erz
besetzt und infolgedessen ihre Leistung ungenügend ist.
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Verfahrensmäßig ungünstiger wie in den vor-2o genannten Fällen liegen
die Dinge bei einem Feinerz-Feinkohle-Gemisch in dicker Schicht. Aus ihm verflüchtigt
sich das Zink, welche Vorkehrungen auch immer getroffen werden mögen, denkbar schlecht.
Zumindest so lange, als die 25 Beschickung locker ist. Dies - rührt
daher, weil in einem feinpulverigen Gemisch wie dem hier in Frage stehenden eine
eigentliche Wärmeströmung überhaupt nicht zustande kommt, da die entstehenden Gase
und Dämpfe die Be-, schickung nicht allseitig. durchdringen (durchströmen), sondern
in Form von sogenannten Gasfäden verlassen. Auf die Mithilfe einer Strömung kann
aber bei der Erwärmung einer dicken Beschi#k-ung nicht verzichtet werden, soll nicht
hur die Randzone, sondern auch der Kern der Beschickung rasch und gleichmäßig ausbrennen,
da hierfür Wärmestrahlung und Wärmeleitung allein nicht ausreichen.
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Die geschilderten Umstände brachten es mit sich, daß noch vor einem
Jahrzehnt nirgends Feinerz für sich allein, sondern nur zusammen mit den gut verhüttbaren
körnigen Erzen verarbeitet wurde. Dies geschah und geschieht zum Teil auch heute
noch in der Weise, daß man körnigem Erz geringe Mengen Feinerz zuschlägt und dieses
Gemisch zusammen mit Kohle bald in Röhren mit kreisförmigem Querschnitt und einer
inneren lichten Weite von 15 bis 25 cm, sog. belgische Zinkgewinnung, bald
in Röhren mit eirundem Ouerschnitt und einer inneren lichten Weite von 16 bis 18
cm, sog. rheinische Zinkgewinnung, auf 1400' erhitzt.
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Mit der fortschreitenden Verdrängung der körnigen Erze durch die feinen
Erze versagte naturgemäß dieser Notbehelf zusehends. Man ging infolgedessen dort,
wo körniges Erz überhaupt
nicht mehr oder doch nur noch in unzureichender
Menge zur Verfügung stand, im Hinblick auf die günstigen Erfahrungen, die man hinsichtlich
des Röstverlaufes und hinsichtlich der Eigenschaften des Röstgutes bei der Verblaseröstung
anderer Erze gemacht hatte, dazu über, die feinen Erze nicht mehr wie bisher in
den Pulverröstöfen in einem Gange totzurösten, sondern nur noch vorzurösten und
anschließend hieran auf einer Sintervorrichtung zu verblasen. Das Ergebnis war,
daß statt pulverigen Erzes Sintergut, d. h. Erz in Brocken, anfiel, aus dem
sich mühelos das für die belgische und rheinische Zinkgewirrnung geeignete körnige
Erz herstellen läßt. Damit war der Anschluß an Bekanntes gefunden und die Aufgabe,
aus Feinerz ohne Zuhilfenahme körnigen Erzes Zink zu gewinnen, gelöst.
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Der auf diese Weise erzielte Erfolg aber war kein schlechthin zufriedenstellender.
Einmal, weil die Verblaseröstung nur bei sehr reinen, nicht aber bei unreinen (leicht
sinternden) Erzen ein brauchbares Röstgut abgibt, da unreine Erze bei den der Verblaseröstung
eigenen Temperaturen ihre Porigkeit verlieren und verschlacken, wodurch die ausreichende
Entschwefelung des Erzes verhindert wird. Ein weiterer Mangel ist der, daß die beiden
für die Verhüttung in Anwendung kommenden Verfahren, das belgische und rheinische,
auf körnige Erze zugeschnitten sind. Womit gesagt ist, daß die feinen, für die Verflüchtigung
an sich bestgeeigneten Erze, um überhaupt verhüttet werden zu können, erst in körnige,
d. li. für die Verhüttung weniger geeignete, umgewandelt werden müssen. Zu
diesen Übelständerr kommt hinzu eine Reihe weiterer -Mängel, die dem belgischen
und rheinischen Verfahren als solchen anhaften. Erinnert sei daran, daß die diesen
Verfahren eigentümlichen Röhren überaus kostspielig und von äußerst beschränkter
Haltbarkeit sind. Sodann daran, daß diese Röhren nur eine geringe Ladefähigkeit
besitzen und nur einen unterbrochen geführten Betrieb zulassen. Ferner daran, daß
das Laden und Entladen dieser Röhren überaus mühsam und zeitraubend und infolgedessen
mit nicht unerheblichen Kosten verknüpft ist. Schließlich daran, daß bei der belgischen
wie auch bei der rheinischen Zinkgewinnung, obschon ungewöhnlich hohe Temperaturen
Verwendung finden, -die Verflüchtigung des Zinks äußerst langsam vor sich geht.
