DE877956C

DE877956C - Verfahren zur Gewinnung von Zink

Info

Publication number: DE877956C
Application number: DENDAT877956D
Authority: DE
Inventors: Paul Louis Adrien Belon; Hirsch Loevenstein
Original assignee: Pechiney SA
Current assignee: Pechiney SA
Publication date: 1953-04-16

Description

Die thermische Gewinnung von Zink erfolgt gewöhnlich durch Reduktion seines Oxydes mit Kohle bei einer Temperatur von iioo bis i2oo° auf Grund der Reaktion Zn O + C ^ Zn + CO — 57,ooo cal. Da diese Reaktion stark endotherm ist, muß die Beimischung des mineralischen Reduktionsmittels mit der Zuführung einer beträchtlichen Menge thermischer Energie verbunden sein, und da die Reaktion normalerweise in Retorten aus feuerfestem Material

ίο ausgeführt wird, die schlechte Wärmeleiter sind, ist die Wärmeausbeute aus der zur Aufheizung dieser Retorten verwendeten Kohle sehr schlecht. Die Brennstoffkosten stellen daher bei diesem Verfahren einen hohen Anteil der Gesamtkosten dar.

Bei der Reaktionstemperatur befindet sich das Zink noch im Dampfzustand und die die Reaktionszone verlassenden Dämpfe sind mit Kohlenmonooxyd gemischt. Um ihre Reoxydierung zu vermeiden, werden die Zinkdämpfe heruntergekühlt, wodurch es notwendig wird, in der unmittelbaren Nachbarschaft der Reaktionszone Kondensatoren vorzusehen. Trotz dieser Vorsichtsmaßnahme wird ein Teile des Zinks reoxydiert, und auf den Metallteilchen bildet sich ein Oxydfilm, der zur Bildung von schwer zurückgewinnbarem Zinkstaub im Kondensator Anlaß gibt. Mit Hilfe von verschiedenen Vorrichtungen am Kondensator ist versucht worden, die Bildung von Zinkstaub zu verhindern, dessen prozentualer Anteil jedoch immer noch recht hoch bleibt.

Da die Reaktion endotherm ist, läßt sie sich nur schwer restlos durchführen, und ein nicht zu vernachlässigender Anteil bleibt in der Schlacke. Die Ausbeute nach diesem Verfahren wird weiterhin dadurch vermindert, daß ein Teil der Zinkdämpfe von den

Wänden der Retorten absorbiert wird, was dazu führt, daß* diese beinahe jeden Monat ausgewechselt werden müssen, Alle diese Verluste summieren sich zu einem recht hohen Prozentsatz-des in dem Erz enthaltenen Zinks. :

Endlich führt die plötzliche Abkühlung der Zinkdämpfe, die die Bildung von Zinkstaub herabsetzen soll, dazu, daß das so erhaltene Zink beinahe die gesamte Menge des Bleis und Cadmiums^aus dem Erz

ίο enthält, was eine weitere Destillation des Zinks notwendig macht.

Es wurde gefunden, daß die Ausbeute des Prozesses sehr beträchtlich erhöht wird, wenn die Kohle durch ein [Metall wie Silicium (Zn O + ¹J₂ Si ->-

+ 18 700 cal) oder Aluminium (Zn O + ^a/s Al ->■ + 46 700 cal) ersetzt wird, wodurch die Reduktion des Zinkoxyds stark exotherm verläuft und ein fester oder flüssiger Oxydrückstand verbleibt. Es ergaben sich folgende Tatsachen:

i. Die Bildung von Zinkstaub wird vermieden.

2. Da die Reaktion exotherm ist, verläuft sie vollständig, und es verbleibt so gut wie .kein Zink in der Schlacke.

3. Die Dimensionen der Öfen, in denen das Reaktionsgut direkt erhitzt wird, können groß gewählt werden; dadurch wird der Zinkverlust in der feuerfesten Auskleidung vermieden und deren Lebensdauer beträchtlich vermehrt.
Ein anderer Vorteil dieser metallischen Reduktionsmittel ist der, daß es, da die Reaktion exotherm verläuft, nur nötig ist, das Gemisch auf Reaktionstemperatur zu bringen, worauf die bei der Reaktion selbst abgegebene Wärme genügt, um das aus dem Erz reduzierte Zink in Dampf zu verwandeln.

