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Verfahren zur Herstellung von Zink Die Erfindung bezieht sich auf
die Herstellung von metallischem Zink aus gerösteten- Erzen, Schlacken, und/oder
anderen zinkhaltigen Stoffen.
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Bei einem bereits, erfolgreich in Anwendung stehenden Verfahren zur
Gewinnung von Zink aus Schlacken, die Zinkoxyd enthalten, wird pulverisierte Kohle
mittels Luft in ein Bad geschmolzener Schlacke geblasen, primär wird Kohlenmonoxyd
(C 0) und nur wenig Kohlendioxyd (C 02) gehilde das Kohlenmonoxyd
reagiert mit dein Zinkoxyd (ZnO), setzt Zink in Freiheit und wird dabei, zu Kohlendioxyd
aufoxydiert. Das verbleibende Kohlenoxyd und das gebildete Zink ergeben nach Verbrennung
mit überschüssiger Luft Kohlendioxyd und Zinkoxyd. Das auf diese Weise erzeugte
Zinkoxyd und die Gase werden beim Durchleiten durch einen Dampferzeuger gekühlt
und das Zinkoxyd aufgefangen. - Der Prozeß, wird im wesentlichen satzweise
und nicht, kontinuierlich durchgeführt. Geschmolzene Schlacke wird hi den, Ofen.
eingesetzt und nach der benötigten Reduktionszek verbleibende Schlacke wieder abgezogen.
Bereits, bestehende Anlagen, die diesen Prozeß durchführen, verarbeiten Schlacken,
vom Bleischachtofen, die --ungefähr 161/9 Zink und 20/0 Blei enthalten. Das Zinkausbringen-
liegt bei. 95 O/G. Der Einsatz besiteht hauptsächlich aus geschmolzener Schlacke;
diese kann, falls erforderlich, teilweise durch grannlierte Schlacke ersetzt werden,
jedoch nur auf Kosten &nes höheren Brennstoffverbrauches, Dieser Prozeß führt
zur Abtrennu-ng.dejsj Zinks in Form von Zinkoxyd. Gegenstand- der Erfindung
Ist
die Gewinnung von metallischem Zihk statt Zinkoxyd. Die Mögliehkeit der Anwendung
dieses Schlackenverfahrens ist sorgfältig untersucht worden.
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Es wurde gefunden, daß bei dem bereits bekannten Verfahren, bei diem
ein Luftstrom zum Einblasen verwendet wird, ketin befriedigendes Ausbringen an metallischem
Zink erreicht werden. kann, weil zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Schlackenbades
ein Luftäberschuß angewendet werden muß, der bei weitem den erforderlichen Luftbedarf,
um den Kohlenstoff zu Kohlendioxyd zu verbrennen, überschreitet. Viel Kohlendioxyd
wird daher gebildet, das bei Abkühlung der Gase, besonders beim Kondensationsprozeß,
die Hauptmenge des in Freiheit geisetzten Zinkdampfes- in Zinkoxyd zurückoxydiert
und den Reduktionsvorgang ZnO + CO -> Zn + CO2 (i) wieder rückläufig
werden läßt.
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Der große Bedarf an überschüssiger Luft zur Aufretliterhalt-ung der
Badtemperetur ist bedingt durch die Verdünnung ödes Luftsauerstoffes durch den Stickstoffgehalt
der, Luft selbst, der einen großen Teil der zugeführten, Wärme, absorbiert.