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An Bemühungen, diese augenscheinlichen Unzulänglichkeiten zu beseitigen
oder doch zu mindern, hat es nicht gefehlt. Die verschiedensten Mittel sind bald
einzeln, bald in Verbindung miteinander in Vorschlag gebracht worden. So sollte
das Tongefäß durch das wärmedurchlässigere Metallgefäß ersetzt, an Stelle des liegenden
Gefäßes das stehende gesetzt und vom unterbrochen geführten Betrieb zum stetig geführten
übergegangen werden. Angeregt wurdc ferner, das Zink statt aus der üblichen Erzkorn-Koksklein-Mischung
aus der hierfür weit geeigneteren und durch Brikettierung für die Verhüttung zurechtgerichteten
Feinerz-Feinkohle-Beschickung zu verflüchtigen.
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Ein durchschlagender Erfolg, der zur Nachalimung gereizt hätte, ist
aber all diesen Bemühungen nicht beschieden gewesen. Der Grund ist der, weil dieselben
zu früh, d. h. in einem Zeitpunkt einsetzten, als -über die verwickelten
Vorgänge in der Mufiel noch keine klare Vorstellung herrschte, geschweige denn die
Bedingungen für eine gute Verhüttung bekannt waren.
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Abwegig ist vor allem der Vorschlag, in den gebräuchlichen Röhren
und Muffeln eine mit Teer gemengte und zu Blöcken von der Gestalt dieser Gefäße
gepreßte Feinerz-Feinkohle-Beschickung zu vergasen. Auf diese Weise erreicht man
zwar, das kann nicht geleugnet werden, eine um nahezu 5GP,!, gesteigerte Besetzung
der Gefäße. Doch eine so geartete Beschick-ung brennt schlecht und ungleich aus.
Schuld hieran ist, daß in einer Beschickung wie der hier verwendeten keinerlei Wärmeströmung
stattfindet und darum die Wärme selbst bei Anwendung von Spitzentemperaturen bestenfalls
nur schleppend in das Innere der 15 und mehr Zentimeter dicken Beschickungen vordringt.
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Ein nicht ganz so ungünstiges Ergebnis zeitigten die Bemühungen, die
in der Richtung angestellt wurden, eine Feinerz-Feinkolile-Mischung zu stangenartigen
Gebildcn züi formen und diese in den gebräuchlichen Gefäßen der Länge nach ausgerichtet
und aufgeschiclitet zu vergasen. Das Ergebnis ist hier günstiger, weil in der verwendeten
Beschickung eine wenn auch geringe Wärmeströmung zustande kommt, so daß einer rascheren
und gleichmäßigeren Vergasung des Kerns der Beschickung an sich nichts im Wege steht.
Doch ein wirklich brauchbares Ergebnis zeitigt auch dieser Weg nicht, da die ungepreßten
Formlinge im Laufe der Vergasting zerfallen, so daß die zunächst vorhandene Strömung
im Innern der Beschickung sehr bald schwächer wird, vielleicht sogar ganz aufhört.
Die Folge ist, daß der erzielte Vorteil nicht groß genug ist, um die für das Formen
der Bescbil,-kung entstehenden Mehrkosten zu declen.
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Mit Recht unbeachtet blieb auch der Vorschlag, in zylindrischen Gefäßen
eine zu einer Röhre. verdichtete Beschickung zu vergasen. Einmal der unbestritten
hohen Kosten wegen, die die Herstellung derartiger Röhren verursachen würde. Sodann,
weil dieses Verfahren statt einer allseitigen eine nur einseitige Beheizung der
Beschickung vorsieht.
