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Verfahren und Vorrichtung zur Zinkgewinnung in stehenden Reduktionsräumen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zinkgewinnung in stehenden
Reduktionsräumen und eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens. Von den zahlreichen
Vorschlägen zur thermischen Zinkgewinnung, die den teuren und arbeitsmäßig schweren
Zinkgewinnungsprozeß . in der liegenden Muffel verbessern und ersetzen sollen, haben
nur einige praktische Bedeutung erlangt. Diese wenigen Verfahren, die Eingang in
die Praxis gefunden haben, weisen immer noch erhebliche Mängel auf, die die Zinkerzeugung
erschweren und verteuern. Solche Mängel sind insbesondere die hohen Anlagekosten,
die verteuernden Vorbereitungsarbeiten für die Beschickung (Zerkleinerung, Brikettierung,
Verkokung), der starke Verschleiß der umfangreichen Maschinen-und Ofenausrüstung
und der große Bedarf an teuerer und oft nicht genügend zur Verfügung stehender elektrischer
Energie. In anderen Fällen stört die schlechte und ungenügende Kondensierbarkeit
der Zinkdämpfe zu flüssigem Metall in dem Gemisch der Reduktionsgase und verhindert
so ein wirtschaftliches Arbeiten.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Mängel. Gemäß der Erfindung
wird bei der Zinkgewinnung in stehenden Reduktionsräumen ein Gemisch von zinkhaltigen
oxydischen Rohstoffen und verkokbarer Reduktionskohle in der gleichen Apparatur
nacheinander entgast, verkokt und entzinkt. Als Reduktionskohle kommen an sich alle
zur Heizgasherstellung benutzten Brennstoffe, wie Kohle, Torf, Holz usw., in Betracht,
jedoch wird in erster Linie bitumenhaltige Steinkohle verwendet. Die zinkhaltigen
Rohstoffe können z. B. Röstblende, Zinkasche, Zinkoxyde usw. sein.
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Das in vorstehender Weise zu behandelnde Gemisch wird zweckmäßig so
eingestellt, daß man noch einen standfesten, porösen und gasdurchlässigen Kokskuchen
erhält.
Nach Bildung des geeigneten Kokses aus dem Gemisch von Kokskohle und zinkhaltigen
Rohstoffen wird anschließend die Entzinkung in der gleichen Apparatur bei höheren
Temperaturen durchgeführt. Die Temperatur für das Entgasen und Verkoken liegt etwa
bei goo ° C, während die Entzinkung etwa bei 1200' C erfolgt. Die in den einzelnen
Perioden der Arbeit sich bildenden Gase werden nacheinander bzw. getrennt abgeführt
und verwertet. Dabei können die Heizgase aus der Schwelungs-, Entgasungs- und Verkokungsperiode
für die Beheizung des Ofens benutzt und die in der anschließenden' Entzinkungsperiode
sich bildenden Reduktionsgase getrennt in einen Kondensator abgezogen werden, in
dem die Zinkdämpfe verflüssigt werden.
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Das Verhüttungsverfahren kann z. B. in jeder der bekannten Ofenbauarten
durchgeführt werden, wie sie in Gaswerken und Kokereien üblich sind, beispielsweise
in Retortenöfen, in Horizontalkammeröfen, in schrägen und vertikalen Gaswerkskammeröfen
mit ruhender und bewegter Beschickung für unterbrochenen bzw. stetigen Betrieb.
Die Mischung, das Verhältnis, die Körnung sowie der geeignete Nässegehalt von Verkokungskohle
und zinkhaltigem Material werden der jeweilig benutzten Ofenbauart angepaßt. Das
Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich z. B. in Vertikalkammeröfen mit ruhender
Beschickung für unterbrochenen Betrieb, wie sie heute in modernen Gaswerken angewandt
werden, durchführen. An Hand einer solchen Apparatur, deren Bauart im Prinzip bekannt
ist und an der keine besonderen Änderungen vorzunehmen sind, soll das erfindungsgemäße
Verfahren im folgenden zunächst erörtert werden, wobei jedoch betont sei, daß das
Verfahren nicht auf die Verwendung solcher bekannten Ofen beschränkt ist.
