DE836250C

DE836250C - Verfahren zur Gewinnung von Zink

Info

Publication number: DE836250C
Application number: DEP48803A
Authority: DE
Original assignee: National Smelting Co Ltd
Current assignee: National Smelting Co Ltd
Priority date: 1949-07-14
Filing date: 1949-07-14
Publication date: 1952-04-10

Description

Verfahren zur Gewinnung von Zink Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Zink und betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem das Zink: aus einer Blei-Zink-Lösung ausgeschieden wird, die durch Kondensation von aus einem Schmelzprozeß herrührendem Zinkdampf in einer Bleischmelze gewonnen wird.
Bekannte Verfahren dieser Art haben nicht befriedigen können, einmal wegen des hohen Kostenaufwandes für die erforderliche große Bleimenge und andererseits wegen der Schwierigkeiten bei der Abscheidung des geringen Zinkgehaltes aus der großen Bleimenge. Eine Hauptschwierigkeit entsteht dadurch, daß beim Einschmelzen von Zinkerzen usw. im Schachtofen oder Elektroofen die anfallenden Zinkdämpfe mit Kohlendioxyd gemischt sind, (las die Neigung besitzt, durch Reaktion mit dem Zink eine erhebliche Menge von Zinkoxyd zu bilden.
Ein älterer Vorschlag geht daher dahin, bei der Kondensation die noch heiße Gasmischung durch innige Berührung mit einer umlaufenden Bleischmelze bei einer Temperatur von nicht mehr als 55o° C schockartig abzukühlen, um das Gasgemisch .schnell auf eine Temperatur zu bringen, bei der die Bildung von Zinkoxyd in wesentlichen Mengen nicht mehr eintreten kann. Um bei diesem Verfahren das Zink auzuscheiden, wird die Blei-Zink-Lösung im unteren Teil unter 418'C, jedoch nicht unter den Schmelzpunkt von Blei abgekühlt; das dabei sich ausscheidende Zink steigt .in den oberen Teil der Lösung empor, wo es wieder geschmolzen wird und eine obere Decksdhieht von flüssigem Zink bildet, die abgezogen wird, während die Bleischmelze der Kondensationsstufe wieder zugeführt wird. Dieses Verfahren liefert an sich ausgezeichnete Ergebnisse, seine Durchführung macht jedoch insofern Schwierigkeiten, als ein Teil der abgeschiedenen Zinkkristalle sich an den Wandungen des Kessels absetzt und laufend abgekratzt werden muß, damit die Wandungen nicht allmählich völlig isoliert werden.
Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird diese nachteilige Wirkung vermieden und werden zugleich gewisse andere Vorteile erreicht. Dasselibe bestecht darin, daß bei der Kondensation die Anreicherung der Bleischmelze mit kondensiertem Zink so weit getrieben wird, daß der Sättigungspunkt des Bleis mit Zink für eine Temperatur, die zwischen dem Erstarrungspunkt von "Zink und der Temperatur des Bleis in der Kondensationszone liegt, erreicht wird, alsdann die gewonnene Blei-Zink-Lösung in einer beruhigten Schmelze gesammelt und auf eine Temperatur oberhalb des Erstarrungspunktes von Zink gekühlt wird, bei der gelöstes ,Zink sich im geschmolzenen Zustand abscheidet und in der Schmelze unter Bildung einer Deckschicht von geschmolzenem Zink und einer darnxnberliegenden Schicht von geschmolzenem Blei aufsteigt, worauf die Deckschicht von Zink wenigstens teilweise entfernt und die restliche Bleischmelze wieder als Aufnehmer für Zinkdampf der Kondensationsstufe zugeführt wind.
Bei diesem Verfahren wird also die Blei-Zink-Lösung wicht so weitgekühlt, daß Zinkkristalle ausfallen, vielmehr bleibt das geschmolzene Zink in der Bleischmelze in Lösung und steigt wegen des Temperaturunterschiedes der unteren und oberen Schichten an die Oberfläche der Schmelze, wo es leicht abgezogen und so von dem Blei getrennt werden kann.
Um die Bildung der Deckschicht von geschmolzenem Zink zu erleichtern, wird erfindungsgemäß die bei der Kondensation erhaltene Blei-Zink-Lösung vorzugsweise in einer Kühlzone gesammelt, die von der Kondensationszone getrennt ist. Außerdem wird die Schmelze vorzugsweise auf eine Temperatur unter 5oo° C, aber oberhalb des Erstarrungspunktes von Zink abgekühlt.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, die Kondensation von Zinkdampf ,in der Bleischmelze fortzusetzen, bis der Zinkanteil der Schmelze 1,7 Gewichtsprozent übersteigt. Die Zweckmäßigkeit dieser Maßnahme wird durch das Phasendiagramm des binären Systems Blei-Zink bestätigt, wonach bei Temperaturen oberhalb 4i8° C die .bleireiche Komponente der flüssigen Phase 1,7% und mehr Zink enthält, so daß die zinkreiche Komponente, aus der. allein Zinkbestandteile gewonnen werden können, überhaupt nicht erreicht werden kann, wenn nicht der gesamte Zinkanteil 1,70/0 überschreitet.