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Einen beachtlichen verfahrensmäßigen Fortschritt der belgischen und
rheinischen Zinkgewinnung gegenüber stellt lediglich das in
jüngster
Zeit entwickelte New-Jersey-Verfahren dar. Hier werden eibrikettgroße Feinerz-Feinkohle-Preßlinge
im Dauerbetrieb in einer stehenden, runden Metallmuffel mit einemDurchmesser von
etwa 5o cm und einer Höhe von 6 bis 8 m bei Heiztemperaturen von angeblich
i?,oo' vergast. Das Verfahren führt in chemisch-physikalischer Hinsicht zu einem
Erfolge, weil, das sei hier an- und vorweggenommen, Preßlinge und Muffel aufeinander
abgestimmt sind. Durch Verwendung eibrikettgroße"r Preßlinge zu der 50 cm
§tarken, 6 bis 8 m hohen, lockeren, d. h. allseits von Kanälen
durchzogenen Beschickung wird nicht nur der Durchgang der Beschickung durch die
Muffel sichergestellt, sondern auch in der Beschick-ung eine derart stark bewegte
und gut verteilte Strömung erzeugt, daß schon Temperaturen von i2oo' genügen, um
das Zink nicht nur aus den Randzonen, sondern auch aus dem Kern der aus eibrikettgroßen
Preßlingen bestehenden Beschickung in angemessener Zeit zu verflüchtigen. Gleichwohl
genügt dieses Verfahren nicht allen Anforderungen der Technik. Einmal, weil Gefäße
von diesen ungewöhnlichen Ausmaßen bei Temperaturen besagter Höhe unter dem Druck
und der Bewegung der starken Beschickung zu, viel leiden. Sodann, weil starke Beschickungen
grundsätzlich unter ungünstigeren Bedingungen vergasenwieweniger starke. Und schließlich,
weil bei jeder lockeren Beschickung, also auch der von der New-Jersey Co. verwerteten,
ausgerechnet die unteren, d. h. die Beschickungszonen, die wegen der in ihnen
vorherrschenden C O-Reduktion gerade hoher Temperaturen bedürften, infolge
Fehlens einer zureichenden Strömung in diesen Zonen am schlechtesten erwärmt sind.
Es kommt hinzu, daß dieser Übelstand um so stärk-er fühl-
bar wird,
je weiter die Muffel, d. h. je geringer der auf Strahlung und
Leitung und je größer der auf Strömung entfallende'Anteil an der Erwärmung
der Beschickung ist.
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Wie die verschiedenen vorstehend gekennzeichneten Verfahren verflüchtigt
auch die vorliegende Erfindung das Zink aus einer brikettierten Feinerz-Feinkohle-Beschickung,
im Unterschied zu ihnen aber verfahrensmäßig richtig uiid technisch brauchbar. Sie
fußt auf dem Gedanken, daß in jeder Muffel stets nur ein ganz bestimmter Preßling
und jeder Preßling stets nur in einer ganz bestimmten Muffel zubest vergase.
D. h. Muffel und Preßling seien von# einander derart abhängig, daß mit den
Ab-
messungen der Muffel immer auch schon die Abmessungen des in ihr zubest
vergasenden Preßlings gegeben seien, und umgekehrt. Unterstellen wir beispielshalber,
beim New-Jersey-Verfahren sei dieses Hochziel zufällig erreicht, so heißt dies im
einzelnen: in einem röhrenförmigen, 5o cm -weiten und 6 bis 8 m hohen
Gefäß verläuft die Verflüchtigung zubest, wenn dieses mit eibrikettgroßen und eibrikettförmigen
Preßlingen besetzt ist. Sodann: Größe und Form der verwendeten Preßlinge in Verbindung
mit der verwendeten Muffel sorgen dafür, daß in der Beschickung eine Strömung entsteht,
die ausreichende Wärmemengen nach dem Innern des Muffelraumes bringt, um auch aus
den in der Mitte befindlichen Preßlingen besagter Form und Größe das Zink noch rasch
zu verflüchtigen. Wird an Stelle der Ne-#v-Jersey--L#luffel eine andere verwendet
oder aber die New-Jersey-Muffel mit größeren, kleineren oder auch nur anders geformten
Preßlingen besetzt, so sind die Vergasungsbedingungen andere, d. h. schlechtere.
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Die behauptete Abhängigkeit zwischen-Muffel und Preßling ist augenscheinlich.
Offenkundig aber auch, daß engere Gefäße mit entsprechend kleineren Preßlingen besetzt
werden müssen: enge Gefäße mit kleinen, mittelweite mit mittelgroßen und weite mit
großen Preßlingen. Dabei ist den Preßlingen jeweils die Form zu geben, damit bei
guter Füllung des Gefäßes ein rasches Ausbrennen der Beschickung eben noch gewährleistet
ist. Zahlenmäßige, ins einzelne gehende Angaben zu machen, erübrigt sich; es genügt,
die leitenden Gesichtspunkte festzulegen, die den Fachmann instandsetzen, die richtige
Entscheidung von Fall zu Fall zu treffen.
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Das Vergasen einer Beschickung, die weniger als 3 cm stark
ist, scheidet für die Technik aus, weil der Erzeinsatz je Muffel zu gering
und infolgedessen der Lohn- und Sachaufwand zu hoch ist.