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Die Größe des Vertikalkammerofens sei für eine Kohlenmenge von etwa
2 t je Charge geeignet. Hierbei mag die Breite der Vergasungskammer im Durchschnitt
etwa 300 mm betragen, woraus sich eine ungefähre Länge von 200o mm und eine
Höhe von etwa 5000 mm ergibt. Der Ofen sei mit einer Vorwärmung für Gas und
Luft in Rekuperatoren oder in Regenerativkammern ausgerüstet. Außer einer oder mehreren
Öffnungen an einer Schmalseite der Kammer zwecks Ableitung der Verkokungsgase besitzt
die Kammer zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig an der entgegengesetzten
Seite eine oder mehrere weitere Öffnungen, die zu der Kondensationsvorrichtung für
die Zinkdämpfe führt. Die beiden Öffnungen bzw. die beiden Gruppen von Öffnungen
können in beliebiger Weise unabhängig voneinander mittels je einer Schieber- oder
einer anderen Abschlußvorrichtung benutzt werden. Die Anordnung kann dabei aber
auch so getroffen sein, daß beim Schließen der Öffnung für die Verkokungsgase gleichzeitig
die Öffnung für die Zinkdämpfe geöffnet wird. Der Ofen kann z. B. mit Hilfe eines
i fahrbaren Behälters beschickt werden, in dem das Erz-Kokskohle-Gemisch über die
Beschickungsöffnung gefahren und aus dem es mit wenigen Handgriffen und in
kürzester Zeit in abgewogener Menge in die Kammer entleert wird. Die Kammer sei
unten in an sich bekannter Weise z. B. mit einer ausgemauerten Bodenklappe versehen,
deren mechanisches Öffnen und Schließen in kürzester Zeit eine einfache Entleerung
in Transportwagen ermöglicht. Beim Entgasen und Verkoken kann man mit Fremdgas,
z. B. Rohgas aus einer Gasgeneratoranlage, heizen. Während dieser Zeit bleibt die
Öffnung zum Abführen der Verkokungsgase geöffnet, während die für die Abführung
der Reduktionsgase geschlossen ist. Bei Beendigung der Verkokungsperiode wird die
Öffnung der Kammer, die zur Abführung der Verkokungsgase dient, geschlossen und
die Öffnung für den Abzug der Reduktionsgase zum Kondensator geöffnet. Jetzt wird
die Temperatur der Kammer durch stärkere Beheizung in möglichst kurzer Zeit auf
die Reduktionstemperatur der zinkhaltigen oxydischen Beschickungsteile erhöht und
der durchlässige poröse Kokskuchen entzinkt. Diese Beheizung kann ganz oder teilweise
mit dem Koksgas aus der eigenen Arbeit durchgeführt werden. Eine Vergasungskammer
der gedachten Größe kann etwa zooo kg Rohzink in Platten in einem Arbeitsgang von
etwa 24 Stunden erzeugen.