Der Umlauf der Bleischmelze .in der Kondensationszone, mit deren Hilfe die Kondensation von Zinkdampf aus einer Gasmischung durchgeführt wind, kann mittels eines drehbaren Schaufelrades oder einer "ähnlichen Einrichtung erreicht werden, die än einer geschlossenen Kondensationskammer arbeitet und derart in eine Bleischmelze eintaucht, daß ein Schauer von 'flüssigem Blei erzeugt wird, durch den die aus der Schmelzzone kommende Gasmischung hindurchtreten muß. Die Bleischmelze wird mit dem gelösten Zink ständig aus der Kondensationszone abgeführt und durch die Bleischmelze ersetzt, aus dem der Zinkanteil wenigstens teilweise entfernt worden ist.
An Stelle des drehbarer. Schaufelrades lcänn auch eine schwingende Schaufel oder ein schneckenförmiger Rotor, der um eine senkrechte Achse umläuft, oder irgendeine andere geeignete Einrichtung zur Anwendung gelangen, um das Bleibad zu versprühen.
Die .Kondensationskammer äst so dicht als nur irgend möglich am Au.slaß des Schachtofens oder einer anderen Schmelzeinrichtung angeordnet, so daß die aus der Schmelzzone ausströmende Gasmischung in die Kondensationszone ohne wesentlichen Temperaturverlust eintritt. Dies ist insofern wesentlich, weil die Gase die Schmelzzone bei einer Temperatur verlassen, die nicht wesentlich oberhalb der kritischen Temperatur liegt, bei der eine Reaktion zwischen Zinkdampf, Kohlendioxyd, Kohlenoxyd und Zinkoxyd eintritt, und zwar unter Berücksichtigung der Zusammensetzung der Gase, welche gewöhnlich zusammentreffen. Diese Reaktion ist durch folzende Gleichunz anschaulich zu

machen: Zn .+ CO2 Zno -1- C O

Bei Temperaturen unterhalb der kritischen Temperatur verläuft die Reaktion von links nach rechts. Die 'kritische Temperatur dieser Reaktion steigt an, wenn der C02-Gehalt der Gase im Verhältnis zu den anderen Bestandteilen der Gasmischung anwächst, und der C02-Gehalt der Gase insbesondere aus einem Schachtofen oder in manchen Fällen aus einem Elektroofen ist im Verhältnis zu dem Anteil von Zinkdampf und C O genügend hoch, um die kritische Temperatur auf einem Betrag zu halten, welcher nicht sehr weit von der Temperatur entfernt ist, .bei der die Gase die Schmelzzone verlassen. Infolgedessen kann schon ein verhältnismäßig geringer Temperaturabfall zwischen der Schmelzzone und der Kondensationszone ausreichen, um die oben angeführte Reaktion in der Richtung zu beeinflussen, daß eine wesentliche Bildung von Zinkoxyd eintritt.
Die Gewinnungszone besteht im wesentlichen aus einem Kessel oder Behälter, in welchem die $lei-Zink-Lösung aus der Kondensationszone gebracht wird und der mit den entsprechenden Einrichtungen ausgestattet ist, um die obere Deckschicht von geschmolzenem Zink oder genauer Zinklegierung vorn der Oberfläche zu entfernen, und auch Mittel aufweist, um die teilweise entzinkte Bleischmelze vom Boden des Behälters zur RückkeIhr in die Kondensationszone abzuziehen.
Die Erfindung betrifft fernerhin eine Abwandlung ,des Verfahrens mit einer Kondensation in zwei Stufen im Gegenstrom von Bleischmelze und Gasmischung, :bei :dem der Kondenser in zwei Kammern unterteilt wird, von denen jede ein Schaufelrad oder ähnliche Sprüheinrichtung aufweist. Die Gasmischung tritt in die dem Zinkdampferzeuger zunädhst liegende Kammer ein und wird von hier durch eine Öffnung in der Trennwand der beiden Kammern in die zweite Kammer eingeführt, von der sie sdhließl-ich abgesaugt wird. Laie Bleischmelze wird in :die zweite Kammer eingeführt und aus der ersten Kammer abgezogen, in die sie durch eine Verbindungsöffnung fließt.
Es wurde festgestellt, daß bei einer derartigen zweistufigen Kondensation die frühere obere Grenze von 55o° C der Temperatur in der Kondensationszone, soweit es sich um die erste Kondensationsstufe in der ersten Kammer handelt, vernachlässigt werden kann, indem die Temperatur einen Betrag von 6oo° C oder sogar 62o° C erreichen kann. Die zweite Kondensationsstufe kann so :geführt werden, daß die Temperaturerlhöhung des Bleibades hierin gering ist, und: die Temperatur des Bleies, welches diese Stufe verläßt, sollte vorzugsweise unter 5oo° C und auf jeden Fall nicht über 55o' C betragen.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei einer derart geführten zweistufigen Kondensation die Zinkdampf enthaltenden Gase in der ersten Kondensationsstufe einem ausreichenden Kälteschock unterworfen werden und ferner eine Schlackenbildung @in der Kondensationskammer herabgesetzt wird, indem man die Temperatur der ersten Stufe über 55o' C und vorzugsweise über ungefähr 6oo° C hält.
