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Verfahren und Vorrichtung zum Raffinieren von Metallen, insbesondere
von Zink und Blei Es ist bereits vorgeschlagen worden, Legierungen niedrigschmelzender
Metalle verschiedenen spezifischen Gewichts in ihre Einzelbestandteile durch Ausschleudern
innerhalb einer vorher überhitzten, unverbrannten, kohlensäurefreien, reduzierenden
Gasatmosphäre zu trennen, indem die mit dem flüssigen Metall in Berührung stehenden
Teile der Zentrifugiervorrichtung, nämlich das Zentrifugiergefäß samt Zuleitungsrohr
und den das Zentrifugiergefäß konzentrisch umgebenden Sammelbehältern, nach Tunlichkeit
auch ein Speisekessel für das zu schmelzende oder geschmolzen zu erhaltende Metall
samt an diesen angeschlossener Speiseleitung mit Regulierventil, innerhalb eines
Ofenraumes angeordnet sind, welcher von einem vorher entsprechend überhitzten, reduzierend
wirkenden und möglichst kohlesäurearmen Gas (z. B. Generatorgas, Wassergas, Kraftgas,
Wasserstoff) so durchströmt wird, daß diese Teile gleichzeitig von allen Seiten
genügend hoch erhitzt werden, wobei die Einleitung dieses Gases in den Ofenraum
zweckmäßig durch mehrere parallel geschaltete, gesondert regelbare Kanäle erfolgt.
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Von diesem bekannten Verfahren unterscheidet sich die Erfindung dadurch,
daß es bei ihr durch Anwendung von Vorrichtungen besonderer Bauart gelingt, eine
weitgehende Trennung der zu raffinierenden Metalle zu erreichen, beispielsweise
bei der Raffination des Zin.'ks, eine Trennung -des Bleis vom Zink oder bei der
Raffination des Bleis eine
Trennung des Zinns, Antimons, Wismuts,
Kupfers und des Goldes.
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Um z. B. Zink von seinem Bleigehalt zu befreien, wird es in eine gut
vorgeheizte und wärmeisolierte Zentrifuge gegeben, die aus einer Anzahl von Trichtern,
die um eine mit großer Geschwindigkeit in Umdrehung zu versetzende, luftgekühlte
Hohlwelle untereinander angeordnet sind, besteht. Das Zink gelangt aus dem Vorratsbehälter
in den höchstgelegenen Trichter und wird in diesen z. B. zu einem Drittel gefüllt.
Die spezifisch schweren Bestandteile, also insbesondere das Blei, gelangen durch
das Abschleudern nach oben und werden dort abgezogen, während das teilweise entbleite
Material durch eine Bodenöffnung des Trichters in den nächstfolgenden, daruntergelegenen
Trichter läuft, wo sich der gleiche Vorgang abspielt usf. bis zum untersten Trichter,
aus welchem das raffinierte Zink abgezogen wird. Die Zentrifuge wird ständig z.
B. mit einem Brenner beheizt und auf einer Temperatur von etwa 500' gehalten.
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Handelt es sich darum, Zink vom Blei und anderen Verunreinigungen
zu trennen, so finden zweckmäßig Zentrifugen Anwendung, deren mit wärmeisolierenden
Steinen ausgefütterter, hohler, oben offener Rotationskörper aus einem mit der Spitze
nach oben weisenden Kegelstumpf oder einem Zylinder mit oder ohne aufgesetztem Kegelstumpf
besteht, die oberhalb ihrer Basisfläche mit Austrittsventilen versehen sind.
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In dem mit größtmöglicher Geschwindigkeit in Umdrehung versetzten
Rotationskörper befindet sich das Metall, das zusammen mit dem Rotationskörper von
einem gut wärmeisolierenden Mantel umgeben ist. Das Gas zur Beheizung des Bades
umströmt oder durchströmt den Rotationskörper. Die Achse des Rotationskörpers ist
als Hohlwelle ausgebildet. Durch ihren hohlen Kern geht ein Rohr, durch das das
geschmolzene, fremdmetallhaltige Metall, also z. B. das zu raffinierende Zink oder
zu raffinierende Blei, in den Hohlraum des Rotationsraumes eingeführt wird, während
dieser in schnellen Umlauf gesetzt ist. Hierbei reichern sich die spezifisch schweren
Anteile an den Gefäßwänden an, während sich die spezifisch leichteren Anteile nach
dem Raum um die Hohl-,velle verlagern. Durch das nachfließende Metall steigt der
Badspiegel an, wobei sich unter dem Einfluß der Fliehkraft die Trennung nach dem
spezifischen Gewicht in den höheren Schichten immer mehr ausbildet, so daß sich
im oberen Teil der Zentrifuge die spezifisch schwereren Bestandteile an der Wandung
des Rotationskörpers befinden und die spezifisch leichteren Teile an der umlaufenden
Welle. Die Trennung läßt sich durch geeignete Beheizung der verschiedenen Teile
des Rotationskörpers noch fördern.
