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Verfahren zum Kondensieren von Zinkdämpfen Bei der Kondensation von
Zinkdämpfen ist es im allgemeinen sehr schwierig, das gesamte Zink metallisch zu
gewinnen und die Bildung von Zinkstaub zu vermeiden. Dies ist besonders dann der
Fall, wenn die Zinkkonzentration im Gas gering ist. Solche Gase erhält man z. B.
bei der Verarbeitung von gesintertem Erz im Schachtofen. Zahlreiche Versuche, um
Zink im Schachtofen zu gewinnen, sind aus diesem Grunde fehlgeschlagen. Ähnliche
Schwierigkeiten treten bei der Gewinnung von Zink im elektrischen Ofen auf.
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Die wesentliche Ursache liegt in der Oxydation des Zinkdampfes durch
Kohlendioxyd nach der Reaktion Zn +C02=Zn0+CO.
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Schon bei geringer Kohlendioxydkonzentration kann diese Reaktion oberhalb
des Taupunktes eintreten. Wenn auch nur ein Teil des Zinks in dieser Weise oxydiert
wird, ist es schwierig, das Restzink in metallischer Form zu gewinnen. Eine Erklärung
für diese Erscheinung liegt vielleicht darin, daB beim Erreichen des Taupunktes
des Zinkdampfes Partikeln von Zinkoxyd als Kerne für die Kondensierung von metallischem
Zink wirken. Diese Tropfen können sodann an ihrer Oberfläche weiter oxydiert werden.
Der Oxydfilm verhindert sodann wahrscheinlich die Vereinigung der Zinktropfen, und
zwar auch dann, wenn sie mit sch@nelzflüssigem Zink in Berührung gebracht werden.
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Nach der Erfindung wird Zinkdampf .aus einer gasförmigen Mischung
aus Zinkdampf und erheblichen Mengen von einem bei den Kondensationsbedingungen
mit Zink reagierenden Gas, vor allem
Kohlendioxyd, in der Weise
kondensiert, daß die Gase mit schmelzflüssigem Blei bei einer Tempeperatur von nicht
über 55o° C, vorzugsweise unter 5oo° C, und im allgemeinen beträchtlich darunter
in innige Berührung gebracht werden. Die Kondensationseinrichtung ist vorteilhaft
möglichst dicht am Auslaß ,angeordnet, durch den die Gase die Retorte oder den Ofen
verlassen, damit die mit Zink beadenen Gase so schnell wie möglich auf das schmelzflüssige
Blei treffen und auf diese Weise schnell abgekühlt werden, so daß eine nennenswerte
Oxydation des Zinks durch Kohlendioxyd oder andere Gase vermieden wird.
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An Stele von Blei kann man ,auch hochprozentige Bleilegierungen verwenden,
deren Legierungsbestandteile von Blei leichter als Zink gelöst werden, so daß diese
bei der Abkühlung nicht mit dem Zink ausgeschieden werden und dieses nicht verunreinigen
können.
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Das Blei muß .aus zwei Gründen eine verhältnismäßig geringe Temperatur
besitzen. Zunächst ist es notwendig, dem Zink einen Kältestoß zu versetzen, um die
Zeit, während welcher dampfförmiges Zink und Kohlendioxyd bei einer Temperatur unterhalb
etwa goo° C in Berührung stehen, möglichst abzukürzen. Die genannte Temperatur ste_lt
dabei die Grenze dar, unterhalb deren die Reaktion zwischen Zink und Kohlendioxyd
unter Bildung von Zinkoxyd beginnt. In dieser Beziehung unterscheidet sich das Verfahren
nach der Erfindung völlig von jedem Verfahren, bei dem mit einem verhältnismäßig
hohen erhitzten Kondensationsmedium gea 'beitet wird, mit dem Ergebnis, daß genügend
r c Zeit vorhanden ist, um das Zink mit einem wesentlichen Teil des in der Gasmischung
vorhandenen Kohlendioxyds in Reaktion zu bringen.
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Der zweite Grund für die Niedrighaltung der Temperatur für das schmelzflüssige
Aufnahmemetall besteht in folgendem: Die Gasmischung hält eine Zinkmenge zurück,
die dem Dampfdruck des Zinks über der durch die Kondensation gebildeten Lösung von
Zink im Blei proportional ist.