In der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsforin einer Einrichtung schematisch dar-,gestellt, mit der das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann. Es zeigt Fig. i eine teilweise schematische Seitenansicht einer Anlage zum Schmelzen und Gewinnen von Zink in einem Sc1iaclitofen und zwei Kondensationsstufen finit Zinkgewinnungseinrichtung, und zwar teilweise gemäß der Linie i-i der Fig. 2 geschnitten.
Fig. eine teilweise schematische Draufsicht bzw. einen Schnitt l;emäß der Linie 2-2 der Fig. i, Fig.3 eine Stirnansicht der Anlage in schematischer Darstellung, Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie 4-4 der Fig. i und 3, Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie 5-5 der Fig. 2 in vergrößertem -Iaßstabe, Fig. 6 einen vergrößerten Teilschnitt gemäß der Linie 6-6 :der Fig. i und 2, Fig. 7 einen Querschnitt der Zinkgewinnungseinridlitung gemäß der Linie 7-7 der Fig. 9, Fig. 8 einen Schnitt gemäß der Linie 8-8 der Fig. 9, Fig. 9 die Zinkgewinnungseinrichtung in Draufsicht, Fig. io einen Schnitt gemäß der Linie io-io der Fig. 7 und 8 und die Fig. ii und 12 Teilansichten einer.abgewandeltea Form ähnlich der Darstellung der.Fig. i ,und 2.
Die Anlage zum Schmelzen von Zink gemäß den Fig. i bis 3 besteht aus einem Schachtofen i i, zwei Kondensern i2, Zinkseparätoren 13 und. Ziakr sammlern 14. Die Ofengase enthalten .Stickstoff, Kohlenoxyd, Kohlendioxyd und., Zinkdämpf und gehen vom Schachtofen in jeden Kondenser durch einen Auslaß 15 und einen abwärts gerichteten Kanal 16 längs der Stawwand 17. Das Innere jeden Katedensers 12 ist in zwei Kammern, 18 und: 1,9 :durch eine Trennwand 20 mit einer Öffnung 21 geteilt. In der Kammer i8 ist ein horizontaler Rotor mit Vorsprüngen oder Taschen auf seinem Umfang an, geordnet (Fig. i). Ein ähnlicher Rotor 23 befindet sich in der Kammer i9;. unterhalb der Rotore, 22 Mnd 23 sind Sümpfe 24, 25 angeordnet, . und .die Rotoren wenden in der Pfeilrichtung durch außerhalb .des Kondensers angeordnete, nicht gezeichnete mechanische Mittel in Drehung versetzt.
Der .Kondenser 12 endet an seiner dem Ofen,ii abgewandten Seite in einen Auglaß 26, der mit einem Kamin 27 in Verbindung .steht, von dem.ein abwärts gerichtetes Rohr 28 (Fig. 3) die Verbindung mit einer nicht dargestellten Gasreinigungsarnlage herstellt. :Oben setzt sich der Kamin 27 in einem Ansatz 29 fort, . welcher nozmalerweise von dem Kamin durch eine Klappe 3o abgeschlossen.isf, die, in Fig. 4 durch volle Linien in geschlossener Stellung und durch gestrichelte Linien in Öffnung dargestellt ist.
Die 'Kammern 18 und( i9 sind m,Bodien durch einen Durchgang 31 (s. auch Fig. 6) miteinander verbunden. Der Boden des Kondensers ist längs der Trennwand 2o innerhalb der Kammer 18 erhöht und in dem erhöhten Teil ein flacher Trog 3a (s. auch Fig. 6) angeordnet, dessen Wände eitle verschüedene Höhe aufweisen, -wobei die die Unterkante .der Durchgangsöffnung 21 -bildende Wandung höber als die :andere ist. An der dem Durchgang 2i ab- gewandten Seite ist der Boden des Troges 3,2, abwärts geneigt und verbindet so den, Trog. durch eine Öffnung 33 in :der Kondensernvandung mit einem äußeren Sumpf 34, wobei die 'Oberkante der Öffnung 33 unterhalb .des. Bodens des horizontalen Teiles des Troges 32 liegt. Von dem oberen Teii des Sumpfes 34 führt ein mit dem Sumpf durch,eine Öffnung 36 in seinem Boden in Verbindung stehender Trog 35 (s. auch Fig. 5) zu dem Zinkseparator 13. Der Sumpf 34 und Trog 35 sind, mit einer feuerfesten Decke abgedeckt, die der Einfach; heit halber nicht dargestellt wurde. Am Boden der Wandung der Kammer i9 des Kondensers ist eins Offnung 37 vorgesehen, von der sich ein Rohr,38 an das Rohr 39 des nachstehenden Zinkseparators anschließt. Der Zinkseparatoc 13 (Fig. 7) besteht aus einem zylindrischen Blechgehäuse mit geschlossenem Boden, dessen Seitenwände mit einem feuerfesten Belag 40 von Siliciumkarbid und dessen Boden mit feuerfesten Steinen 41 ausgekleidet- ist; Er ist an seiner Basis 42 unterstützt und mit einem Abzug 43 im Boden versehen, der normaletrovegse durch einen nicht dargestellten Stopfen verschlosf ist. Die Auskleidung 40a in seinem oberen Teil besteht aus Siliciumkarbid oder feuerfesten Steinen und verengt sich in einen durch einen Stopfen 45 verschlossenen Hals. Die Auskleidung 4& erweitert sich an einer Seite unter Bildung eines Troges 46 als Fortsetzung des Troges 35 '(Fig. x und 5) und an der Gegenseite unter Bildung eines Troges 5o, der mit -dem Zinksammler 14 (Fig. i und 2) in Verbindung steht, der im wesentlichen aus einem Geiß von rechtwinkligem Querschnitt aus einem geeigneten feuerfesten Material besteht und mit nicht dargestellten Einrichtungen für den Abstich seines Inhaltes versehen .ist.