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Die spezifisch leichteren Anteile werden an der Hohlwelle entnommen
oder fließen durch dieselbe ab. Die spezifisch schwereren Bestandteile treten infolge
der Fliehkraft durch Düsen an den Wänden des Gefäßes aus oder werden durch Abstreifer
aus dem Metallbad entfernt. Beim Raffinieren beispielsweise des Zinks vom Blei wird
da§ raffinierte Zink an der Hohlwelle entnommen oder fließt durch diese ab, während
eine bleireiche Zinklegierung, die den wesentlichen Bleiinhalt des Zinks enthält,
an der Wand des Rotationskörpers durch Düsen abfließt oder durch Abstreifer entnommen
wird.
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Umgekehrt wird bei der Raffination des Bleis das raffinierte Blei
am Rande des Rotationskörpers durch Abstreifer oder Düsen entfernt; die dem Blei
zu entziehenden spezifisch leichteren Verunreinigungen, z. B. Antimon und Zinn,
fließen in Form einer antimon- und zinnreichen Bleilegierung durch die Hohlwelle
ab.
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Die Gestalt der anzuwendenden Zentrifuge sowie die Abmessungen ihrer
Düsen und Kanäle für den Abfluß und Zufluß müssen den Anforderungen des jeweiligen
Raffinationsvorganges angepaßt sein.
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Bei der Raffination von Zink wird z. B. die Hauptmenge in Form von
raffiniertem Zink, also des :spezifisch leichteren Bestandteils, an der oder durch
die Hohlwelle entnommen und nur ein kleiner Teil der Gesamtaufgabe des zu raffinierenden
Zinks durch Düsen oder Abstreifer entfernt.
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Bei der Raffination von Blei kommt es dagegen darauf an, die Hauptmenge
des spezifisch schweren Bleis von den Wänden des Rotationskörpers durch Düsen oder
Abstreifer zu entfernen und nur eine kleine Restmenge der vorhandenen Verunreinigungen
an Zinn und Antimon durch die Hohlwelle abfließen zu lassen.
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Die Raffination läßt sich auch in Stufen mit mehreren nacheinander
geschalteten Zentrifugen durchführen, deren Abmessungen den jeweils gegebenen. Verhältnissen
angepaßt sind. Diese Maßnähine ist besonders vorteilhaft, wenn die Differenzen zwischen
den spezifischen Gewichten der zu trennenden Metalle bei den in Frage kommenden
Temperaturen verhältnismäßig gering sind, so daß in einer oder zwei Stufen eine
ausreichende Trennung der beiden Metalle nicht möglich ist.
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Das Verfahren kann zur Raffination aller Metalle Anwendung finden,
,deren spezifische Gewichte bei den gegebenen Temperaturen eine Differenz aufweisen
und bei welchen die Schmelzpunkte derartig liegen, daß die Metalle bei den erforderlichen
Temperaturen flüssig sind.
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Es ist keineswegs notwendig, daß der gesamte Raffinationsvorgang durch
Behandlung des geschmolzenen Metalls in Zentrifugen durchgeführt wird. Für den Hüttenbetrieb
ist es bereits von großem Vorteil, wenn im Wege einer Vorraffination durch Zentrifugieren
die Konzentration der Verunreinigungen so stark herabgesetzt wird, daß der Raffinationsvorgang
nach dem üblichen Verfahren hierdurch verkürzt bzw. vereinfacht werden kann. Dies
ist z. B. bei der Bleiraffination von größter Bedeutung, weil hohe Zinn- und Antimongehalte'
im Blei Raffinationszeiten von 48 und mehr Stunden erforderlich machen. Durch ein
Vorraffinieren mittels einer Zentrifuge lassen sich die Gehalte an Zinn und Antimon
so weit herabsetzen, daß eine
Raffinationszeit von nur wenigen Stunden
zur Entfernung der geringen Restmengen an Zinn und Antimon ausreicht.
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Zur Ausführung der Erfindung geeignete Vorrichtungen sind in der Zeichnung
an einigen Ausführungsbeispielen dargestellt.