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1 3 bis 7 cm starke Beschickungen sind gewerbich verwertbar.
Allerdings nicht schlechthin, sondern nur dann, wenn die beiden anderen Abmessungen
der Beschickung ein Vielfaches der Beschickungsstärke betragen und die zu vergasenden
Beschickungen in sich nicht locker -sind.
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Der Querschnitt eines Gefäßes, das eine Beschickung der geschilderten
Art umschließt, weist normalerweise die Form eines schmalen Rechtecks auf, dessen
lange Seiten im Lichten beiläufig 3 bis 7 cm voneinander entfernt
sind. Natürlich unter Berücksichtigung einer Zugabe, damit die entstehenden Zinkdämpfe
aus der Muffel abziehen können und etwaige Verwerf ungen der Muffelwände nicht schaden.
D. h. die Gefäße nehmen die Gestalt eines engen, breiten und tiefen Kastens
an. Sie können aber auch eine andere Gestalt aufweisen, z. B. aus zwei konzentrisch
angeordneten Röhren bestehen. In diesem Fall dient der Raum zwischen den Röhren
zur Aufnahme der Beschickung.
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Die erfindungsgemäß zu verwendenden Gefäße sind dem eingangs Gesagten
gemäß mit etwa korngroßen Preßlingen zu besetzen. Die Verwendung solch kleiner Preßlinge
scheidet praktisch aber aus. Einmal, weil die Kosten
ihrer Herstellung
zu groß wären. Sodann, weil die Zahl der Berührungspunkte einer Beschikkung wie
der geschilderten mit den Gefäßwänden zu hoch und damit der Gefäßverschleiß zu stark
wäre. Auch würde in einer solchen Beschickung bei senkrechter Anordnung der Gefäße
der Abzug der Gase und Dämpfe nicht immer ein ungehinderter und bei waagerechter
Anordnung das Beschicken der Gefäße äußerst mühsam und zeitraubend sein. An Stelle
der lockeren Beschickung wird daher ein dem Querschnikt des Gefäßes angepaßter,
d. h. plittenförmiger, den Gefäßraum füllender Preßling (eine brikettierte
Beschickung, Plattenbeschikkung) vergast. Die Stärke der Platte bewegt sich, da
ihre Erwärmung ausschließlich durch Strahlung und Leitung erfolgt, in den oben angegebenen
Grenzen. Der -7-cm-Grenze wird sich nähern, wer ein rasch aufeinanderfolgendes Beschicken
der Gefäße scheut und die Anwendung hoher Temperaturen nicht fürchtet, der 3-cm-Grenze
dagegen, wer Besseres von einer entgegengesetzten Betriebsweise erhofft. Die Beschickung,
die normalerweise aus einem Preßling besteht, kann unterteilt sein.
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Einer brikettierten Beschickung gleichzuachten ist eine Beschickung
aus kugelförmigen oder sonstwie geformten Preßlingen in einer Lage neben- oder übereinander
(eine sog. halblockere Beschickung). Bei ihrer Verwendung können jedoch die Preßlinge
etwas stärk-er und die Muffel entsprechend weiter wie bei der Plattenbeschickung
gehalten sein, da solchenfalls die Besetzung der Muffel auf die Raumeinheit bezogen
eine schwächere und der Wärmeverbrauch infolgedessen ein geringerer ist.
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Die Vorteile der'#,"ergasting einer brikettierten oder einer ihr gleichzuachtenden
halblockeren Feinerz-Feinkohle-Beschickung in engen, breiten und tiefen Kästen liegen
auf der Hand, Zunächst ist die Unterbringung einer ausreichenden Ladung in der 'Muffel
sichergestellt. Sodann weist die Beschickung mit den Gefäßwänden nur eine Mindestzahl
an Berührungsstellen auf, so daß der Gefäßverschleiß immer ein sehr geringer sein
wird. Ferner ist die Lade- und Entladearbeit erleichtert. Schließlich ist eine Reihe
von Vorteilen wärmetechnischer Art in die Augen springend. Nicht nur der Weg von
der Muffelwand zum Beschickungskern ist wesentlich verkürzt, sondern auch die Muffelraumeinheit
ist von einer verhältnismäßig größeren Muffelwand umgeben und damit von ungleich
größeren Heizgasmengen umflutet. Kurzum, die Wärmezufuhr ist auf eine ungleich wirksamere
Grundlage gestellt. Die Beschikkung vergast praktisch unter den sonst nur in den
Randzonen vorherrschenden, d. h. den bestmöglichen thermischen Bedingungen.