Endlich macht es die Anwendung eines metallischen Reduktionsmittels möglich, den Zinkdampf durch die Verlängerung seines Weges zwischen der Reaktionszone und den Kondensatoren-und durch Anbringung von Prallplatten oder Rektifiziervorrichtungen längs dieses Weges zu raffinieren. Damit wird eine neuerliche Destillation des Zinks unnötig.

Metalle, die eine. hohe Oxydationswärme haben, wie beispielsweise Aluminium, geben jedoch gewöhnlich eine heftige oder sogar explosive Reaktion; im Gegensatz dazu können solche, deren Oxydation unter geringerer Wärmeentwicklung, beispielsweise von der Größenordnung der bei Silicium auftretenden verläuft, zu langsam reagieren. Hierdurch wird die Durchführung technischer Maßnahmen gewöhnlich erschwert.

Andererseits sind die angeführten Metalle verhältnismäßig teuer. Es wurde festgestellt, daß diese Nachteile vermieden und die Ausbeute des Verfahrens verbessert werden können, wenn anstatt einfacher Metalle Legierungen verwendet werden, bei deren Reaktion mit Zinkoxyd eine zwischen 18 000 und 48 000 cal/g Mol Zinkoxyd liegende Wärmemenge frei wird.

Legierungen von Aluminium und Silicium allein

^e° oder mit einem Gehalt an anderen Metallen, wie Mangan, Eisen, Kupfer, Magnesium, Titan usw., können mit Vorteil verwendet werden; gute Resultate werden beispielsweise erhalten mit durch Wärmeeinwirkung direkt aus dem Erz gewonnenem Silico-Aluminium.

Insbesondere können nach einer der Ausführungsformen der Erfindung als Reduktionsmittel die Rückstände benutzt werden, die bei dem bekannten Extraktionsprozeß von Aluminium aus Silico-Aluminium durch selektive Lösung in geschmolzenem Zink anfallen. Solche Rückstände enthalten im allgemeinen 55 bis 80 % Si, 8 bis 25 % Al, 5 bis 15 % Fe, 0,5 bis 6% Ti.

Diese Rückstände enthalten im allgemeinen Zink; falls man sie zur Reduktion eines Minerals benutzt, destilliert das in ihnen enthaltene Zink mit dem durch die Reduktion gebildeten zusammen über. Es kann jedoch aus den genannten Rückständen vorher durch einen getrennten Arbeitsgang entfernt werden.

Das Verfahren wird noch vorteilhafter, wenn die Reduktion des Zinkerzes in einem abgedichteten Ofen im Vakuum vorgenommen wird. In diesem Fall kann die Reaktionstemperatur sehr stark gesenkt und der Weg von der Reaktionszone zum Kondensator noch mehr verlängert, d, h. die so gebildeten Zinkdämpfe können noch besser raffiniert werden.

Versuche in einem Ofen unter Vakuum zeigten die folgenden Ergebnisse:

Ausgangsmineralien: Zn 58,96 ⁰J₀, CaO 0,4 %, Pb 0,5 %_f Fe 11,3%, S 1,86 °/₀, Rest hauptsächlich Sauerstoff.

Reduktionsmittel: Rückstand aus der AluminiumgewinnungdurchBehandlungvonSilico-Aluminiummit geschmolzenem Zink von folgender Zusammensetzung:

Die nach der Verflüchtigung des Zinks zurückbleibende Schlacke enthält aus dem Reduktionsmittel und dem Erz stammendes metallisches Eisen und Silicium und Aluminium als Oxyde.

Nach einer der Ausführungsformen der Erfindung ist die Schlacke,- selbst wenn die Reaktion bei 900° durchgeführt worden ist, gesintert und kann als Schlackensteine weiterverwandt werden, falls die Rohmaterialien zu der gewünschten Form vorgeformt waren.

Andererseits ist es möglich, die Zusammensetzung der Schlacke annähernd gleich der eines Zements zu machen, indem man dem Gemisch entweder vor oder nach der Reaktion geeignete Mengen von Kalksilicaten oder Tonerde zufügt. Durch Mahlen und vorheriges Entfernen des Eisens kann das letztere aus dem Reduktionsmittel und' dem Erz wiedergewonnen werden, während die Schlacke als Zement Verwendung findet.