Der Trog 46 .verlängert sich zu einem bogenförmigen Trog 47 (Fig. 9), von dessen beiden Enden sich zwei Kanäle 48 in der Auskleidung 4oa nach abwärts erstrecken und in den. Öffnungen, 49 (Fig. 7) im Innern des von der Auskleidung 4o und 4oa umschlossenen Gefäßes enden.
An seinem inneren Ende ist der Trog 5o vertieft und bildet dort einen Sumpf 5o° und. erstreckt sich unter einer Stauwand 51, denen Unterkante sich unterhalb der Ebene des Trogbodens befindet. In dieser Weise wird ein Kanal 52 in der Auskleidung 40a gebildet, der gerade unterhalb des Halses 44 in einer inneren Öffnung 53 endet.
In der Ebene, rechtwinklig zu der Mittellinie der Tröge 46 Und 5o (Fig. 8 und io), springt die Auskleidung 40, 40a nach innen vor und bildet eine innere senkrechte Rippe 54, welche durch einen winkelförmigen Träger 5,5 und eine Konsole 55a unterstützt wird sowie den oberen Teil eines senkrecht angeordneten Stahlrohres 56 umschließt, das in der Rippe durch Haken 57 seinen Halt findet und sich vom Kopf bis zum Boden des Separators erstreckt. Oben ist das Rohr durch einen Deckel 58 abgedeckt und ist an seinem unteren Ende in der Nähe des Separatorbodens offen. Etwas unterhalb der Böden der Tröge 46 und 5o zweigt ein waagerechtes Rohr 59 vom Rohr 56 ab und ist mit dem obererwähnten Rohr 38 (vgl. Fig. 2 und 3) verbunden.
Der obere Teil des Gehäuses 39 wird von einem Blechmantel 6o mit einem Einlaß 61 und einem Auslaß 62 umgeben, wodurch der Mantel von Kühlluft durchströmt werden kann. Ein ähnlicher Blechmantel 63 mit Einlaß 64 und Auslaß 65 gibt die Möglichkeit, heiße Luft um den unteren Teil des Gehäuses 39 strömen zu lassen.
Die zinkhaltigenDämpfe des Schachtofens (Fig. i und 2) verlassen den Ofen durch den AusJaß 15 und den Durchgang 16 und treten ohne fühlbaren Temperaturverlust in die Kondensationskammer i8 ein, wo sie mit einem Schauer von geschmolzenem Blei in Berührung kommen, der durch den Rotor 22 aufgewirbelt wird. Hierbei werden sie einem Kälteschock unterworfen, so daß ein Teil. ihres Zinkdampfgehaltes kondensiert und in der Bleischmelze gelöst wird, ohne daß eine wesentliche Oxydation oder nachteilige Mengen von Zinkoxyd auftreten; die Gase, welche noch immer etwas Zinkdampf enthalten, gehen dann durch die Öffnung 21 in die Kammer i9, um hier einem zweiten Schauer durch den Rotor 23 aufgewirbelten flüssigen Bleies ausgesetzt zu werden, wobei eine weitere Kondensation und Lösung von Zink erreicht wird. Die nunmehr im wesentlichen von Zinkdampf entblößten Gase verlassen schließlich den Kondenser durch den Auslaß 26, Kamin 27 und Rohr 28, um in die Gasreinigungseinrichtung einzutreten.
