DE91896C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 40: Hüttenwesen.

Die Zinkdestillation, das bisher allein übliche Verfahren, Zink auf trockenem Wege aus Erzen oder anderen zinkhaltigen Materialien zu gewinnen, zerfällt in zwei Theile. nämlich

1. die Trennung des Zinks von den nicht flüchtigen Bestandteilen (Gangart etc.) des Rohmaterials durch Vergasung des Zinks, und

2. die Verdichtung desselben aus den zinkhaltigen Dämpfen zu flüssigem Metall.

Nur mit diesem zweiten Theile der Zinkdestillation, mit der Verdichtung des gasförmigen Zinks zu Metall, beschäftigt sich die vorliegende Erfindung. Dem Verfahren können zinkhaltige Gase jeder Art unterworfen werden, mögen sie zum Zwecke der Zinkdestillation erzeugt sein, oder als Nebeaproducte bei der Verschmelzung zinkhaltiger Gold-, Silber-, Blei-, Kupfer- und Eisenerze, oder auf andere Weise entstehen.

Die Erfindung bedient sich zur Condensation des Zinks besonders eingerichteter Condensationskammern, welche mit stückförmigen Materialien angefüllt sind. Am besten eignen sich als Ausfüllungsmaterial Holzkohlen, Koks oder andere kohlenstoffhaltige Körper, indessen können, wenn die Gase frei von ungebundenem Sauerstoff und Kohlensäure sind, auch andere Materialien, z.B. Bimsstein, Quarz etc. angewendet werden.

Mit ■ Holzkohlen oder Koks angefüllte Kammern sind zu diesem Zwecke schon verschiedentlich vorgeschlagen, so in der Patentbeschreibung zum D. R. P. Nr. 81358, Kl. 40; indessen scheinen ernstliche Versuche damit bisher nicht ausgeführt zu sein.

Dennoch ist es nicht zweifelhaft, dafs diese Art der Zinkcondensation unter Anwendung richtig construirter Condensationskammern und des nachstehend beschriebenen Verfahrens zufriedenstellende Ergebnisse liefern mufs.

Hierfür spricht die auf dem gleichen Princip beruhende Gewinnung von Zink aus zinkhaltigen Schachtofengasen vermittelst des sogen. Zinkstuhls, welcher bis vor ungefähr 1 Y₂ Jahrzehnten auf den Unterharzer Hütten »Juliushütte« und »Sophienhütte« bei Verschmelzung zinkhaltiger Bleierze aus dem Rammeisberge bei Goslar in Anwendung stand.

Dieser .»Zinkstuhl« bestand aus einer der einzigen Windform des Schmelzschachtofens gegenüber angebrachten nischenförmigen Erweiterung des Ofens, welche mit Holzkohlen angefüllt wurde. Durch den Windstrom wurden die Gase in diese Nische getrieben, in welcher sie infolge der Abkühlung ihr Zink abgaben, während etwa vorhandene Kohlensäure gleichzeitig durch die glühenden Holzkohlen zu Kohlenoxydgas reducirt wurde. Das auf der geneigten Sohle der Nische in flüssigem Zustande angesammelte Zink Wurde von Zeit zu Zeit in Formen abgestochen.

Berücksichtigt man, dafs die verschmolzenen Erze nur 8 pCt. Zinkoxyd mit 6,4 pCt. Zink enthielten, und nimmt man an, dafs von diesem Zinkoxyd nichts verschlackt wurde, so berechnet

sich die pro Stunde verdampfte Zinkmenge zu 5,1 kg. In derselben Zeit wurden aber 204 cbm Luft eingeblasen und 26,6 kg Kohlenstoff verbrannt, dessen Verbrennungsproducte, einschliefslich des Stickstoffs der Luft, sich mit den Zinkdämpfen mischten.

Aus diesen, den Ergebnissen der Juliushütte für das Betriebsjahr 1850 entnommenen Angaben erhellt, wie arm an Zink die Gase waren, welche noch eine Zinkgewinnung vermittelst des Zinkstuhls gestatteten. Dazu kommt aber noch, dafs selbstredend nur ein relativ kleiner Theil der Gase den Zinkstuhl passiren konnte, während der bei Weitem gröfste Theil des Zinks mit den Ofengasen aufstieg und an der Gicht des Ofens zur Verbrennung gelangte. Ferner ist hervorzuheben, dafs damals bereits ein Gemisch von 2 Raumtheilen Koks mit 3 Raumtheilen Holzkohlen als Brennmaterial im Schachtofen Verwendung fand, wodurch die Zinkgewinnung im Vergleich zu früheren Zeiten, in welchen man nur Holzkohlen benutzte, sehr erschwert werden mufste, weil Koks vor der Windform vorzugsweise zu Kohlensäure verbrennt, welche das dampfförmige Zink oxydirt und dadurch das Ausbringen vermindert.