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Fig. i ist der Aufriß einer Zentrifuge mit offenen, um eine Welle
befestigten Trichtern, teilweise im Schnitt; Fig. 2 ist der Aufriß einer Zentrifuge
mit kegelstumpfförmigem Rotationskörper, teilweise im Schnitt; Fig. 3 ist der Aufriß
einer Zentrifuge mit einem Rotationskörper, der aus einem Kegelstumpf und einem
Zylinder zusammengesetzt ist, teilweise im Schnitt; Fig.4 und 5 sind die Aufrisse
von Zentrifugen mit zylindrischem Rotationskörper, teilweise im Schnitt.
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Innerhalb des beheizbaren Behälters i ist eine in schnelle Umdrehungen
zu versetzende, mit einer für das Durchleiten von Luft eingerichteten hohlen Achse
2 versehenen Welle 3 angeordnet, an deren äußerem Umfang untereinander eine Anzahl,
z. B. zwölf, oben offene Trichter 4 befestigt sind. Die Trichter 4 besitzen an ihrem
Boden das Abflußrohr 13. Der Behälter i ist mit einem Rohr 5 für das Einfüllen
des zu raffinierenden Zinks in den oberen Trichter und einem Abzug 6 für die Gase
und Dämpfe versehen. Im Innern des Behälters i befinden sich etwa in der Mitte und
am Boden die ringförmigen Auffangbehälter 7 und 8 mit den Ablaufrohren 9 und io
für die abgeschleuderte, bleireiche Zinklegierung. Unterhalb des untersten Trichters
4 ist der ebenfalls ringförmige Behälter i i angeordnet, in welchem sich das raffinierte
Zink sammelt, das die Vorrichtung durch das Rohr 12 verläßt. Diese Vorrichtung ist
besonders für die Raffination von Zink geeignet.
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Der Rotationskörper 18 der in Fig. 2 und 3 dargestellten Zentrifugen
besitzt die Form eines Kegelstumpfes bzw. eines Zylinders mit aufgesetztem Kegelstumpf
mit nach oben ragender Spitze. Er besteht aus besonders hitzebeständigem Stahl,
ist auf der Innenwandung mit einer Schamottesteinschicht 14 von z. B. .4 cm Stärke
ausgemauert und oben offen. Oberhalb der Grundfläche 15 sind an den Rotationskörpern
18 Austrittsventile 16 und 17
angebracht. Der Rotationskörper 18 selbst sitzt
fest an einer in schnelle Umdrehungen zu versetzenden Hohlwelle 3 und ist von einem
gut wärmeisolierten Mantel i9 umgeben. Durch die hohle Achse der Welle 3 ist ein
Einfüllrohr 2o bis zur Grundfläche 15 des Rotationskörpers 18 für das zu raffinierende
Metall geführt, das die seitlichen Austrittsöffnungen 21 in den Rotationskörper
besitzt.
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Die spezifisch leichteren Metalle gelangen bei der Umdrehung der Zentrifuge
in den ringförmigen Behälter 22, den sie durch das Rohr 23 verlassen. Die spezifisch
schwereren Metalle fließen durch das Rohr 24 am Boden des Mantels i9 ab.
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Die Zentrifugen der Fig. 2 und 3, die sich durch die Formen der Rotationskörper
und ihre Abmessungen voneinander unterscheiden, sind ebenfalls besonders für die
Abscheidung von Blei aus Zink geeignet. Ein aus einem flachen Kegelstumpf mit großer
Basisfläche und hoher Umlaufgeschwindigkeit bestehender Rotationskörper, wie er
in Fig. 2 dargestellt ist, ist für die Abscheidung von Zinn und Zink zu -bevorzugen.
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Die mit zylindrischen Rotationskörpern versehenen Zentrifugen der
Fig. 4 und 5 eignen sich sowohl zur Raffination von Blei als auch zur Abscheidung
von "Zinn und Antimon. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind oben an dem zylindrischen
Rotationskörper 18 Düsen 25 für den Austritt des raffinierten Bleis angeordnet.
In Fig. 5 sind für diesen . Zweck Abstreifer 26 vorhanden. Das durch das Einfiillrohr
2o aufgegebene geschmolzene Blei steigt in dem zylindrischen Rotationskörper 18;
unter Einwirkung der Fliehkraft reichern sich Zinn und Antimon, die spezifisch leichter
sind, in der Nähe der Welle 3 an und fließen durch in ihr angebrachte Öffnungen
27 in das Innere der Hohlwelle 3, die sie über das Sammelgefäß 28 durch das Rohr
29 verlassen.