Si 56,67%, Al	Tempe- ratur-	26,25	0/ Tr₀ ro τ 0/	% Zink im Reaktions rückstand	Ausbeute der Reduktion
Ver such	900°	Zeit (Stun den)	Vakuum (mm Hg)	i,39	98 %
: I	900⁰	I	0,3	0,15	99,79 %
2	1000°	2	0,3	1,0	98,6 %
' 3	1000°	I	o,3	1,9	97,42 %
4	1100°	2	5	0,1	99,88%
5	1100°	I	0,3	Q.I	99,88%
' 6	1200°	2	0,3	o,i3	99,85%
7	1200°	I	o,3	0,05	99,94 7o
8	2	0,3

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die allgemeinen Nachteile des Arbeitens mit Material in Brikettform vermieden und die Wärmeausbeute der Anlage verbessert werden, wenn man die Reduktion der Zinkerze in einem flüssigen Bad durchführt, das den elektrischen Strom leitet, jedoch einen ziemlich beträchtlichen elektrischen Widerstand aufweist.
In diesem Fall wird das Reaktionsbad aus geschmolzenem Silicat oder einer Mischung geschmolzener Silicate mit ziemlich niedrigem Schmelzpunkt (beispielsweise einer Mischung von Calcium- und Aluminiumsilicat) gebildet, durch welche ein elektrischer Strom geleitet wird. Zu diesem Bad wird, kontinuierlich oder portionsweise die Mischung: Zinkerz + metallisches Reduktionsmittel zugefügt. Das reduzierte Zink wird verdampft und in einen Kondensator geleitet, während die verbleibenden Silicate von dem Bad aufgenommen werden. Von Zeit zu Zeit läßt man das Bad auf einen niedrigen Zinkgehalt abfallen, indem man das Zufügen des Gemisches Erz + Zink unterbricht, worauf der Überschuß an Badflüssigkeit abgelassen wird.

Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen hauptsächlich in besserer Stromausbeute und in einer Verkürzung der Reduktionszeit. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß das Brikettieren der Ausgangsmaterialien überflüssig wird, da das Reduktionsgemisch in pulverisierter oder gekörnter Form zugeführt werden kann. Ein hoher Prozentsatz der Arbeitslöhne wird damit erspart.

Die zinkfreie Badflüssigkeit wird, nachdem das metallische Eisen abgetrennt worden ist, als Zement oder als Rohmaterial für Zement benutzt.

Das Verfahren nach der Erfindung ist anwendbar für die Reduktion von Zinkoxyd beliebiger Herkunft. Es wurde mit beinahe restloser Ausbeute zur Rückgewinnung des Zinks aus teilweise oxydiertem Zinkstaub, der aus dem gewöhnlichen Fabrikationsprozeß stammte, benutzt.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Gewinnung von Zink, dadurch gekennzeichnet, daß Zinkerze mittels eines Metalls, dessen Reaktion mit Zinkoxyd mindestens eine Wärmemenge von 18000 cal. pro g Mol des Zink-

j^oxyds in Freiheit setzt, reduziert werden.
2. Verfahren zur Gewinnung von Zink, dadurch gekennzeichnet, daß Zinkerze mittels einer Legierung, deren Reaktion mit Zinkoxyd eine Wärmemenge von zwischen 18000 und 48000 etwa pro g Mol Zinkoxyd in Freiheit setzt, reduziert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung von Silicium mit Aluminium verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 55 bis 80 Gewichtsprozent Silicium, 8 bis 25 Gewichtsprozent Aluminium, 5 bis 15 Gewichtsprozent Eisen und 0,5 bis 6 Gewichtsprozent Titan oder andere Verunreinigungen enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinkerz mit dem reduzierenden Metall innig gemischt und die Mischung zu Briketts geformt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung von Zinkerzen und reduzierendem Metall Kalk, Silicate und Tonerde in so gewählten Verhältnissen zugefügt werden, daß die nach der Reduktion des Zinkerzes erhaltene Schlacke einen Zement bildet.
7. Verfahren nach x4nspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinkerz und das reduzierende Metall zu einer flüssigen Schlacke zugefügt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Schlacke ein Gemisch von Silicaten ist, durch welches elektrischer Strom hindurchgeleitet wird. -
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion unter vermindertem Druck durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion bei einer Temperatur von mindestens 90ο³ durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das gebildete metallische Zink gleichzeitig mit der Reduktion seines Erzes destilliert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das behandelte Erz unreines Zinkoxyd ist, und daß seine Reduktion zwischen 900 und 1200⁰ unter einem Druck von 0,3 bis 5 mm Quecksilber durchgeführt wird, wobei das Zink, sobald es sich bildet, abdestilliert wird.

© 5020 5.