DE808286C - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Metallen durch Destillation in ununterbrochenem Arbeitsgang - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Metallen durch Destillation in ununterbrochenem Arbeitsgang Es ist bekannt, (lad man Zink durch kontinuierliche Destillation in Rektifizierkolonnen reinigen kann. Diese Kolonnen werden vorzugsweise aus Siliciumkarbidschüsseln aufgebaut, während die zur Verdampfung erforderliche Energie durch Außenheizung mittels Generatorgas zugeführt wird. Dieses Verfahren findet hauptsächlich Anwendung für die Gewinnung von Feinzink aus mit Blei und Kadmium verunreinigtem Hüttenrohzink, wird jedoch auch zur Trennung anderer Metallegierungen, wie z. B. Zink-Kupfer- und Magnesium-Aluminium-Legierungen, vorgeschlagen.
• Es ist nun zwar möglich, in außenbeheizten Kolonnen aus diesen Legierungen reines Zink und reines Magnesium, jedoch nicht gleichzeitig die zweite Komponente mit dem hohen Siedepunkt in reiner Form zu gewinnen. Auch die Rektifikation von mit Blei verunreinigtem Hüttenrohzink führt nicht gleichzeitig zu reinem Zink und reinem Blei, sondern zu Feinzink und einer stark bleihaltigen Zinklegierung. Aus diesem sogenannten Waschzink wird das Blei nicht durch Verflüchtigung des Zinks, sondern durch eine Seigeroperation gewonnen.
• Die Schwierigkeit der Trennung von binären Legierungen reit nur einer Komponente mit niedrigem Siedepunkt geht aus den nachfolgenden Betrachtungen hervor. Betrachtet man nämlich die Siedekurve derartiger Legierungen (s. Abb. i), dann stellt sich heraus, daß Legierungsschmelzen' mit steigendem Gehalt an der weniger flüchtigen Komponente B zwar nicht wesentlich höher sieden als die reine Komponente A, der Siedepunkt jedoch rapide ansteigt, sobald -die Schmelze nur noch wenige Prozente des flüchtigen Metalls enthält. So liegt z. B. der Siedepunkt einer Aluminiumlegierung mit 20 % Zink noch bei io5o° C, mit 5 °/o Zink schon bei 126o' C und mit i % Zink sogar bei etwa 160o° C.
• Dies bedeutet, daß in den unteren Schüsseln der Kolonne eine Temperatur von etwa 160o° herrschen müßte, um aus einem zinkhaltigen Aluminium das Zink in kurzer Zeit bis auf etwa i o/o zu entfernen.
• Die Aufrechterhaltung einer derartigen hohen Temperatur in einer außenbeheizten Destillationskolonne erfordert eine noch höhere Temperatur der die Kolonne umspülenden Verbrennungsgase, damit ein Wärmestrom durch Strahlung, Konvektion und Leitung .zum Innern der Kolonne erfolgen kann. Dieser Temperaturunterschied richtet sich natürlich nach der Verdampfungsleistung der Kolonne. Aber selbst bei einer langsamen Entzinkung der zinkarmen Aluminiumschmelzen werden trotz. der guten Wärmeleitfähigkeit des Siliciumkarbids die Verbrennungsgase eine Temperatur von 1700 bis 180o° ausweisen müssen, um durch Destillation das Zink bis auf i °/o zu entfernen. Nun sind zwar derartige Flammentemperaturen theoretisch erreichbar, es wird jedoch sehr schwierig sein, ein geeignetes Ofenmaterial zu finden, das diesen Temperaturen auf die Dauer standhält.
• Gegenstand der nachfolgenden Erfindung ist nun ein Verfahren zur Trennung von Metallen durch kontinuierliche Destillation mittels innenbeheizter Kolonnen. Hierdurch werden mehrere Vorteile erreicht: Erstens ist die Verdampfungsleistung einer solchen direkt beheizten Kolonne größer: Während nämlich bei einer außenbeheizten Rektifiziersäule die in der Zeiteinheit verdampfbare Zinkmenge in der Hauptsache von der Ausdehnung der beheizten Wandfläche abhängt, welche mit flüssigem Zink in Berührung steht, werden hier bei geeigneter Schüsselform und Anordnung der Innenheizung sowohl die gesamte Badoberfläche wie auch die Schüssel selbst direkt angestrahlt.
• Zweitens ist bei einer innenbeheizten Säule die Energieausbeute bedeutend größer, insbesondere dann, wenn die Heizung zentral angeordnet wird und die Säule nach außen hin thermisch isoliert ist, was sich gut durch zwischen Böden und Innenwandung angebrachte, wärmereflektierende Bleche, z. B. aus Molybdän oder Tantal, erreichen läßt.