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Je niedriger die Temperatur gehalten wird, um so geringer ist dieser
zurückgehaltene Anteil. Wenn man mit Gasmischungen mit nur geringem Zinkdampf gehalten
arbeitet, so ist der nicht kondensierbare Anteil von Zinkdampf sehr hoch, wenn das
schmelzflüssige Blei nicht eine niedrige Temperatur besitzt.
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Wegen der starken Temperaturabhängigkeit des Lösungsvermögens des
geschmolzenen Bleis für Zink hat man den großen Vorteil, daß das im Blei gelöste
Zink durch bloßes Abkühlen wiedergewonnen werden kann. Das Zink wird hierbei entweder
flüssig oder fest an der Oberfläche des schmelzflüssigen Bleis abgeschieden. Nach
der Abtrennung des Zinks kann das Blei wieder zur Kondensation von weiteren Zinkdämpfen
herangezogen werden. Man kann also die Bleischmelze ständig in Umlauf halten, was
im Hinblick auf den geringen Schmelzpunkt des Beis technisch leicht durchzuführen
ist.
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Dadurch, daß das Blei nur geringe Mengen an Zink aufzunehmen vermag,
ist man gezwungen, große Bleimengen .anzuwenden, was aber den Vorteil hat, daß man
eine wirksame Kühlung der zinkdampfhaltigen Mischung erreicht.
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Für die Zinkaufnahme ist eine kräftige Durchwirbelung des Bleibades
günstig. Wahrscheinlich wird hierdurch die Bildung .eines zusammenhängenden Oxydfilms
vermieden.
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Einige Einrichtungen, rriit deren Hilfe das Verfahren nach der Erfindung
durchgeführt werden kann, sind schematisch in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine Einrichtung im Längsschnitt, Fig. 2 ein ,anderes Ausführungsbeispiel
im Längsschnitt und Fig. 3 und ¢ zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung.
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In der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung wird Zink ,aus Oxyden oder
Erzen durch Reduktion in einem Schachtofen gewonnen, der, aus einem Schacht r mit
Düsen 3 besteht. Am unteren Ende des Schachtes tritt eine Mischung aus Zinkdampf,
Stickstoff, Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd aus, die die erhitzte Kokssäule 1o durchstreicht,
in der ein Teil des Kohlendioxyds zu Kohlenmonoxyd reduziert wird. Die Gase verlassen
die Kokssäule durch eitle Leitung 15. Ihre Zusammensetzung ist hier beispie:sweise
die folgende: 5% Zn, 63% N, 5010 CO2 und 27 % Co. Sie treten dann in eine Kammer
19 mit einer groben Koksfüllung 22 und hierauf in eine zweite Kammer 2o mit einer
feineren Koksfüllung 21 ein. In diesen Kammern strömt den Gasen von oben her schmelzflüssiges
Blei entgegen, das durch eine Rohrleitung 27 mit Sprühdüse 28 eingeführt
wurde.
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Eine Trennwand 2q. verhindert, daß Blei seitlich in die Leitung 15
gelangt. Während des Durchganges durch die Kammer wird der größte Teil der Zinkdämpfe
kondensiert und vom Blei aufgenommen. Durch Wärmeaufnahme aus den zinkhaltigen Gasen
erfährt die Bleischmelze während ihres Durchganges durch den Kondensator eine Temperaturerhöhung
von ungefähr roo bis 200° C. Die Gase verlassen die zweite Kammer durch die Leitung
26, durch die sie in eine nicht dargestellte Staubkammer geleitet werden, wo die
Zinkrest: als Staub niedergeschlagen werden. Das zinkhaltige Blei, z. B. mit 1,
5 % Zn bei einer Temperatur von ungefähr 500° C, sammelt sich bei 23 am Boden der
Kammer 19 und gelangt von hier durch die Leitung 29 in den Kühlbehälter 3o. Der
Wärmeentzug in diesem Behälter wird beispielsweise durch die Anordnung einer Isolation
von verschiedener Stärke derart eingestellt, daß die :oberen Bleischichten 32 in
dem Behältereine Temperatur über ¢18° C, beispielsweise von etwa 500° C, aufweisen.
Am Boden des Behälters ist die Temperatur niedriger, beispielsweise 3¢0° C. Hier
scheiden sich Zinkkristalle .aus und steigen an die Badobexfläche, wo sie schmelzen.
Die Zinkschmelze kann von Zeit zu Zeit durch den Auslaß 33 abgezogen werden. Das
am Boden befindliche Blei mit etwa i % Zn wird durch das Rohr 35 in den zweiten
Behälter 36 übergeführt, von wo es durch ein Becherwerk
oder andere
geeignete Mittel zur Rohrleitung 27 gehoben wird, um in die obere Kammer 2o zurückzufließen.
