DE841644C - Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigem Material - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigem Material

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DE841644C
DE841644C DEL3410A DEL0003410A DE841644C DE 841644 C DE841644 C DE 841644C DE L3410 A DEL3410 A DE L3410A DE L0003410 A DEL0003410 A DE L0003410A DE 841644 C DE841644 C DE 841644C
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DEL3410A
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William T Isbell
George F Weaton
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St Joseph Lead Co
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St Joseph Lead Co
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B19/00Obtaining zinc or zinc oxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B19/00Obtaining zinc or zinc oxide
    • C22B19/28Obtaining zinc or zinc oxide from muffle furnace residues
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B4/00Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
    • C22B4/04Heavy metals

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der elektrische Dreiphasenstrom wird dem Ofen durch sechs Kohleelektroden 20 zugeführt; von denen eine im einzelnen in Fig. 7 dargestellt ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Steine und Eisen, die sich auf dem Boden des Ofens absetzen, können periodisch durch ein Zapfloch in entsprechender Höhe abgezogen werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch das zinkhaltige Material erhaltenen Schmelze, über deren Oberfläche laufend körnige Kohle als Reduktionsmittel verteilt wird, entweichenden zinkhaltigen Dämpfe abgesaugt und anschließend zu metallischem Zink kondensiert werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrauchte Schmelze an einer Stelle abgezogen wird, die von der Stelle, an der das zinkhaltige Material eingebracht wird, möglichst entfernt liegt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zinkhaltiges Material zinkhaltige Schlacke, insbesondere Bleischachtofenschlacke, verwandt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Koks, vorteilhaft von der Korngröße i bis 2 cm, verwandt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebrachte Kohle- bzw. Koksmenge dem Zinkgehalt des zinkhaltigen Materials mindestens äquivalent ist.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zink- und bleihaltiges Ausgangsmaterial verwandt wird und gleichzeitig mit den Zinkdämpfen auch die Bleidämpfe abgesaugt werden. .
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zinkhaltige Material auch Kupfer enthält, das aus der Schlacke als Kupfersteine abgezogen wird. B. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zink aus den abgesaugten Dämpfen dadurch kondensiert wird., daß das Dampfgemisch mit flüssigem Zink in innigen Kontakt gebracht wird.
DEL3410A 1945-01-15 1950-08-23 Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigem Material Expired DE841644C (de)

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