• Drittens verfügt man beim Aufbau einer innenbeheizten Kolonne, insbesondere bei einer. Säule mit elektrischer Innenheizung, über eine größere Werkstoffauswahl für die Herstellung der Schüssel, für die jetzt z. B. auch Sinterkorund oder Zirkonoxyd verwendet werden. kann, während für die übliche Bauweise bisher praktisch nur Siliciumkarbid, insbesondere wegen seiner guten Wärmeleitfähigkeit, Verwendung finden konnte.
• Viertens können, wenn erforderlich, in einer derartigen erfindungsgemäß aufgebauten und beheizten Kolonne höhere Temperaturen erreicht werden als in einer Kolonne mit Außenbeheizung. Um die Destillation bei niedrigeren Temperaturen vorzunehmen, kann die Partialspannung der flüchtigen Komponente erniedrigt werden, indem man ein Spülgas in die Säule einleitet, -das über die verdampfende Oberfläche hinwegspült. Bei einer Kolonne mit elektrischer Innenheizung kann man jedoch gegebenenfalls auch unter Vakuum arbeiten, indem man um die Kolonne nicht nur eine 'keramische Isolierschicht, sondern auch eine dichte Metallumkleidung anbringt. Ein Unterdruckverfahren zur kontinuierlichen Abdestillation von Metalldämpfen mittels einer derartigen Vakuumkolonne, welche außerdem gegen den äußeren Luftdruck genügend stabil gebaut oder in eine Vakuumkammer eingesetzt ist und mit barometrischen Ein-und Ablaufvorrichtungen oder Vorlagen versehen sein muß, läßt sich auf diese `''eise durchführen.
• Liegt eine Metallschmelze mit mehreren flüchtigen Bestandteilen vor, z. 1i. eine Aluminiumschmelze, welche gleichzeitig Magnesium und Zink enthält, wird die Trennung in drei oder mehrere Komponenten erfindungsgemäß durch Kombination einer innenbeheizten Kolonne mit einer oder mehreren außenbeheizten Kolonnen vorgenommen.
• Eine derartige Kombination wird man auch dann anwenden, wenn bei der Destillation einer binären Mischung der flüchtige Bestandteil im Überschuß vorhanden ist und mittels einer außenbeheizten Kolonne weitgehend entfernt werden kann. Neben dem wirtschaftlichen Vorteil der Verwendung billiger Energie für die Hauptverdampfung wird hiermit erreicht, daß nur eine Metallschmelze mit hohem Siedepunkt in die außenbeheizte Kolonne geführt wird, so daß eine Beschädigung des Heizkörpers infolge zu stürmischen Siedens der Schmelze vermieden werden kann.
• Außerdem wird man in einer innelibeheizten Kolonne zur Beschleunigung der Verdampfung der letzten Metallreste in vielen Fällen ein Spülgas einleiten, das bekanntlich zu Kondensationsschwierigkeiten durch Metallstaubbildung führt, wenn sehr viel Metall durch Verdampfung entzogen werden mnß. Auf die Rückgewinnung dieser letzten -Metallreste wird man in vielen Fällen verzichten, muß dann jedoch die Hauptmenge der flüchtigen Bestandteile ohne Anwendung eines Schutzgases vorher in einer anderen Kolonne entfernen.
• Die Innenheizung wird beispielsweise entlang der Vertikalachse der Kolonne angebracht und kann aus einer elektrischen Graphitstabheizung bestehen. Auch eine Innenheizung durch erhitzte Gase ist möglich, beispielsweise mittels gasförmiger Brennstoffe, welche innerhalb eines gut wärmeleitenden Hohlkörpers verbrannt werden.
• In den Zeichnungen sind einige Einrichtungen zur Ausführung der Erfindung beispielsweise dargestellt.