Die Folge hiervon ist eine gesteigerte Verflüchtigung, genauer, dieMöglichkeit einer
raschen Vergasung schon bei Tieftemperaturen oder aber, bei Verwendung der herkömmlich
zur Anwendung gelangenden Temperaturen, eine ungleich raschere Vergasung wie bei
den üblichen Verfahren.
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Ist beabsichtigt, Beschickungen zu vergasen, die stärker als
7 cm sind, so kann dem eingangs Gesagten gemäß verfahren werden.
01) dies nun in Muffeln geschieht mit der Weite der beim Kärnthener Verfahren
verwendeten Pfeife, die nur knapp über 8 cm liegt, oder in Muffeln, die Weiten
aufweisen wie die belgische oder rheinische Röhre, bleibt sich gleich. Darüber hinausgehende
Muffelweiten allerdings sind aus gewichtigen, unten noch darzulegenden Gründen für
die Technik als unbrauchbar abzulehnen.
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Beschickungen der genannten Stärke müssen, da Wärmestrahlung und '\Värmeleitung
für einen genügenden\#'ärmefluß nach ihrem Innern allein nicht ausreichen, in sich
locker sein. D. h. sie müssen aus Preßlingen in mehreren Lagen neben- oder
übereinander bestehen. Auf diese Weise wird auch die in der Beschickung züistande
kommende Strömung zusätzlich in den Dienst der Erwärmung der Beschick-ung gestellt.
Die Preßlinge müssen erbs- bis walnußgroß sein. Vobei für Muffeln mit einer lichten
Weite um io cm mehr erbs- wie walnußgroße Preßlinge, für Muffeln mit einer lichten
Weite UM 20 CM mehr walnuß- wie erbsgroße Preßlinge gewählt werden müssen.
Die Verwendung liegender Muffeln, auch solcher mit kreisförmigem oder eir-undem
Querschnitt, ist nicht ausgeschlossen. Vor allem solche, die einen Querschnitt in
Form eines schmalen Rechtecks haben.
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Muffeln von der Größenordnung der New-Jersey-'##luffel bieten in der
praktischen Anwendung gewisse Schwierigkeiten. Einmal, weil bei den dieserMuffel
eigenen Abmessungen auch der beste z. Z. bekannte Muffelbaustoff den an ihn gestellten
Anforderungen nicht mehr gewachsen ist. Sodann, weil die Verwendung einer weniger
weiten -Muffel keineswegs die Auf-
gabe irgendwelcher betrieblicher Vorteile
bedeutet, die dem New-Tersey-Verfahren eigen sind. Und schließlich, weil man mit
jeder weiten .Muffel sich zwangsläufig sämtlicher Vorteile in wärmetechnischer Beziehung
begibt, die mit einer engen Muffel ganz von selbst gegeben sind. Was aber für die
New-Jersey-.\luffel gilt, gilt, wenn auch in abgeschwächter Form, von jeder Muffel,
die weiter wie die belgische Röhre ist.
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Die Frage, ob man das Zink in engen -Muffeln aus einer brikettierten
Beschickung oder in mittelweiten Muffeln aus erbs- bis walnußgroßen Preßlingen verflüchtigen
soll, kann nur von Fall zu Fall beantwortet werden, da jede der beiden Formen ihre
besonderen -Vorzüge hat.
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Daß die Preßlinge einer lockeren Beschickung so gebunden und verdichtet
sein müssen, daß sie beim Erhitzen nicht zerfallen, weil mit ihrem Zerfall der Wärmefluß
nach dem Innern der
Beschickung automatisch geschwächt, wenn nicht
gar unterbunden würde, versteht sich von selbst.
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Die Gefäße können aus Metall, Schamotte oder Karborund hergestellt
sein und werden normalerweise senkrecht angeordnet. Ihre waagerechte oder schräge
Anordnung ist aber keineswegs ausgeschlossen. Mehrere Gefäße können neben-, hinter-
oderübereinanderliegend zu Gruppen zusammengefaßt sein.
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Der Verhüttungsbetrieb kann stetig oder unterbrochen geführt werden.
Beim Ünterbrochen geführten kann die nichtlockere (Platten-) Beschickung in Rahmen
gefaßt sein, beim stetig geführten in Schienen gleiten, so daß eine Berührung der
Ladung mit den Gefäßwänden überhaupt nicht stattfindet.
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Empfehlenswert dürfte endlich sein, die abziehenden Gase und Dämpfe
zu Reinigungs- und etwa noch erforderlichen Reduktionszwecken vor ihrem Eintritt
in den Verdichtungsraum durch eine glühende Koksschicht zu leiten.