Hieraus erklärt sich auch, dafs die Zinkgewinnung im Zinkstuhl ganz aufhören mufste, als man dazu überging, ausschliefslich mit Koks zu schmelzen.

Endlich ist noch zu erwähnen, dafs sich nach kurzer Zeit zwischen Zinkstuhl und dem Ofeninnern eine feste, mehr oder weniger poröse Scheidewand aus zinkhaltigen Kohlen bildete, welche wahrscheinlich einer durch den Kohlensä'uregehalt der Ofengase veranlafsten Ablagerung von sogen. Ofengalmei ihre Entstehung verdankte. In dem Mafse, wie diese Wand den Ofengasen das Eindringen in den Zinkstuhl erschwerte, mufste sie nachtheilig auf das Ausbringen an Zink einwirken. Unter diesen so ungünstigen Verhältnissen ist es nicht überraschend, wenn von dem rechnungsmäfsig verflüchtigten Zink nicht viel mehr als 2 pCt. in Gestalt von flüssigem Metall gewonnen werden konnten. Jedenfalls reicht dieses Ergebnifs des Zinkstuhlprocesses vollständig aus, die in der hüttenmännischen Literatur stets wiederkehrende Behauptung, dafs die Verhüttung von Zinkerzen im Schachtofen an der Unmöglichkeit der Verdichtung des Metalles aus den mit den Verbrennungsproducten stark verdünnten Gasen unter allen Umständen scheitern müsse, zu widerlegen. Vielmehr läfst sich aus diesem längst verlassenen Processe die Lehre ziehen, dafs man nur die damalige primitive Art der Zinkcondensation unter Zugrundelegung der dabei bewährten Principien entsprechend zu verbessern habe, um zu zufriedenstellenden Ergebnissen zu gelangen.

Ob das neue Verfahren im Ausbringen an Zink die Muffeldestillation, bei welcher immer noch gegen 20 pCt. . des Metalles verloren gehen, übertreffen, oder hinter derselben zurückbleiben wird, läfst sich noch nicht übersehen. Da das Verfahren aber erheblich billiger und einfacher ist, und da demselben Schachtofengase unterworfen werden können, welche bisher eine Gewinnung von metallischem Zink auf directem Wege nicht gestatteten, so wird der neue Procefs für solche Gase noch vortheilhaft sein, wenn er selbst nicht mehr als 20 pCt. des Zinks ausbringen sollte.

Es werden jetzt diejenigen Bedingungen zu erörtern sein, welche erfüllt werden müssen, um das Gelingen zu sichern, und welchen somit das neue Verfahren und die dabei "angewendeten Apparate zu entsprechen haben.

Diese Bedingungen sind im Wesentlichen folgende:

Um die Verdichtung gasförmigen Zinks zu flüssigem Metall zu bewirken, ist vor allem eine Abkühlung der Gase nöthig, welche aber nicht so weit gehen darf, dafs das Metall fest wird. Ferner darf den Gasen weder Kohlensäure noch ungebundener Sauerstoff beigemischt sein, weil diese einen Theil" des Zinks verbrennen und den abgeschiedenen Metalltheilchen Oxyd beimischen würden, wodurch die Vereinigung derselben verhindert und die Bildung der sogen. Poussiere bewirkt werden würde. Ferner wird erfahrungsgemäfs die Verdichtung von Metalldämpfen durch Reibung der Gase an festen Körpern begünstigt.

Um den Gasen das Zink vollständig zu entziehen, ist endlich noch erforderlich, dafs sie genöthigt werden, eine hierzu ausreichende Zeit im Condensator zu verweilen.

Schachtofengase, um welche es sich bei dem neuen Verfahren in erster Linie handeln wird, lassen sich meist vor dem Verlassen des Schachtofens von einem etwaigen Kohlensäuregehalt befreien. Da heutzutage in solchen Oefen fast ausschliefslich Koks als Brennmaterial Anwendung findet, so wird vor den Windformen reichlich Kohlensäure erzeugt.