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Es wurde gefunden, daß durch Denutzung von Sauerstoff oder eines satierstoffreichenGasgemisches
an, Stelle von Luft der gesamte Sauerstoffgehalt des Windes im Verhältnis zum Kohlenstoffgehalt
des zugesetzten Brennstoffes so weit herabgesetzt werden- kann, daß praktisch kein
Kohlendioxyd gebildet wird, ohne dadurch die Wärtnebilanz derart zu stören, daß
die Wärmeverluste nicht mehr ausgeglichen werden und die Schlacke fest wird; ferner
wurde gefunden, daß mit fortschreitender Anreicherung der Einblasluft en, Sauerstoff
der gesamte Sauerstoffauf-wand unter die zur vollständigen Verbrennungdes gesamten
Kohlenstoffes zu Kohlenmonoxyd benötigte Menge vermindert werden kann. Das Zinkoxyd
in der Schlacke wird dann entweider direkt durch den Kohlenstoffüberschuß reduziert
gemäß der Formel Zn0 + C --> Zn, + C 0
oder teilweise durch diese Reaktion
(:2) und teilweisedurch Kohlenmonoxyd gemäß der Formel (i). Das dabei entstehende
Kohlendioxyd wird durch den überschüssigen Kohlenstoff reduziert: C02+C->:2C0 #
(3)
Die Verwendung überschüssigen Kohlenstöffes über, die Menge hin-aus, diedurch
den Sauerstoffgehalt der Blasluft zu Kohlenmonoxyd verbrannt werden, kann, hat zur
Folge, daß kein Kohlendioxyd entsteht und je größer,derKohlenstoffüberschuß
ist, um soi sicherer wird dieses Ziel eirreicht. je, geringer ,die Möglichkeit der
Bildung von Kohlendioxyd, ist, um soi sicherer wird die Umkeihrung der Re#-aktion
(i) während der Abkühlung verhindert. Es wird auf diese Weise möglich, ein gutes
Ausbringen an metallischem Zink bei der Kondensation zu ,erhalten. Sauerstoffanreicherung
der Luft ohne Zugabe feinverteilter Kohle im Kupolofen ist bereits vorgeschlagen
worden. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird Blasluft, die nicht weniger
-als 40 Volumprozent Sauerstoff enthält (Rest im wesentlichen frei von Kohlendioxyd
und vorwiegend aus inertem Gas wie Stickstoff bestehend), zusammen mit dem kohlenstoffhaltigen
Brennstoff (in feinverteilter Form in Blasluft verteilt) in das, Bad der
geschmolzenen zinkhaltigien Stoffe eingeb#la#s-en, die auch gegebenenfalls eirforderlichei
Flußmittel und/oder zusätzlichen- Kohlenstoff enthalten können; dabei ist dais #molekula;re
Verhältnis von Kohlenstoff in der Blasluft: zum Saitierstoff größer als 2, so daß
Kohlenstoff immer in genügendem Überschuß im VerhäUnis zumSauerstoff' vorhanden
ist, um die Bildung größerer Mengen von Kohlendioxyd zu verhindern.
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Bei diesem Prozeß entsteht Zin-k-dampf, gemischt mit deinem Gas aus
viel Kohlenoxyd und wenig Kohlendioxyd bestehend-. Dieses Gasgernisch kann ohne
Luftzufritt abgezogen werden und daraus das Zink als geschmolzenes Matail#l in einem
Kondensator gewonnen werden.
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Die Leistung sowohl der Zinkreduktion wie auch .der Abscheidung im
Kondensator fällt stark mit steigender Verdünnung des Sauerstoffgeha.Ites. Der geringste
Sauerstoffgehalt in der Blasluft, bei dem der Prozeß arbeiten kann, beträgt 40'/0,
wie bereits ausgeführt. Die Blasluft sol#l keinen großen WasserdampfgehaIt haben.
Erfindungsgeimäß wird vorzugsweise init einer Blasluft gearbeitet, die aus 981/o
reinem Sauerstoff besteht, aber wenn ein geringerer Sauerstoffgehalt der Blasluft
verwendet werden soll, kann auch mit trockener sauersteffangereicherter Luft gearbeitet
werden.
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Die Leistungsfähigkeit des- Prozesses hängt ab von .der Vermeidung
unnötiger Verdünnung, nicht nur des Sanerstoffes in -der Blasluft, sondern auch
des Zinkdamp#fes in den abgesaugten Gasen durch inerte wärmeabsorbierendei Gase.
Daher ist es wünschenswert, daß diej Sauerstoffkonzentration der Blasluft hoch ist
und eingeblaseneir kohlenstoffhaltiger Brennstoff trocken ist und einen möglichst
kleinen Wasserstoffgehalt hat. Sowohl Wasserstoff wie Wasserdampf stellen eine unnötige
Volldünnung dar und verbrauchen Wärme wegen ihrer großen spe#zifischen Wärme. Im
Fall des Wasserdampfes wird außerdem Wärme bei dessen endothermeir Reaktion mit
dem Kohlenstoff verbraucht.
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Aus diesem Grundei werden für das gemäß der Erfindung durchgeführte
Verfahren zweckmäßig Anthrazit oder verkokte 3rennstoffe verwendet.
