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Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigem Material Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von metallischem
Zink und anderen Metallen aus zinkhaltigem Material. Das Verfahren und die Vorrichtung
gemäß der Erfindung sind besonders geeignet zur direkten Herstellung von Zink aus
zinkhaltigem Material, das verhältnismäßig geringe Mengen Zink enthält, insbesondere
wenn dieses mit anderen Metallen, wie Blei, Kupfer oder Eisen, verbünden ist. Besonders
geeignet zur wirkungsvollen und wirtschaftlichen Anwendung des Verfahrens sind zinkhaltige
Bleischachtofenschlacken, und die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll
deshalb im folgenden an Hand der Behandlung solcher Schlacken beschrieben werden.
Das Grundprinzip der Erfindung ist aber auch bei der Behandlung anderer zinkhaltiger
Stoffe anwendbar.
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Bisher wurde die Gewinnung des Zinks aus Bleihochofenschlacke in der
Weise durchgeführt, daß zuerst abgedampft und ein unreinesZinkoxydaufgefangen wird
und dänn das Zinkoxyd mittels elektrolytischer oder pyrolytischer Verfahren reduziert
wird. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, das Zink aus zinkhaltigem Material durch
elektrische Schmelzung des Materials oder aus einem geschmolzenen Schlackenbad zu
gewinnen, doch fanden diese Vorschläge keine erfolgreiche Anwendung. Das erfindungsgemäße
Verfahren dagegen wurde in Versuchsausführungen mit vollem Erfolg erprobt.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Gewinnung von Zink und anderen Metallen
aus zinkhaltigem Material in der Weise, daß eine bestimmte Menge geschmolzener Schlacke
dadurch in flüssigem Zustand erhalten wird, daß elektrischer Strom durch die Schlacke
oder durch eine Deckschicht aus Koks oder anderer Kohle an ihrer Oberfläche geleitet
wird, daß in die flüssige Schlacke zinkhaltiges Material in fester oder flüssiger
Form eingebracht;
Kohle in körniger Form als Reduktionsmittel über
im wesentlichen die ganze Oberfläche der geschmölzenen Schlacke verteilt, ein Gasgemisch,
das Zinkdampf enthält, über der Oberfläche der geschmolzenen Schlacke abgesaugt
und flüssige Schlacke an einer Stelle abgezogen wird, die von der Stelle, an der
das zinkhaltige Material zugegeben wird, entfernt ist.
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Das Zink wird aus dem Gasgemisch dadurch kondensiert, daß dieses Gemisch
mit flüssigem Zink in innige Berührung gebracht wird. Enthielt das Ausgangsmaterial
Blei, so wird eine beträchtliche Menge Bleidampf mit dem abgesaugten Gasgemisch
aus der Schlacke entweichen und zusammen mit dem Zink als metallisches Blei kondensieren.
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Die Erfindung wird im einzelnen an Hand der Figuren beschrieben, die
ein Ausführungsbeispiel einer Anlage und Vorrichtung zur Gewinnung von Zink aus
Bleihochofenschlacke gemäß der Erfindung zeigen.
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Fig. i ist eine schematische Darstellung einer Anlage gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines elektrischen Ofens gemäß
der Erfindung; Fig. 3 ist eine Ansicht des Absuchendes des elektrischen Ofens gemäß
Fig. 2;
Fig. 4 ist ein Querschnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 2; Fig. 5 ist
eine Ansicht des Beschickungsendes des elektrischen Ofens gemäß Fig. 2; Fig.6 ist
ein teilweiser Aufrißschnitt des Abstichendes nach der Linie 6-6 in Fig. 3; Fig.
7 ist eine vergrößerte Teilansicht, teilweise im Schnitt, einer Elektrode des Ofens
mit den zugehörigen Dichtungs- und Kühlvorrichtungen.