Um letztere noch im Ofen in Kohlenoxyd umzuwandeln und zugleich das vor den Formen zu ,Oxyd verbrannte Zink wieder zu Metall zu reduciren, ist es erforderlich, die Gase eine genügend hohe, sehr heifse^ also hellglühende Brennmaterialschicht passiren zu lassen, was nur dadurch erreichbar ist, dafs man dem Ofen eine verhältnifsmäfsig grofse Windmenge zufuhrt. Diese bedingt ein rasches Aufsteigen der heifsen Verbrennungsproducte, welche infolge dessen die ihnen innewohnende Wärme auch den höheren Zonen des Ofens mittheilen und den Koks bis hoch hinauf in lebhaftes Glühen versetzen.

Sollte es nicht gelingen, die Gase vor dem Eintritt in den Condensator von Kohlensäure oder ungebundenem Sauerstoff ganz zu befreien, so können die Bestandteile im Condensator selbst durch kohlenstofFreiches Ausfüllungsmaterial unschädlich gemacht werden, vorausgesetzt, dafs sie heifs genug in die Condensationskammer eintreten. Jedoch ist in solchen Fällen zu fürchten, dafs der Kanal, durch welchen die Gase vom Ofen zum Condensator gelangen, durch Bildung von Ofengalmei verstopft oder verengt wird.

Als Ausfüllungsmaterial für den Condensator empfiehlt sich unter allen Umständen ein Brennstoff, wie Koks oder Holzkohlen, am meisten, nicht allein aus dem vorerwähnten Grunde, sondern auch weil bei der Reinigung des Condensators das mit Zink durchsetzte Ausfüllungsmaterial in den Schmelzofen zurückgegeben werden kann, wobei das Zink wieder zur Gewinnung kommt. Koks oder Holzkohlen bieten infolge ihrer Porosität den Gasen auch den wünschenswerthen Reibungswiderstand.

Zum Anfüllen und Entleeren sind die Condensationskammern mit Aufgabe- bezw. Ausziehöffnungen versehen.

In der Regel, namentlich aber bei Verwendung von Schachtofengasen, ist es nothwendig, eine zweite Kammer zur Reserve bereit zu halten für den Fall, dafs die erste zum Zwecke der Reinigung aufser Betrieb gesetzt werden mufs. Um zu vermeiden, dafs die Gase in der Kammer den directen Weg von der Eintritts- zur Austrittsöffnung nehmen, und um sie zu längerem Verweilen in der Kammer zu nöthigen, ist die Kammer durch eine (oder mehrere) nicht durchgehende Scheidewände, »Zungen«, in zwei (oder mehrere) mit einander in Verbindung stehende Äbtheilungen zerlegt.

Werden die Gase in der Kammer so weit abgekühlt, dafs sie ihr ganzes Zink an dieselbe abgeben, so wird es kaum zu vermeiden sein, dafs die letzten Antheile nicht mehr in flüssigem, sondern in festem Zustande, wie dies auch bei der Muffeldestillation der Fall ist, abgelagert werden, was eine Verengung bezw. Verstopfung der hintersten Kammerabtheilung zur Folge haben würde. Um diesem Uebelstand vorzubeugen, ist eine Umschaltung der Gase vorgesehen, vermittelst welcher man dieselben von Zeit zu Zeit nöthigt, einen der ersten Richtung entgegengesetzten Weg durch die Kammer zu nehmen, also in die hintere Abtheilung zuerst einzutreten und aus der vorderen zu entweichen. Hierbei wird durch die hohe Temperatur der eintretenden Gase das in dem hinteren Theile der Kammer angesammelte feste Zink zum Schmelzen und Abfliefsen gebracht. Werden statt einer Kammer mehrere hinter einander geschaltete Kammern angewendet, so findet die Umschaltung in analoger Weise derart statt, dafs die Gase nach der Umschaltung in die Kammer zuerst eintreten, welche bis dahin die letzte in der Reihe gebildet hatte.

Anfangs wird die Abkühlung,- welche die heifsen Gase in Berührung mit den Kammerwänden und dem Ausfüllungsmaterial erleiden, zur vollständigen Verdichtung des Zinks ausreichen. Allmälig werden aber die Kammern sich so stark erhitzen, dafs die Gase beim Verlassen derselben noch Zink mit sich führen. Um dem vorzubeugen, ist eine Kühlung der Kammer oder wenigstens des von den Gasen zuletzt passirten Theiles derselben vorgesehen.

