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Verfahren und Vorrichtung zur Kondensation von Zinkdämpfen Zur Kondensation
von Zinkdämpfen wird in der Regel eine kühlende Fläche verwendet, mit der die Dämpfe
in Berührung gebracht werden und .die beispielsweise durch die hitzebeständige Wand
einer Kondensationskammer oder durch -die Oberfläche eines geschmolzenen Zinkbades
gebildet ist. Diese auf der Einwirkung einer kalten Fläche auf die Zinkdämpfe beruhende
Kondensation ist bisher stets von einer Bildung von Zinkstaub begleitet und dieser
Zinkstaub kann nicht durch einfaches Zusammenbringen mit dem flüssigen Zink in geschmolzenen
Zustand übergeführt werden. Um den Zinkstaub zu verflüssigen, ist vielmehr seine
getrennte Behandlung nach besonderen kostspieligen Verfahren notwendig.
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Es ist auch bereits bekannt, Zinkdämpfe zwecks Kondensation in eine
über den Schmelzpunkt des zu verflüssigenden Metalls erhitzte Kammer einzuführen,
in der ein von einem Kühlmittel, wie Wasser oder Luft, durchströmter Rohrkörper
angeordnet ist, an dem die in Berührung .damit kommenden Zinkdämpfe kondensiert
werden, um dann an den heißen Wänden der Kammer zu flüssigem Metall geschmolzen
zu werden. Auch bei diesem Verfahren, bei dem die Zinkdämpfe nicht nur der Kontaktwirkung
einer kühlenden Fläche, sondern auch einer Heizung ausgesetzt werden, tritt unvermeidl:icherwesse
eine Bildung von Zinkstaub ein, weil die Außenfläche des auf die Zinkfläche wirkenden
rohrförmigen Kühlkörpers infolge -der Verwendung von Wasser oder Luft als Kühlmittel
eine sehr weit unter dem Schmelzpunkt von Zink liegende Temperatur aufweist und
Zinkdämpfe bei ihrer Abkühlung unter den Schmelzpunkt zu staubförmigem Zink erstarren.
Dieser feste Zinkstaub muß dann erst wieder, wenn er auf die heiße Wandung der erhitzten
Kammer trifft, in flüssige Form übergeführt werden, soweit dies überhaupt möglich
ist.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,
die
mit kühlender Fläche und gleichzeitiger Heizung des Behandlungsraumes arbeitende
Zinkdampfkondensation so zu vervollkommnen, daß man unmittelbar das ganze Zink in
flüssiger Form ohne Staubbildung aus reinen oder durch Gas verdünnten Zinkdämpfen
gewinnt. Dieses Problem wird erfindungsgemäß ,dadurch gelöst, daß man die kühlende
Fläche einerseits auf einer ,mindestens dem Schmelzpunkt von Zink gleichen sowie
unter dem Taupunkt der Zinkdämpfe liegenden Temperatur hält, anderseits den Zinkdämpfen
durch eine sich über die kühlende Fläche hin erstreckende Heizquelle einen Wärmebetrag
zuführt, der hinreicht, an a11en Stellen der ganzen über der kühlenden Fläche befindlichen
Dampfmasse eine Temperatur mindestens in der Höhe .des der Zinkkonzentration der
dampfförmigen Masse an der betreffenden Stelle entsprechenden Zinkdampftaupunktes
aufrechtzuerhalten, wobei man die Wirkung der Heizquelle so regelt, daß die Temperatur
der unmittelbar über der kühlenden Fläche liegenden Schicht der dampfförmigen Masse
auf einen der Temperatur dieser Fläche angenäherten, dabei aber dem Taupunkt dieser
Schicht noch mindestens gleichen Wert gebracht wird.
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Der chemische ,Mechanismus und die Wirkungsweise des Verfahrens nach
der Erfindung werden genauer im einzelnen verständlich, wenn man den Vorgang .und
die Ursache der Zinkstaubbildung bei mit kühlender Fläche bewirkter Kondensation
von Zinkdämpfen näher betrachtet. Zur Erleichterung dieser Untersuchung kann man,
wie Abb. i zeigt, .die Zinkdampfmasse, welche der kondensierenden Wirkung einer
gekühlten Fläche AB mit einer dem Schmelzpunkt von Zink mindestens gleichen
und unter dem Taupunkt der Zinkdämpfe liegenden Temperatur ausgesetzt ist, in eine
bestimmte Zahl von Schichten, z. B. in fünf Schichten i bis 5, unterteilen, .die
zur Fläche AB parallel sind und eine unendlich kleine Dicke besitzen können.
Die Temperatur der Schicht i, .die anfangs über der Temperatur der kühlenden Fläche
AB
liegt und beispielsweise einen Wert von 6o0° C hat, sinkt unter dein Einfluß
dieser Fläche, mit der die Schicht i in Berührung ist. In dem Augenblick, wo sie
durch den Sättigungspunkt geht, beginnt das Zink sich zu kondensieren bis zu dem
Zeitpunkt, wo der Partialdruck des Zinks in der Schicht i der Sättigung bei der
Temperatur der Fläche AB entspricht.
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Die Schicht i ist dann auf der Temperatur der Fläche AB, während die
nächste Schichte auf einer etwas höheren Temperatur, z. B. von 6io° C ist, und man
kann annehmen, daß sie sich auf einer Temperatur befindet, die der Sättigung der
Ausgangsdämpte an Zink entspricht. Diese Annahme ist durchaus zulässig, sie entspricht
auch der Bedingung für die Nichtbildung von Zinkstaub. Die Schichten i und 2 werden
sich miteinander vermischen und eine gemeinsame Schicht 1 mit einer mittleren Temperatur
T bilden und das auf diese Weise entstandene Gemisch der beiden dampfförmigen Schichten
i und 2, die bei verschiedenen Temperaturen gesättigt waren, ist ein übersättigtes
Gemisch. Es bildet sich daher ein Zinknebel innnerhalb der dampfförmigen Masse I.