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In der in Fig. i schematisch dargestellten Anlage ist A ein elektrischer
Ofen mit sechs Elektroden, die aus dem Transformator B mit Dreiphasenstrom gespeist
werden; C :ist ein Schlackenkarren, der durch den Aufzug D gehoben wird, um sich
in die Beschickungsöffnung des Ofens zu entleeren; E ist eine Koksbeschickungsvorrichtung,
die aus dem Vorratsbehälter F über das Förderband G und. den Beschickungstrichter
H gespeist wird; 1 und J sind Abflußrinnen für Schlacken bzw. Steine; K sind Zinkkondensatoren
von der in der amerikanischen Patentschrift 2 070 101 beschriebenen Art;
L sind Gaswaschen von der in der amerikanischen Patentschrift 2 298 139 beschriebenen
Art; Al ist eine Gaspumpe, N ein Behälter zur Flüssigkeitsaufnahme,
O ein Absetzbehälter.
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Der in den Fig. 2 bis 6 im einzelnen dargestellte elektrische Ofen
hat einen horizontalen zylindrischen Mantel io mit einer feuerfesten Ausmauerung
aus Schamottesteinen und einem Ofenboden aus Kohleblöcken 12. Die Außenseite des
Ofens kann durch Besprengen mit Wasser oder durch einen Wassermantel gekühlt werden.
Eine solche Kühlung ist besonders in der Zone des Schlackenspiegels und kurz oberhalb
oder unterhalb dieses Spiegels vorteilhaft. Die Schlacke wird durch die Öffnung
13, die über dem höchsten Schlackenstand liegt, am einen Ende des Ofens eingebracht,
und die verbrauchte Schlacke wird durch einen wassergekühlten Zapfblock 14° am entgegengesetzten
Ende des Ofens abgezogen. Der Zapfblock i4° hat vorteilhaft eine Anzahl Zapflöcher
i46 in verschiedenen Höhen, um den Schlackenspiegel in dem Maße absenken zu können,
wie der Ofenboden sich durch Erosion und Oxydation während des Betriebes absenkt.
Ein Zapfblock 14c mit Zapflöchern 14d ermöglicht das Ablassen von schweren Steinen
und Eisen bei verschiedenen Höhen des Ofenbodens. Der Koks wird vorteilhaft am gleichen
Ende, an dem auch die Schlacke eingebracht wird, durch eine Kokseinfüllöffnung 15
mittels einer durch einen Motor angetriebenen Schleudervorrichtung 16 eingebracht
und möglichst gleichmäßig über die Oberfläche des Schlackenbades verteilt.
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Festes zinkhaltiges Material kann in ähnlicher Weise in den Ofen eingebracht
werden, jedoch soll die Verteilung dieses Materials auf die Umgebung des Schlackenbeschickungsendes
des Ofens beschränkt sein.
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Der elektrische Dreiphasenstrom wird dem Ofen durch sechs Kohleelektroden
20 zugeführt; von denen eine im einzelnen in Fig. 7 dargestellt ist.
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Seitliche Dampfauslaßöffnungen führen zu Kondensatoren, wie schematisch
in Fig. i dargestellt. Die Elektroden 2o sind unabhängig voneinander in der Höhe
verstellbar mittels nicht dargestellter Halte- und Einstellvorrichtungen. Sie sind
am Anschluß an den Ofen gekühlt durch wassergefüllte, ringförmige Taschen 21. Die
Dichtung erfolgt mittels der zylindrischen Fassungen 22, deren obere Enden mittels
der Dichtungsringe 23 mit der Elektrode und deren untere Enden mittels der Dichtungsringe
24 mit der Innenseite der zylindrischen Hülse 25, die einen Wasserbehälter bildet,
dicht verbunden sind. Das Kühlwasser wird dem unteren Teil des Kühlmantels 21 durch
das Zuführungsrohr 26 zugeführt und fließt durch das Abflußrohr 27 wieder ab. In
dem Behälter 25 wird- durch das Zuflußrohr 28 und das Abflußrohr 29 eine konstante
Füllhöhe des Wassers aufrechterhalten. Einre Hilfskühlring 3o an der Stelle, an
der die Elektrode zum erstenmal dem Luftzutritt ausgesetzt ist, ist vorteilhaft,
um einer Einschnürung der Elektroden durch oberflächliche Oxydation vorzubeugen.