Die Umlaufmenge an Blei beträgt das i oo- bis Zoofache der aus dem Gas entfernten
Zinkmengen.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Kondensator sprudelt die zinkdampfhaltige
Gasmischung durch das Bleibad ¢2 unterhalb der Stauwand ¢1 hindurch. Die Gase wurden
in dem Schachtofen i erzeugt und durch die Leitung 15 der geschlossenen Kammer 40
zugeführt. Eine nicht dargestellte Saugpumpe wirkt auf das Auslaßrohr ¢3 der Kammer
¢o und bewirkt, daß die Gase unter der Stauwand 41 hindurchtreten. Beim Wiederaustritt
der Gase aus dem Bleibad findet ein Versprühen von flüssigem Metall statt, was das
Auswaschen des Gases begünstigt.
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Ein Teil des Bleis wird ständig abgezogen und über einem Kühler nach
Fig. i in Umlauf gehalten. Der Aufbau des in Fig.2 dargestellten Kondensators ist
einfach, aber nicht so wirksam wie der nach Fig. i, weil die Gasblasen das Bleibad
unter der Wand ¢1 zu schnell passieren.
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Die in Fig.3 dargestellte Kondensatorform ermöglicht eine besonders
weitgehende Entzinkung der Gasmischung in Form von meta:lischem Zink. Im Prinzip
werden hierbei die Gase gezwungen, durch einen Sprühregen von flüssigem Blei hindurchzutreten.
Dies wird durch ein drehbares Schaufelrad 5o erreicht, welches in ein Bleibad 51
in der Kammer 5z eintaucht. Die Kammer besteht aus einer äußeren Stahlumkleidung
53 und einer Steinauskleidung 5¢. Bei 55 treten die Gase ein und verlassen die Kammer
bei 56. Bei ihrem Durchgang müssen sie durch einen Bleis prühregen hindurchtreten,
der durch Hochschleudern von Blei durch die Schaufeln 57 eines Rades erzeugt wurde,
das mit ioo bis i2o Touren in der Minute umläuft. Die Schaufeln sind von einem Siebgehäuse
58 umgeben, durch das das geschmolzene Blei leicht hindurchtreten kann. Das Rad
erstreckt sich von einer Seite der Kammer 52 zu der anderen, damit der Sprühregen
von Blei die ganze Kammer erfüllt. Das Blei wird bei 65 eingeführt und bei 66 abgezogen.
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Falls ein einziger Sprühregen nicht ausreichen sollte, können zwei
Schaufelräder 6o und 61 hintereinander zur Anwendung gelangen, wie in Fig. q. dargestellt.
Die Gase gelangen aus einer Abteilung in die andere durch die Öffnung 64 in der
Trennwand 59. Ein Teil des durch das zweite Schaufelrad 61 hochgeschleuderten Bleis
kann in die erste Abteilung mit dem Rad 6o eintreten, s@o daß das benötigte Blei
nur in die zweite Kammer durch den Einlaß 62 eingeführt zu werden braucht und aus
der ersten Kammer durch den Auslaß 63 abgezogen werden kann.
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Außer auf kohlendioxydhaltige Mischungen kann die Erfindung auch auf
Mischungen von Zinkdampf mit anderen Gasen, wie Wasserstoff, Wassergas oder auch
Wasserdampf, verwendet werden, welche mit Zinkdämpfen reagieren können und bei denen
es erfahrungsgemäß schwierig ist, ein befriedigendes Ausdringen an metallischem
Zink zu erhalten. Neben der beschriebenen Kondensation von Zink aus Gasen, die durch
Verarbeitung von Zinkerzen in einem Schachtofen erhalten wurden, kommt auch eine
Behandlung von Gasmischungen in Betracht, die durch Reduktion oxydischer Zinkverbindungen
im Lichtbogenofen mit Kohle erhalten wurden. Bei solchen Gasen, die einen verhältnismäßig
hohen Zinkgehalt, verglichen mit denen aus einem Schachtofen, aufweisen, ist es
nicht so wesentlich, daß das Blei auf eine Temperatur unter 5oo° C gehalten wird.
Es ist jedoch vorteilhaft, die Temperatur so niedrig zu halten, wie es die übrigen
Verfahrensbedingungen erlauben. Jedenfalls darf eine Temperatur von 55o° C nicht
überschritten werden.