Geschmolzenes Blei tritt fortlaufend in die Kammer i9 durch das Rohr 38 ein und verläBt diese Kammer durch den Kanal 31 in die Kammer 18, nachdem es in der Kammer i9 etwas Zink aufgenommen hat und dann in der Kammer 18 eine weitere Zinkmenge zu lösen. Ein Teil des durch den Rotor 22 aufgewiaibelten Bleies in dieser Kammer fällt in den erhöhten Trog 32, von wo es durch die Öffnung 33, Sumpf 34 und Trog 35 in. den Trog 46 des Zinkseparators 13 fließt, die Öffnungen 33 und 36 überflutend. Ein etwaiger überlauf des Troges 32 gelangt über die niedrigere seiner Wandungen in die Kammer r8 zurück. Die durch einen Teil der Trennwand 20 gebildete Stauwand oberhalb der Öffnung 21 gibt unter Berücksichtigung der Umdrehungsrichtung des Rotors 23 die Sicherheit, daß keine größere Menge von Blei aus der Kammer i9 unmittelbar in den Trog 32 gespritzt wird. Das vom Trog 46 aufgenommene Bleizink (Fig. 9) fließt in den Bogentrog 47 und durch die Kanäle 48 und. Öffnungen 29 in das Innere des Separators herab, während geschmolzenes Blei vorn Boden des Separators mit einem geringeren Zinkgehalt in dem Rohr 56 (Fig. 2) nach eben steigt und durch das Rohr 59 in die Kammer i9 des Kondensers über das Rohr 38 eintritt.
Der obere Teil des Separators (Fig. 8 und io) wird durch die den Mantel 6o durchströmende Luft gekühlt und so bewirkt, daß ein Teil: des Zinkes sich aus dem geschmolzenen Blei in Form einer zinkreichen Legierung mit einem nur geringen Bleigehalt abscheidet und in den oberen Teil der in dem Separator befindlichen Schmelze aufsteigt. Die Ebene der :Schmelze, in der die Ausscheidung erfolgt, ist in Fig. 8 durch die gestrichelte Linie 69 gekennzeichnet, welche oberhalb der Öffnungen 49 der Kanäle 48 liegt. Eine zur vorzeitigen Zinkausscheidung führende Kühlung der Schmelze im Sumpf 34 und im Trog 35 wird durch die obererwähnte Abdeckung dieser Anlegeteile verhindert.
Das ausgeschiedene Zink fließt durch die Öffnungen 53, Kanal 52, Sumpf 5oa und Trog 5o in den Zinksammler 14 (Fig. 2), wobei die Stauwand 51 (Fig. 7) einen Luftabschluß gegenüber denn Separatorinnern bewirkt.
Der Schmelzspiegel .in dem Trog 46, Hals 4.4 und Trog 5o ist jeweils .durch gestrichelte Linien 66 bzw.67 (Fig.7) angedeutet und der Spiegel von geschmolzenem Blei in dem Rohr. 59 durch die Linie 68 (Fig. 8). Der Trog 5o endet über einen Ausguß in dem Sammler 14, und die Ebene des Bodens des Troges 5o begrenzt den Spiegel 67 in engen Grenzen in Abhängigkeit von der Strömungsmenge, die durch den Trog 5o fließt. Die Breite dieses Troges ist dabei so groß gewählt, daß er von einer flachen Strömung von geschmolzenem Metall durchflossen wird und dabei die gewünschte Strömungsmenge aufrechterhalten wird, da hierdurch Veränderungen der Höhe des Spiegels 67 infolge Veränderungen der Strömungsmenge nur Bruchteile der mittleren Strömungstiefe darstellen und so in engen Grenzen gehalten werden können. Der vertikale Abstand zwischen den Spiegeln 67 und 68 bestimmt die Tiefe der Zinkschicht vom Spiegel 67 zu dem Ausscheidungsspiegel 69 nach den Gesetzen der elementaren Hydrostatik unter Berücksichtigung des spezifischen Gewichtes der beiden Flüssigkeiten, d. h. also Blei gesättigt mit "Zink, und Zink, gesättigt mit Blei, bei der Temperatur in dem oberen Teil der Separatorkammer. Der Umlauf wird aufrechterhalten durch, den infolge der Differenz zwischen dem Spiegel 66 des Zinkbleies im Trog 46, dessen Höhe im Trog 32 (Fig. i) begrenzt ist, und deren Spiegel 68 des Bleies im Rohr 59 gebildeten Überstand, wobei kein größerer Dichtigkeitsunterschied der Flüssigkeitsfüllung in den iKanälen 48 und Trog 46 und 47 und der in den Rohren 56 und 59 besteht.
Die Kanäle 48 sind geneigt angeordnet, so daß sie dem abwärts fließenden Zinkblei einen tangen, tialen Eintritt in die Separatorkammer bieten und so seine abwärts gerichtete Verteilung der Strömung in der Kammer unterstützen.
Der Mantel 63 ist durch einten Thermostaten kontrolliert, um im unteren Teil der Separatorkammer eine bestimmte Temperatur, beispielsweise 450° C, aufrechtzuerhalten, die höher als der Schmelzpunkt des mit Blei gesättigten Zinkes, d. h. 418°' C liegt. Zinkblei tritt durch die Öffnungen 49 in den Separator bei einer höheren Temperatur ein.