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Beim Betrieb des Ofens wird die Schlacke kontinuierlich oder halb
kontinuierlich in diesen eingebracht, wobei das Schlackenbad, das eine Tiefe von
vorzugsweise 25 bis 5o cm haben soll, durch Zuführung der erforderlichen Energie
im geschmolzenen Zustand erhalten wird; die verbrauchte Schlacke wird vorteilhaft
halb kontinuierlich abgezogen und das flüssige Zink periodisch aus dem Kondensator
abgezapft. Ausführungsbeispiel Die Schlacke, die sich auf einer Temperatur von i
ioo bis i i 5o°' C befindet, wird von dem Bleischachtofen in Behälterkarren herangebracht,
die in solche Höhen gehoben werden, daß die Schlacke durch den Trichter und die
Füllöffnung 13 in den Ofen gegossen werden kann. '
Eine im wesentlichen
konstante Beschickung mit körnigem Koks, vorteilhaft mit Korngrößen von 1 bis 2
cm, erfolgt durch Jen Koksbeschicker 16 in einer Menge, die mindestens dem Zinkgehalt
der Schlacke äquivalent ist, beispielsweise 7,5% des Gewichtes der eingebrachten
Schlacke bei einem Zinkgehalt der Schlacke von 14% beträgt.
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Die Energiezufuhr wird entsprechend dem Schlackenanfall geregelt,
etwa 6oo bis 65o kWh werden je Tonne Schlacke benötigt bei einem Zinkgehalt von
12% und etwas mehr bei reicheren Schlacken. Die einzelnen Elektroden werden so eingestellt,
daß wenigstens annähernd die Stromstärken und Spannungen bei allen sechs Elektroden
gleich groß sind.
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Das Vakuum im Kondensator wird so bemessen, daß der Ofen unter schwachem
Überdruck (etwa 25 mm Wassersäule) steht. Ein besonderes Merkmal der Kondensatoren
nach der amerikanischen Patentschrift 2 070 101 ist das Atmen, das durch die Hinundherhewegung
des geschmolzenen Metalls bewirkt wird. So werden, während der durchschnittliche
Druck im Ofen 25 bis 50 mm Wassersäule beträgt, Momentandrucke von plus oder
minus 125 mm Wassersäule häufig beobachtet.
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Sobald sich Zink kondensiert und im Kondensator angesammelt hat, wird
ein höheres Vakuum benötigt, um das Gas durch den Kondensator zu ziehen. Die Ablesung
des Vakuumkondensators gibt daher (hei einer bestimmten Gasdurchflußmenge) einen
Anhaltspunkt für das Ansteigen des Metalls im Kondensator und dient als Anzeiger
des Zeitpunktes für den Abstich des Kondensators. Der Kondensator wird im allgemeinen
abgestochen, wenn das Vakuum 35 bis 38 cm Hg erreicht, wobei 2,5 cm Zu- oder Abnahme
etwa 700 kg Metall entsprechen. Das aus dem Kondensator abgestochene Metall
wird in einen Warmhalteofen gebracht, wo sich das überschüssige Blei absetzt und
aus dem das Zink in Blöcke gegossen wird. Das Metall entspricht einem Original Hüttenrohzink
von guter Beschaffenheit und enthält etwa i % Blei.
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Werden Schachtofenschlacke oder andere Stoffe; die Blei enthalten,
verarbeitet; so wird der Bleigehalt vollständig zurückgewonnen. Der Anteil des zurückzugewinnenden
Bleies, der den Kondensator in Form von Bleidampf passiert, wird zusammen mit dem
Zink direkt zu metallischem Blei kondensiert. Nahezu 5o0/, des zu gewinnenden Bleies
werden dabei direkt als metallisches Blei erhalten. Dieses Blei kann leicht von
dem Zink in der anschließenden Verfahrensstufe des Absetzens und Trennens im Absetzofen
getrennt werden. Nach einer einfachen Reinigung von den Zinkresten wird ein in hohem
Grade reines, handelsübliches Weichblei erhalten.
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Ein anderer Teil des Bleigehaltes entweicht aus dem Ofen in Form von
Bleisulfiddampf und durchströmt den Kondensator mit den nicht kondensierbaren Gasen.