• Abb. 2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Verdampfungseinrichtung gemäß der Erfindung und Abb. 3 einen waagerechten Schnitt durch eine derartige Einrichtung, während Abb. 4 das Kombinationsverfahren zur Trennung stark zinkhaltiger Aluminiumschmelzen bildlich erläutert. Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 und 3 ist die Kolonne aus aufeinandergesetzten kreisförmigen Schüsseln aus einem geeigneten Baustoff, beispielsweise Graphit, Korund oder Siliciumkarbid, aufgebaut. Die Ober- und Unterkanten der Schüsseln sind abgeschrägt, um sie übereinanderstapeln zu können. Sie enthalten in der Mitte eine kreisförmige Aussparung, wodurch ein vertikaler Graphitstab oder eine andere elektrische Heizung geführt wird, welche am Boden und in der Decke der Retorte isoliert befestigt ist. Um die Kolonne ist eine Wärmeisolation und um diese Isolationsschicht eine Eisenblechverschalung angebracht. Die Schüsseln sind mit versetzten Öffnungen übereinandergestapelt, so daß die Schmelze im Zickzackweg Herunterfließt, der Metalldampf sowie das inerte Gas jedoch vorwiegend durch die kreisförmige Öffnung in der Mitte der Schüsseln aufsteigt. Ist das nicht erwünscht und wird eine innige Berührung von Gas und Dampf mit der herunterfließenden Schmelze angestrebt, dann wird die kreisförrriige Öffnung enger um die Heizung gezogen oder in irgendeiner Weise, beispielsweise durch eingelegte Blenden aus hochschmelzendem keramischem Werkstoff, gedichtet. Durch Schüsseln mit einer hohen Außenwand und einer niedrigen Innenwand wird erreicht, daß fast die gesamte Badoberfläche von dem Graphitstab direkt unter einem großen Raum-\vinkel angestrahlt werden kann. Die Innenheizung kann auch durch waagerecht zwischen den Böden angeordnete Ileizelemente vorgenommen werden.
• Da der innen angeordnete Heizkörper eine kleinere Oberfläche aufweist als die Innenfläche der Wandung, muß zwar der innere Heizkörper gegenüber der Wandung bei Außenheizung eine höhere Temperatur haben. Diese Bedingung läßt sich jedoch, ohne daß der stabförmige innere Heizkörper eine zu hohe Temperatur haben müßte, einhalten, wenn das Verhältnis von Heizkörperdurchmesser zu Innemvanddurchmesser nicht zu klein genommen wird. Da im übrigen bei den in Frage kommenden Temperaturen der Wärmeaustausch vorwiegend durch Strahlung, also proportional der vierten Potenz der absoluten Temperatur, vor sich geht, und zwar um so mehr, je höher die Temperatur ist, braucht die Temperatur des Heizstabes nur um die vierte Wurzel des Verhältnisses Innenwandfläche zu Oberfläche des Stabes gegenüber der Innenwandtemperatur bei Außenheizung erhöht zu werden, um die gleiche Wärmeabgabe an die Schmelze zu erreichen, die bei Heizung von außen her erzielt werden würde. Außerdem kann bei Innenheizung (las wärnieerzeugetide Heizelement gleichzeitig als wärmeabgebende Oberfläche dienen, ohne Zwischen-Schaltung weiterer, einen Temperaturabfall erzeugender Stoffe, so daß schon aus diesem Grunde seine Temperatur relativ niedriger bleiben kann.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Trennung von Metallen durch Destillation in Rektifizierkolonnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung der Böden durch innerhalb der Kolonne angebrachte Heizelemente vorgenommen wird.
2. 2. Vorrichtung zur Trennung von Metallen durch Destillation in Rektifizierkolonnen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper in der Achse der Kolonne angebracht ist.
3. 3. Vorrichtung zur Trennung von Metallen durch Destillation in Rektifizierkolonnen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Heizkörper waagerecht zwischen den Böden angebracht sind. ,I.
4. Vorrichtung zur Trennung von Metallen durch Destillation in Rektifizierkolonnen nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Heizelemente durch elektrische Beheizung auf Temperatur gebracht werden, vorzugsweise durch direkten Stromdurchfluß eines geeigneten Heizleiters, beispielsweise eines Graphitstabes.
5. 5. Vorrichtung zur Trennung von Metallen durch Destillation in Rektifizierkolonnen nach .-'insprucli i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innen hohlen Heizelemente durch erhitzte Gase auf Temperatur gebracht werden.
6. 6. Verfahren zur Trennung von Metallen durch Destillation in Rektifizierkolonnen unter Verwendung von Vorrichtungen nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Destillation im Vakuum vorgenommen wird.
7. 7. Verfahren zur Trennung von Metallen durch Destillation in Rektifizierkolonnen unter Verwendung von Vorrichtungen nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die .Destillation unter Verwendung insbesondere inerter Spülgase vorgenommen wird. B. Verfahren zur Trennung von Metallen durch Destillation in Rektifizierkolonnen unter Verwendung von Vorrichtungen nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung eines oder mehrerer im Überschuß vorhandener leichter flüchtiger Bestandteile in einer oder mehreren vorgeschalteten Destillationsvorrichtungen, die von außen oder von innen beheizt sind, vorgenommen wird, während mindestens die letzte Kolonne Innenbeheizung aufweist.