Die Art dieser Kühlung kann beliebig sein. Am meisten wird es sich empfehlen, die Kammer oder die zu kühlenden Theile derselben aufsen mit doppelten eisernen Wänden zu versehen. Der Hohlraum zwischen den eisernen Platten, in welchen man Wind oder Wasser einführt, kann durch Scheidewände in Abtheilungen zerlegt werden, deren Verbindungsröhren sich absperren lassen, so dafs die Kühlung nach Bedarf theilweise oder ganz inhibirt werden kann. Benutzt man Wind zur Kühlung, so kann derselbe später bei anderen Hüttenprocessen , z. B. beim Schachtofenschmelzen, Verwendung finden. Auch wenn man die Kühlung durch Berieselung oder auf andere Weise bewerkstelligt, sind die Einrichtungen so zu treffen, dafs man die Kühlung während des Betriebes der Kammern jederzeit nach Bedarf zu reguliren im Stande ist.

Diese Regulirung hat in der Weise zu geschehen, dafs die Kühlung mit abnehmender Temperatur der Gase zunimmt. Die Kammer wird demnach in der Nähe der Austrittsöffnung der Gase am stärksten zu kühlen sein. Am einfachsten läfst sich dies dadurch erreichen, dafs man das Kühlwasser oder den zur Kühlung dienenden Wind einen der Richtung der Gase entgegengesetzten Weg nehmen läfst, wie es auch in der beiliegenden Zeichnung angedeutet ist. Demgemäfs mufs bei jedesmaligem Umschalten des Gasstromes auch die Kühlung entsprechend verändert werden. In den meisten Fällen wird es ausreichen, immer nur diejenige Kammerabtheilung zu kühlen, welche von den Gasen zuletzt passirt wird, bevor sie den Condensator verlassen. Da durch Umschaltung der Richtung des Gasstromes die bisher erste Abtheilung zur letzten wird, so sind also die erste und letzte Abtheilung oder, wenn mehrere Kammern hinter einander geschaltet' werden, die erste und die letzte dieser Kammern mit Kühlvorrichtungen zu versehen und diese beiden Kammern bezw· Abtheilungen abwechselnd zu kühlen.

Die entzinkten Gase enthalten neben Stickstoff nur Kohlenoxydgas und können als werthvolles Brennmaterial beliebige Verwendung (z. B. zur Winderhitzung für den Schachtofen) finden.

Die Gestalt und der Querschnitt der Kammern kann verschiedenartig sein. Eine Ausführungsform, welche sich am meisten empfehlen dürfte, ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Der Weg der Gase ist in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet. Die punktirten Pfeile geben den Weg der Gase nach der Umschaltung an. Es ist nur eine Zunge angenommen. Die Gase treten in die erste Abtheilung oben ein und nehmen ihren Weg unten um das Ende der Zunge, um in der zweiten Abtheilung wieder aufzusteigen. Treten die Gase, wie in der Zeichnung angenommen, zuerst in die links gelegene Abtheilung ein, so wird bis zur Umschaltung die Kühlung dieser Abtheilung unterlassen, während die zweite Abtheilung durch in der Richtung der Pfeile abwärts geführtes Wasser gekühlt wird. Das Zink fliefst in Sümpfe ab, aus denen es durch Abstechen von Zeit zu Zeit entleert wird. In der bildlich dargestellten Ausführungsform ist für beide Abtheilungen ein gemeinschaftlicher, durch zwei gegen einander geneigte Ebenen gebildeter Sumpf angenommen, welcher eine nach der Stichöffnung hin fallende Rinne darstellt.

Die Umschaltung kann in beliebiger Weise bewerkstelligt werden; in der Zeichnung (Grundrifs) ist eine sogen. Wechselklappe angenommen.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   Verfahren zur Gewinnung von metallischem Zink aus zinkhaltigen Gasen in Condensationskammern, dadurch gekennzeichnet, dafs den Gasen abwechselnd durch Umschaltung ein der vorherigen Richtung entgegengesetzter Weg durch die Kammern vorgeschrieben wird.

   Zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch ι eine mit Umschaltvorrichtung versehene Condensationskammer, in welcher der W⁷eg der Gase von der Eintritts- zur Austrittsöffnung durch Anbringen nicht durchgehender Scheidewände (Zungen), um welche die Gase ihren Weg zu nehmen genöthigt werden, verlängert wird.

   Eine Ausführungsart des Verfahrens nach Anspruch 1 unter Benutzung gekühlter Condensationskammern, deren Kühlung in der Weise geregelt wird, dafs jedesmal mit der Umschaltung wechselnd der von den Gasen vor dem Verlassen des Condensators zuletzt durchströmte Kammertheil entweder ausschliefslich oder am stärksten gekühlt wird, während die übrigen Theile der Kammern gar nicht oder schwächer gekühlt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.