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Für den Fall, daß mit einer Blasluft aus- vorwiegend reinem Sauerstoff
(981/o 02 oder mehr) gearbeitet wird, kann eine gewisse Verdünnung der Reaktionsprodukte
toleriert werden. Es ist daher möglich, wenn mit fast reinem Sa;uerstoff als Blasluft
gearbeitet wird, schwere Kohlenwasserstoffei, bei denen. dias Verhältnis von Kohlenstoff
zu Wasserstoff hoch ist, als Brennstoff zu verwenden. Solche flüssigen Brennstoffe
sind besonders gut zu verwenden, weil sie leicht zerstäubt werden können.
Ein
Beispiel der Anwendung der Erfindung, ist die Erzeugung von metallischem Zink aus
gerösteter Zinkblende. Der Ofen besteht im wesentlichen aus einem Behälter, der
unterhalb der Schlackeneinführung möglichst nahe dem BGden mit Düsen versehen ist.
Ein Schlackenabstich oder etwas ähnlich-es und eine Beischickungsvorrichtung, durch
welche der, feste Einsatz eingebracht werden kann, ohne daß -rößere Luftmengen eintreten
können,. l# sind ebenfalls vorgesehen. Für den Austritt des Zinkdampfes und der
Gase, ist eine Austrittsöffnung im oberen Teil des Behälters vorgeisehen.
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Zu Beginn des Prozesses wird der Behälter teilweise mit einer Charge
granulierten ,Materials ge,-füllt, die ähnlich zusammengesetzt ist wie die flüssige
Schlacke während des laufenden Prozesses. Feinverteilter Brennstoff wird mittels
sauerstoffangereicherter Luft durch die Düsen gehlasen. Wenn ein Sumpf geschmoIzener
Schlacke gebildet worden ist, beginnt der laufende Prozeß.
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Die Be#schickung kann bestehen aus geröstetem Erz, möglichst frei
von Staub, oder aus zinkhaltiger Schlacke (et-#v2. vom Bleischachtofen) oder aus
einem Gemisch von Erz und Schlacke. Es kann auch ein geröstetes und brikettiertes
Erz verwendet werden. Die Charge kann auch aus einem Gemisch von oxydischem Erz
oder/und Schlacke und feinverteiltem kohlensto-ffhaltigem Brennstaff in brikettierter
Form bestehen,.
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Frisches Ailfgabegut, das kalt oder warm sein kann, vorzugsweise auf
Soo' C oder mehr vorgewärmt, wird kontinuierlich oder satzweise aufgegeben.
Schlackenbildner, wie SiO., oder/und Kalk, die im Erz und Brennstoff ol#nehin vorhanden,
sind, können zugesetzt werden. Der Ofen wird mit einer Schlacke mit einem solchen
Zinkgehalt gefüllt, daß ein befriedigend guter Durchsatz und ein hohes Zinkausbringen
gewährleistet ist. Der entstehende Zinkdampf wird zum Kondensator g-eleitet. Der
Prozeß arbeitet kontinuierlich.
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Im Fall der Brikettierung der Rösterze mit kohlenstoffhaltigem Material
dient die! Reaktion zwischen Sauerstoff und Kohlenstoff in der Blasluft nur zur
Wärmeerzeugung zur Auslösung der Reaktion zwischen Zinkoxyd und Kohlenstoff in den
Briketts gemäß Formel (2). Die Briketts sollen so geformt sein, daß sie verschlacken
und zerfallen, wenn das Zink in Freiheit gesetzt wird.
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Beim Prozeß der Gewinnung von Zink als Metall wird die Zusammensetzung
des Schlackenbades ste-ts konstant gehalten, wie bereits ausgeführt. Der Zinkgehalt
muß hoch genug sein, um ein schnelles Verdampfen des Zinks zu gewährleisten, aber
niedrig genug sein, um Verluste durch den Übergang von Zinkoxyd in die Austragsschlacke
zu vermeiden.
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Anstatt die gesamte Schlacke in eine Kammer einzuführen, in der sie
sich sorgfältig durchmischen kann, kann der Ofen so gebaut werden, daß die Schlacke
entweder durch eine Rinne oder durch eine Anzahl von Kammen3 fließt, die so, angeordnet
sind, daß der Zinkinhalt im Sinn der Schlackenflußrichtung vom Eintrags- zum Austragsende
absinkt. Dadurch wird das Zinkausbringen höher,-während der Zinkoxydgehalt der -,#xustragsschlacl-.e
kleiner wird.