Diese kleinsten Teilchen flüssigen Zinks weisen eine außerordentlich holte Oberflächenspannung
auf. Außerdem erfahren sie einen schwachen oberflächlichen Angriff durch die stets
im Gemi-ch vorhandenen Spuren von CO2-Gas, so daß sie sich mit einer Zinkoxydhülle
bedecken, die bei derartigen Temperaturen unschmelzbar ist. Darin ist der Ursprung
der Bildung von Zinkstaub zu sehen, die bei den üblichen Fait kühlender Fläche arbeitenden
Kondensationsverfahren für Zinkdämpfe unvermeidlich ist. Diese für die Schichten
i und -2 erläuterten Erscheinungen werden sich dann in ähnlicher Weise bei den nachfolgenden
Schichten 3, 4, 5 wiederholen, welche Ausgangstemperaturen z. B. von 62o°, 63o°
und 64o° C haben.
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Wenn man erfindungsgemäß verfährt. schließt man die Möglichkeit der
Bildung dieser übersättigten dampfförmigen Gemische in einfacher Weise durch die
Einführung einer geeigneten Wärmemenge in die zu kondensierenden Zinkdämpfe aus.
Durch diesen Wärmezuschuß erzielt man eine schwache Überhitzung der Schicht 2 beispielsweise
auf eine Temperatur von 625° C, so daß das Gemisch I der Schichten i und 2 eine
Temperatur z. B. von 612,j° C annimmt und infolgedessen nicht mehr übersättigt ist,
da diese Temperatur von 612,5° C über dem Zinkdampftaupunkt liegt, der dem Zinkgehalt
des Gemisches der Schichten i und 2 entspricht. Ein Zinknebel kann sich daher nicht
im Inneren dieses Gemisches bilden und ,dies gilt auch für die weiteren Schichten
3, 4, 5, die durch die Wärmezufuhr auf Temperaturen von z. B. 65o°, 6;5° und 7o0°
C gebracht worden sind.
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Zur praktischen Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung ist es
vorteilhaft, die Masse der zu behandelnden Zinkdämpfe in der Form einer ausgedehnten
Schicht von geringer Dicke dem E.influß der kühlenden Fläche und der Wirkung -der
Heizung zu unterwerfen, um die besten Arbeitsbedingungen sowohl für die Kondensation
durch Wärmeentzug als auch für die Verhinderung der Übersättigung durch Kalorienzufuhr
zu verwirklichen. Vorzugsweise wird man die Einführung
der Wärme
auf der einen Seite dieser dünnen dampfförmigen Schicht beispielsweise mittels einer
geheizten Wand bewirken und die kühlende Fläche mit der anderen Seite der Schicht
in Berührung bringen. Um die Betriebsverhältnisse den Eigenschaften der zu behandelnden
Zinkdämpfe anzupassen, kann man Regelungsmittel sowohl für die Heizung als auch
für die Wirkung der kühlenden: Fläche vorsehen. Ferner kann man für die Heizung
die aus dem Kondensationsraum austretenden Gase benutzen-Eine zur Ausführung .des
Verfahrens nach der Erfindung geeignete Vorrichtung ist beispielsweise in Abb. :2
im Längsschnitt veranschaulicht. Die reinen oder durch Gas verdünnten Zinkdämpfe
treten in .die Kondensationskammer i durch die Öffnung :2 und verlassen .diesen
Raum durch die Öffnung 3. Der Boden q. des Kondensators enthält ein Bad von geschmolzenem
Zink 5, das als kühlende Fläche für die Zinkdämpfe wirkt. Die Kühlung wird .durch
die im Boden q. vorgesehenen Kühlrohre 9 erreicht, welche dem Bad 5 eine Temperatur
verleihen, die .dem Schmelzpunkt von Zink mindestens gleich ist und dabei unter
dem Taupunkt der Zinkdämpfe liegt. Der obere Teil des Kondensators enthält eine
verhältnismäßig dünne Wand 6 aus _ gut wärmeleitendem Baustoff, und über dieser
Wand 6 ist eine Heizkammer 7 angeordnet, wo man ein durch die Öffnungen 8 eingeleitetes
Gas mittels der durch die Öffnungen i i zugeführten Luft verbrennt. Als Gas kann
man hierfür das die Kondensationskammer i durch die Öffnung 3 verlassende CO-Gas
verwenden.
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Die Wand 6 erhitzt das in die Kondensationskammer eingeführte dampfförmige
Gemisch oder hindert es zum mindesten an einer Abkühlung und hält an jedem Punkt
oberlialb des Zinkbades 5 eine Temperatur Über der Te:mpenatur des Tanzpunktes der
Zinkdämpfe aufrecht. Das dampfförmige -Gemisch befindet sich daher in allen seinen
Teilen im Zustand der Überhitzung außer da, wo es in Berührung mit der Oberfläche
des Schmelzbades 5 ist. Daraus ergibt sich, daß sich die Zinkdämpfe nur an der Stelle
ihrer Berührung mit dieser kühlenden Oberfläche kondensieren können. Die Bildung
von Zinkstaub ist somit unmöglich, und man erhält-das ganze Zink .der Dämpfe in
flüssiger Form. Das geschmolzene Zinkbad 5 wird zeitweise durch das Auslaufloch
To abgeblasen.