Das Bleisulfid wird aus dem Gasstrom in einem Wascher und Gasreinigungsapparat ausgewaschen
und gelangt in den Absetztank O in Fig. i. Die festen Stoffe können im Hochofen
erneut behandelt werden, oder es wird auf andere Weise der restliche Gehalt gewonnen.
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Das Abstechen der Schlacke hält Schritt mit der Beschickung. Die Tiefe
der Schlacke wird mit einer Stange gemessen, die durch eine Öffnung in der Ofendecke
herabgelassen wird. Der Schlackenanfall beträgt etwa 8o% des Gewichtes der eingebrachten
Schlacke, wenn letztere etwa 12 bis 13% Zink enthält. Die abfließende Schlacke hat
nach Messungen mit dem optischen Pyrometer eine Temperatur von etwa 135o bis 14pti°j
C.
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Steine und Eisen, die sich auf dem Boden des Ofens absetzen, können
periodisch durch ein Zapfloch in entsprechender Höhe abgezogen werden.
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Die folgende Tabelle gibt typische Werte der Analyse der Schachtofenschlacke
und der abgezogenen Schlacke: Un-Pb Cii löslich si 02 Fe o Ca O Mg0 S Zn A120$ Ag
Si OZ 0% 010 0/0 0/0 070 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 Schachtofenschlacke 2,65 o,56 - 26,o
35,4 8,1 4,1 2,6 12,9 3,8 Spuren Abgezogene Schlacke o,io 0,11 32,3 - 35,3
10,8 6,5 1,5 2,8 9,0 -Die abgezogene Schlacke und die Steine wechseln in weiten
Grenzen in der Zusammensetzung je nach den Werten des Beschickungsmaterials. Eine
typische Analyse der Steine ist folgende: Pb Cu Unlöslich Fe S Zn Ni-Co 0/0 0/0
0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 Stein-Eisen-Gemenge . .I 1,6 I 7,8 I 0,2 I 58,1 I 27,4 ` Spuren
1,9 Ganz allgemein ist es durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung
möglich, mindestens 75% des in der in den Ofen eingebrachten Schlacke enthaltenen
Zinks in Form von Zinkbarren
und goo/o des Bleies wiederzugewinnen,
zusammen mit dem Gehalt an anderen wertvollen Metallen, die in den Steinen enthalten
sind, je nach dem Gehalt der in den Ofen eingebrachten Stoffe an diesen Metallen;
insbesondere kann aus den kupferhaltigen Steinen Kupfer gewonnen werden. Dabei ist
ein Energieaufwand von etwa 80o kWh pro Tonne Schlacke von 14% Zinkgehalt und ein
Koksverbrauch von nicht mehr als 7,5% des Schlackengewichtes erforderlich. Wenn
zu dem Schlackenbad zinkhaltiges Material in fester Form zugegeben wird, so ist
ein etwas höherer Energieaufwand zu erwarten.
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Der Ausdruck Schlacke in der vorliegenden Beschreibung soll nicht
bedeuten, daß nur Abfall oder Restprodukte metallurgischer Prozesse verwendbar sind,
sondern umfaßt auch feuerbeständige Minerale, die bei der Behandlungstemperatur
flüssig sind, ohne Rücksicht auf ihre Herkunft. Beispielsweise kann das Schlackenbad
erhalten werden durch Schmelzen eines Zinksilicaterzes mit niedrigem Gehalt in einem
Kupolofen und Einbringen dieser geschmolzenen Masse in den Behandlungsofen.
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Es ist wünschenswert, daß der Koks einheitliche Korngröße besitzt,
um die gleichmäßige Verteilung über die Oberfläche des Schlackenbades im Ofen zu
gewährleisten und mechanische Schwierigkeiten am Koksverteiler zu vermeiden.
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Das Verfahren und die Anordnung gemäß der Erfindung sind in hohem
Maße anpassungsfähig und können leicht allen Veränderungen in der Art und Zusammensetzung
des zinkhaltigen Materials angepaßt werden.