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Unter gewissen Umständen, kann es wirtschaftlicher sein, eine etwas
größere Zinkmenge in der Absatzschlacke zu belassen und -das Ausbringen an metallischem
Zink zu begrenzen. Der Zinkinhalt der Schlacke kann dann nach einem der
be-
kannten Verfahren als Zinkoxyd gewonnen werden.
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Falls die Charge nennenswerten Gehalt an Kupfer, Silber oder anderen
Nebenmetallen enthält, ist es ratsam, einen Schwefeilträger, wie beispielsweise
Eisensulfid (Pyrit), zuzusetzen, um diese Metalle in einem Stein anzusammeln. Dieser
Stein sinkt auf den Boden, des Bades und kann durch einen zweiten Abstich, der für
Reinigungszwecke ohnehin vorgesehen sein, muß, abgezogen werden. Aus dem gleichen
Stichloch kann auch etwa gebildetes geschmolzenes Eisen abgezogen werden.
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Es wurde gefunden, daß die Gase beim Verlassen des Schlackenbades
eine relativ hohe Temperatur habenund daß ihre. fühlbare Wärrne zur Reduktion von
unverschlacktem Material ausgenutzt werden kann. Deshalb, ist es angebracht, die
zinkenthaltenden Gase, ehe sie in den Kondensator geleitet werd .den, durch noch
unhearbeitete Erz-Kohle-Briketts zu führen, wobei gemäß Reaktion (2) etwas Zink
in Fre-iheit gesetzt wird und die! Gase sich abkühlen. Die Briketts wirken gleichzeitig
als, Filter, in dem vom Gasstrom etwa, mitgerissene Schlackenteilchen aufgefangen
werden.
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In entsprechender Weise können die Gase vor der Kondensation auch
durch eine Kok:sschicht geileitet werden. Hierdurch -werden ebenfalls mitgerissene
Schlackenteilchen abgefangen und trotz des Kohlenstoffüberschusses in der Blasluft:
etwa. gebildetes Kohlendioxyd [Reaktion (i)] reduziert [Reaktion (3)1. Um. die Zerlegung
von Kohlendioxyd zu erwirken, wird es gewöhnlich notwendig sein, den Koks auf andere
Weise als durch die Gase, zu erhitzen. Man verwendet beispielsweise elektrische,
Beheizung, vivbei der Koks als Widerstand dient.
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Die Zeichnung zeigt das typische Beispiel eines Ofens, der zur Durchführung
der Arbeitsweise gemäß der Erfindung geeignet ist. In dieser Zeichnung ist Fig.
i ein Längsschnitt durch die Mittelachse des Ofens, Fig. :2 ein Schnitt durch die
Achse 2-:2 der Fig. i, Fig. 3 ein Schnitt längs den Linien 3-3 der
Fig. i und 2.
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Bei dem abgebildeten Ofen hat der Behälter 2 zur Aufnahme der geschmolzenen
Schlacke einen festen, feuerfesten, schlackenbeständigen Boden4, beispielsweise
aus keramischem oder kohlenstoffhaltigem Material bestehend, wie gesinterter Tonerde,
Graphit oder Siliciumca;rb-id, und hohle, wassergefüllte Wände. 5, in deren
Unterteil die Düsen 3 eingelassen sind. Der Behälter besitzt eine Beschickungsöffnung
i, und der Raum 8 innerhalb des Ofens über dem Schlackenbad 2, in dem sich
die Gase an ammeln, ist von der Beschickungsöffnung
durch
eine Mauer 5, die bis, unter die OberflIche des. Schlackenhajdes. reicht,
abgetrennt. Die Wände, des Gassammelraumes 8 bestehen ebenfalls aus festem,
feuerfestem Material und enden oben in einer Kuppel io. Eine Verlängerung dieses
Raumes bildet einen Abzugskanal 9, dessen Boden in der Woise geneigt angeordnet
ist, daß vom Gasstrom mitgerissene Schlackenteile, die sich im Kanal absetzen, wieder
in den Ofen zurückfließen. Dieser Kanal führt zum Kondensator, der in, der Zeichnung
nicht dargestdlt ist. Der Stand des Schlackenbades# im, Ofen wird Jurch eine mit
einer Tülle 7 versehene Ablaufrinne konstant gehalten. Ein verschlossenes.
Stichloch am Boden des Behälters ermöglicht, gebildetes geschmolzenes Eis-en oder
Stein jederzeit, falls erforderlich, abzuziehen und erlaubt eine vollständige Entleerungdes
Ofens, falls dies notwendig wird.