Sein Wärmeüherschuß wird durch die durch den Mantel 6o umlaufende kühle Luft abgeführt und so der obere Teil des Separators im wesentlichen auf der gleichen Temperatur wie der untere Teil ,gehalten, wobei eine etwaige Tendenz zur Herabkühlung des oberen Teiles unter die in dem Unterteil aufrechterhaltene Temperatur durch Convektion ,ausgeschaltet wird. Der Prozentsatz des in dem Separator aus dem Blei ausgeschiedenen Zinkes entspricht der Differenz zwischen .der Zinkkonzentration im Blei, welches den Auslaß 33 der Kondenserkammer i8 verläßt, und der Zinksättigung mit Blei bei der Temperatur im Separator 13. Das den Kondenser verlassende Blei ist im allgemeinen nicht mit Zink gesättigt.
Das Blei tritt in die' Kondenserkammer, i9 aus dem Separator 13 mit der im Separator aufrechterhaltenen Temperatur, also beispielsweise 55ö" C. Wenn es den Kondenser im Gegenstrom zu den Ofengasen durchströmt und auf diesem Weg die Zinkdämpfe kondensiert, nimmt es die Kondensationswärme auf und die äußere Wärme von den nicht kondensierbaren Gasen, so daß seine Temperatur ansteigt. Die Temperatur der Kammern 18 und i9 kann reguliert werden, indem beispielsweise der Betrag der äußeren Wärmeabfuhr durch nicht dargestellte entferubare Isolierwände beeinflußt wird, so daß das Blei die Kammer i9 durch den Kanal 31 hei einer Temperatur zwischen 450 und 50o° C und die Kammer i8 durch den Trog 32 und den Sumpf 34 bei einer Temperatur zwischen 55o und 62o°' C verläßt.
Es ist wesentlich, daß kein Zink sich ausscheiden kann, bis das Blei wieder durch den Kondenser und Separator umgelaufen ist und die Bleifüllung im Separator mit Zink bei der ,im Separator aufrechterhaltenen Temperatur gesättigt ist. Bei 41'8° C ist die Zinkkonzentration in dieser Bleifüllung ungefähr 1,7% und bei 450' C ungefähr 2,20/0. Sobald diese Konzentration erreicht ist, wird alles weiterhin aus dem Ofengas kondensierte Zink im wesentlichen vollständig ausgeschieden und in den Sammler 1.4 abgeführt. Die Wirksamkeit der Abscheidung entspricht dann der Wirksamkeit der Kondensation, und diese hängt ab a) von der . Temperatur, bei der die Ofengase den Kondensator verlassen, die ideal ein wenig oberhalb der Temperatur des Bleibades in der zweiten Kondenserzone i9 liegt, und b) von der Zinkdampfkonzentration der Gase, die in die erste Kondenserzone i8 eintreten.
Der erste Faktor a) bestimmt den Partialdruck des Zinkdampfes in den die zweite Kondenserzone verlassenden Gasen und daher die Zinkdampfkonzentration in den Abgasen. Der Kondetvsationseffekt wird gemessen. durch die Differenz des anlänglichen und endgültigen Zinkdampfgehaltes zu inertem Gas, dividiert durch den anfänglichen Gehalt. Wenn die Temperatur a) 45o° C beträgt, der Partialdruck von Zinkdampf über Blei ungefähr 0,36 mm Hg. und die entsprechende Konzentration in den Abgasen 0,047% gegenüber einer Anfangskonzentration .in den Abgasen von 5°% beträgt, liegt der ideale Wirkungsgrad der Kondensation gerade etwas über 99%, wie man .durch nachfolgende Gleichung veranschaulichen kann:

Wirkungsgrad (%) = ioo X 5i95-°,047/99 - 953 = 99, 11

5/95

In der Praxis wird in der Tat ein etwas geringerer Wirkungsgrad, erreicht, aber wenn man in geeigneter Weise die Strömungsmenge der Ofengase im Verhältnis zur umlaufenden Bleimenge im Kondensator und Separator aufeinander und auch das Fassungsvermögen dieser Anlageteile zu der Leistungsfähigkeit des Schtaohtofens aufeinander abstimmt, kann eine gute Annäherung an diesen idealen Wirkungsgrad erziellibar sein. In einer Anlage der beschriebenen Art ist der Betrag des umlaufenden Bleies ungefähr ioomal so hoch, wie die gewonnene Zinkmenge .gewichtsmäßig bestimmt, z. B. wird also für einen Zit&awsstoß von io t täglich eine umlaufende Bleimenge von ungefähr iooo t pro Tag erforderlich. Das gesamte Bleigewicht im @Unflauf ist nicht kritisch, aber eine Anlage mit einem Ausstoß von io t Zink täglich muß etwa 70 t für den Gesamtbetrag des Bleies im Umlauf aufwenden. .
Die oben besc'hriebeneArbeitsweise kann auch abgewandelt und vereinfacht werden, indem man eine einstufige Kondensation zur Anwendung bringt, wobei die Anlage ähnlich, aber in der Weise abgewandelt ist, wie es in Fig. i i und 12 veranschaulicht ist. Die zweite Kondenserkammer i9 mit Rotor 23 nach Fig. i bis 3 fällt fort, und das Rohr 38, welches mit dem Rohr, 39 des Separators verbunden ist, steht mit einer öffnung 37 am Boden .der Kammer 18 in Verbindung, während der Gasauslaß 26° entsprechend dem Auslaß 26 in Fig. i und 3 oberhalb des Troges 32 in der Kammer. 18 angeordnet ist.