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Um die in der Einzelkammer periodisch und unterbrochen durchgeführte
Arbeit der Verkokung und Entzinkung praktisch und ohne wesentliche Änderung der
Einrichtung in eine ununterbrochen laufende Arbeitsweise zu verwandeln, ist es möglich,
eine größere Anzahl von Einzelkammern zu einem Ofenblock zu vereinigen, wie dies
in gleicher Weise in Gaswerken und Kokereien üblich ist. Auf diese Weise läßt es
sich erreichen, daß etwa jede Stunde ein entzinkter Ofen entleert und anschließend
neu beschickt werden kann und daß der Anfall an Koksgas für die Beheizung und an
Reduktionsgas für die Kondensation für den ganzen Ofenblock praktisch und laufend
mengenmäßig gleich bleibt, wobei dann das Koksgas auch zum ersten Anheizen der Kammern
nach der Neubeschickung zur Verfügung steht. Bei einer solchen Ofengruppe ist es
gleichzeitig möglich, mehrere Kammern an einen gemeinsamen Kondensator anzuschließen
und für die Beheizung einen gleichbleibenden Strom von eigenen Koksgasen zu erzeugen,
mit dem die Entzinkung erfolgt, wofür höhere Temperaturen bis etwa z2oo° C in der
Kammer erforderlich sind. Bei dieser Arbeitsweise können die Koksgase sofort und
unter Verhinderung jeder Teerausscheidung zur Ofenbeheizung ausgenutzt und beispielsweise
auch mit Generatorgas gemischt werden. Dadurch, daß mehrere Kammern auf einen Kondensator
arbeiten, erleichtert sich die Rückführung der kohlenoxydreichen Abgase der Kondensatoren
in die Leitungen für Heizgas, um auch diese für die Beheizung zu verwenden. Ferner
ist es möglich, in die Kammer an der Sohle oder an anderer geeigneter Stelle ein
sauerstoffhaltiges Gas (Luft, Sauerstoff, ein Gemisch von beiden o. dgl.) einzuführen,
um auf diese Weise durch teilweise Verbrennung des Kohlenstoffes eine Innenbeheizung
der Kammer zu erreichen und das Entzinken zu erleichtern. Wenn zur besseren Abführung
der Reduktionsgase mehrere Öffnungen, zweckmäßig auf einer Seite, vorgesehen sind,
so wird man diese Öffnungen vorteilhaft in verschiedener Höhe der Kammer anbringen
und an Rohrleitungen zum Kondensator anschließen.
Es besteht naturgemäß
auch die Möglichkeit, an Stelle einer feinkörnigen Mischung von Verkokungskohle
und zinkhaltigen Rohstoffen aus beiden Bestandteilen hergestellte Briketts in die
Kammer einzuführen. Auf diese Weise wird die Abführung der Reduktionsgase während
des Entzinkens erleichtert.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden insbesondere die Handarbeit
und die Schwere der Arbeit auf ein sehr geringes Maß herabgesetzt, weiterhin werden
die Brennstoffe, die Reduktionskohle, die Verkokungskohle und die Eigenwärme des
erzeugten Kokses in der gleichen Apparatur erheblich besser ausgenutzt. Die Zahl
der Ofenarbeiter verringert sich gegenüber der für liegende Muffeln erforderlichen
Zahl, und es treten wesentliche Ersparnisse an Maschinenausrüstung für die Vorbereitung
der Ofenchargen auch gegenüber den bekannten Zinkgewinnungsverfahren mit stehenden
Reduktionsräumen auf. Anlage- und Betriebskosten sinken also.
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Bei anderen Ofenbauarten, die in Gaswerken und Kokereien heute üblich
sind, ist das Verfahren entsprechend abzuwandeln. So würden z. B. bei einer stetig
betriebenen vertikalen Gaskammer mit bewegter Beschickung die Abführungsöffnungen
für Verkokungsgase und für die anschließende Entzinkung in verschiedenen Höhen der
Kammer anzuordnen sein, d. h. jeweils in den Zonen, in denen der entsprechende Arbeitsprozeß
bei den vorgeschriebenen Temperaturen durchgeführt wird. Die Abführungsöffnungen
für die Verkokungsgase müssen demnach im oberen Teil der Kammer und diejenigen für
die Reduktionsgase in deren unterem Teil angeordnet sein. Die Trennebene zwischen
diesen beiden Zonen wird durch die Regelung des Druckes in den Gasleitungen für
Verbrennungsgase sowie in den Kondensatorleitungen eingestellt. Hier wie bei anderen
Konstruktionen ist es zwar zulässig, einen Rest von Verkokungsgasen mit durch die
Kondensationsapparatur zu nehmen, jedoch wird man darauf achten, daß keine Zinkdämpfe
in die Heizgasleitungen gelangen.