Bei einer einstufigen Kondensation wird die Temperatur in der Kammer 18 so reguliert, daß das die Kammer durch ,den Trog 32 und den Sumpf 34 verlassende Blei eine Temperatur zwischen 5oo und 55ti° C aufweist, während der Prozeß sonst wie vorherbeschrieben verläuft.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Gewinnung von Zink aus einer als Kondensationsmittel für aus einem Schmelzprozeß gewonnenen Zinkdampf benutzten Bleischmelze, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation von Zinkdampf bis zu einem dem Sättigungspunkt von Zink in Blei entsprechenden Grad bei einer Temperatur oberhalb des Erstarrungspunl:tes von Zink, aber unter dem von Blei durchgeführt, die gewonnene Blei-Zink-Lösung in einer im wesentlichen beruhigten Schmelze gesammelt, bis zu einer Temperatur gekühlt, die oberhalb des Erstarrungspunktes von Zink liegt, aber bei der sich gelöstes Zink im geschmolzenen Zustand abscheidet und in der Schmelze unter Bildung einer Deckschicht von geschmolzenem Zink und einer darunterliegenden Schicht von geschmolzenem Blei aufsteigt, die Deckschicht von Zink sc'hließlic'h teilweise von der d urunterliegenden Bleischicht entfernt und die restliche Bleischmelze der Kondensationsstufe zur erneuten Auswiaschung wieder zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Blei-Zink-Schmelze in einer von der Kondensationszone entfernt angeordneten Kühlungszone gesammelt wird.
3. Verfahren zur Gewinnung von Zink aus Zinkerzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Erz z. B. in einem Schachtofen unter Erzeugung eines Gasgemisches von Zinkdampf, C O und einem wesentlichen Anteil von CO, geschmolzen, die Gasmischung in noch heißem Zustand in einer Kondensationsstufe .in innige kühlende Berührung mit einer umlaufenden Bleischmelze gebracht, hierbei die Temperatur derart geregelt wird, daß sie maximal nicht höher als 62o° C und. minimal oberhalb des Erstarrungspu.nktes von Zink liegt und die Gasmischung hierbei bis zu einer Temperatur unterhalb der Reaktionstemperatur von CO, im Sinne einer nennenswerten Bildung von Zinkoxyd gekühlt sowie der Zinkdampf in Form einer Lösung von Zink in Blei kondensiert, die Kondensation schließlich so lange fortgesetzt wird, bis ein Zinkgehalt von 1,7 Gewichtsprozenten in der Bleischmelze überschritten wird, hierauf die erhaltene Blei-Zirnk-Lösung in einer .im wesentlichen beruhigten Schmelze gesammelt wird, in der ein Teil des gelösten Zinkes zur Ausscheidung gebracht wird und unter Bildung einer Deckschicht von geschmolzenem Zink und einer Unterschicht von geschmolzenem Blei aufsteigt, die Deckschicht von geschmolzenem Zuck schließlich teilweise von der darunterliegenden Bleischmelze getrennt und letztere der Kondensationsstufe zu erneuter Kondensation wieder zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Blei-Zink-Lösung in einer von der Kondensationsstufe getrennten KüWungs.stufe gesammelt und diese Schmelze bis zu einer Temperatur unterhalb 500° C, aber oberhalb des Erstarrungspunktes von Zink gekühlt wird, um dieBildung derDeck= sch-icht von geschmolzenem Zink zu erleichtern.
5. Kontinuierlich arbeitendes Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beruhigte Schmelze der Blei-Zink-Lösung in einer von der Kondensationsstufe getrennten Gewinnungsstufe gesammelt, fortlaufend mit der von der Kondensationsstufe abgehenden Lösung aufgefüllt und die teilweise entzinkte Schmelze fortlaufend abgezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterteil der beruhigten Schmelze auf einer konstanten Temperatur unterhalb von 5oo° C, . aber oberhalb des Erstarrungspunktes von Zink beispielsweise mit Hilfe einer thermostatischen Kontrolle gehalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beruhigte Schmelze zur Abführung des ständig aus der Kondensations-,zone zuströmenden Wärmeüberschusses ständig ,durch einen Luftstrom gekühlt wird. B.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der .ständige Durchfluß der Sehmelzlösung durch die Zinkgewinnungsstufe auf hydrostatischem Wege aufrechterhalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzlösung in der Kondensationszone vojj einem niedrigeren Eixi-,laßspiegel zu einem höheren Auslaßspiegel hochgehoben ,wird, um den erforderlichen Überstand für den Umlauf durch die Zinkgewinnungszone zu erreichen. io.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation im, zwei aufeinanderfolgenden Stufen mit Hilfe eurer umlaufenden Bleischmelze durchgeführt wird, welche im Gegenstrom zu der Gasmischung geführt wird, wobei die Maximaltemperatur der Bleischmelze in der ersten Kondensationsstufe nicht oberhalb von 62o° C und in der zweiten Kondensationsstufe oberhalb des Erstärrungs- Punktes von Zink gehalten wird und die zweite Kondensationsstufe bei einer Temperatur nicht oberhalb ungefähr 350° C verläßt. i i.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, ,daß die Kondensation mit Hilfe der umlaufenden Bleischmelze in einer einzigen Kondensationsstufe durchgeführt wird, in die das Blei bei einer Temperatur oberhalb des Erstarrungspunktes von Zink eintritt und sie bei einer Temperatur nicht oberhalb 55o° C verläßt.
12. Vorrichtung zur Durchführung der Verfaliren nach Anspruch i bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansc.hluß an einen Schmelzofen. bzw. einen Erzeuger von Gas des geschmolzenen Metalls ein Kondenser mit einem Umlauf einer andersartigen Metallschmelze angeordnet ist, indem das erste Metall durch die umlaufende Schmelze aus dem Gas ausgewaschen und gelöst wird, mit dem Kondenser ein aus cirir:r gesc.lilosselien Kammer bestehender Separatur verbunden ist und sich an diesen ein Zinksammler anschließt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß oder Separatur mit einem Einlaßkanal versehen i,st, der sich von der Verbindungsöffnung zum Kondensator zu einer Öffnung im Innern der Separatorkammer neigt, die wesentlich oberhalb des Bodens der Separatorkammer angeordnet ist, mit einem Auslaßkanal in der Nähe seines oberen Teiles und heträchtlicli oberhalb der erwähnten Öffnung versehen ist und einen zweiten Auslaßkanal aufweist, der die Metallschmelze nach der Entzinkung wieder dem Kondensator zuführt, wobei dieser letzte Auslaß unterhalb des Spiegels des 1?inlaßkanals und des ersten Auslasses, aber oberhalb seiner Öffnung angeordnet ist und mit seiner abwärts führen-den Leitung in die Nähe des Bodens der Separatorkammer mündet.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste AuslaBkanal sich von einer Öffnung im Kammerinnern in der Nähe des Oberteiles erstreckt, unterhalb einer einen l.uftabschluß bildenden Stauwand verläuft und in einem Auslaßtrog endet, wobei das Metall hierin mit einem freien Spiegel abfließt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal als Trog ausgebildet ist, den die Schmelze mit freier Oberfläche durchfließt.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i bis i i, dadurch gekennzeichnet, <laß im Anschluß an einen Gaserzeuger zur Erzeugung von Gas aus einer h-Ietallsclimelze neben einem Separatur für die Aufnahme einer beruhigten Schmelze ein aus einer geschdossenen Kammer mit einem Einlaß für die Gasmi.schurng aus dem Gaserzeuger und einem Gasauslaß sowie einem Einlaß für die teilweise der Gewinnung ausgesetzte Metallschmelze aus dem .Separator, einem inneren Trog oberhalb des zuletzt erwähnten Einlasses, einem mit dem Trog kommunizierenden Auslas für die Abführung der angereicherten Schmelze zu dem Separator und mechanischen Mitteln für die Zerstäubung der Schmelze im Innern der Kammer versehen ist, die einen Teil der angereicherten Schmelze in den Trog heben.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, das ein äußerer Trog mit dem inneren Trog durch eine geneigte Öffnung in der Kondenserwandu.ng verbunden ist, der auf derselben Höhe wie der innere Trog liegt und einen Auslaß zum Separator besitzt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondenser in zwei Kammern mit Hilfe einer Trennwand unterteilt wird, die aus einer Grundmauer und einer hängenden Stauwand besteht und dadurch eine Öffnung für den Durchtritt des Gasgemisches aus der ersten Kammer in die zweite Kammer bildet. i9.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer mit einem Gaseinlaß und die zweite Kammer mit einem Gasauslaß und einem Einlaß für die Schmelze versehen ist und die Grundmauer eine Wandung des inneren Troges bildet, der in der ersten Kammer angeordnet und dessen andere Wandung niedriger als die Oberkante der Grundmauer ist. 2o.
Vorrichtung nach Anspruch 18 und i9, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Niveaus des inneren Troges eine Verbindung für die zweite Kammer angeordnet ist, die der Schmelze eine Möglichkeit gibt, von der zweiten Kammer in die erste Kammer zu fließen.
21. Vorrichtung nach Anspruch i& bis 2o, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kammern mit einer mechanischen Sprühvorrichtung, beispielsweise in Form eines horizontalen Rotors mit Vertiefungen zur Aufnahme der Schmelze aus einem Sumpf, in welchen die Rotoren eintauchen, versehen ist, wobei die Umlaufsrichtung beider Rotoren derart ist, daß sich ihre oberen Teile gegen die Strömungsrichtung des Gases bewegen und der untere Teil des Rotors in der ersten Kammer sich gegen den inneren Trog bewegt und Schmelzflüssigkeit in ihn spritzt.