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Verfahren zur Gewinnung von Zink Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Gewinnung von flüssigem Zink durch Kondensation von Zinkdampf aus einem Gasgemisch,
wie es beispielsweise bei der Reduktion von Zinkverbindungen durch Kohlenstoff in
außenbeheizten Retorten, elektrischen Öfen oder Schachtöfen anfällt. Die Erfindung
ist in erster Linie darauf gerichtet, einen möglichst großen Teil des in dem Gasgemisch
enthaltenen Zinks zu flüssigem Metall niederzuschlagen und die Bildung von Zinkstaub
mit einem mehr oder weniger großen Anteil an Zinkoxyd zu verhindern.
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Beim Einschmelzen in der Retorte erfolgt eine Reduktion von Zinkoxyd
durch Kohlenstoff unter Bildung gleicher Volumen von Zinkdampf und Kohlenmonoxyd
nach der Gleichung ZnO+C=Zn+C0. (r) Hierbei beträgt demnach der Anteil an Zinkdampf
in den entstehenden Gasen etwa 50 Volumprozent. Als typisches Beispiel für
den Schmelzvorgang in der Retorte sei die Erhitzung von Zinkoxyderzen und kohlenstoffhaltigem
Material in Brikettform in einer senkrechten Retorte erwähnt. Hierbei ist es üblich,
eine gewisse Menge Luft, Gas oder Dampf, z. B. Wasserdampf, am Boden der Retorte
einzuführen, so daß die anfallenden Gase nur 3o bis 40 Volumprozent Zinkdampf enthalten,
während
der Rest hauptsächlich in Kohlenmonoxyd mit etwas Stickstoff,
Wasserstoff und einer geringen Menge Kohlendioxyd besteht. Aus diesen Gasen kann
mit den gebräuchlichen Kondensatoren der größte Teil des Zinks als flüssiges Metall
niedergeschlagen werden; immerhin fällt ein recht beachtlicher Anteil, in der Größenordnung
von zo bis 15'10, als Zinkstaub an.
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Bei. der Reduktion von Zinkoxyderzen durch Einschmelzen im elektrischen
Lichtbogen erfolgt ebenfalls die Reduktion des Zinkoxyds durch Kohlenstoff nach
der obigen Gleichung, doch ist es in diesem Fall schwieriger, den Zinkdampf als
flüssiges Zink niederzuschlagen. Dies mag dadurch bedingt sein, daß di#e Gase aus
dem Lichtbogenofen mehr Staub und Rauch und etwas mehr Kohlendioxyd enthalten als
im Fall der senkrechten Retorte. Mit den gebräuchlichen Kondensatoren in Form von
mit Stauwänden versehenen feuerfesten Kammern wird im allgemeinen über 30% des Zinks
als Zinkstaub ausgeschieden.
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Beim Einschmelzen von Zinkerzen im Schachtofen wird die erforderliche
Hitze durch Verbrennung von Kohle in dem das zinkhaltige Material enthaltenen Ofen
selbst erzeugt. Infolgedessen ist der anfallende Zinkdampf mit den Verbrennungsprodukten
des Brennstoffs gemischt. Die Gase enthalten nur etwa 5 Volumprozent Zink und etwa
ebenfalls 5 % Kohlendioxyd, während der Rest hauptsächlich aus -Kohlenmonoxyd und
Stickstoff besteht. Aus diesen Gasen kann mit den üblichen Kondensatoren nur schwer
ein wesentlicher Teil des Zinks als flüssiges Metall niedergeschlagen werden; der
größte Teil fällt als Zinkstaub an.
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Um die Schwierigkeiten bei der Unterdrückung der Zinkstaubbildung
und' die Überwindung dieser Schwierigkeiten durch die Erfindung verständlich zu
machen, ist nachstehend zunächst die Entstehung von Zinkstaub theoretisch erläutert.
Der Zinkstaub besteht p'hysikalisc'h aus kleinen Teilchen und enthält :chemisch
außer metallischem Zink auch etwas Zinkoxyd. Die Umstände, die bewirken, daß Zinkdampf
eher in kleinen Tröpfchen oder Teilchen als in Form einer zusammenhängenden Flüssigkeit
niederschlägt, sollen als physikalische Ursachen, und die Umstände, die bei der
Kondensation die Oxydation von Zink hervorrufen, als chemische Ursachen für die
Bildung von Zinkstaub bezeichnet werden.
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Die .physikalischen Ursachen der Zinkstaubbil"dung treten unabhängig
von der chemischen Zusammensetzung der mit dem Zinkdampf gemischten Gase auf. Gefördert
wird die Entstehung von Zinkstaub beispielsweise durch plötzliche Abkühlung. Tatsächlich
wird in Fällen, in denen die Bildung von Zinkstaub derjenigen von flüssigem Zink
vorgezogen wird, häufig eine Arbeitsweise angewendet, bei der die Gase einem Kondensator
aus Metall mit großer Oberfläche zugeführt werden, um einen schnellen Wärmeentzug
zu begünstigen. Um also die physikalische Bildung von Zinkstaub zu unterdrücken,
kann im Kondensator -eine möglichst hohe Temperatur unterhalten werden, die natürlich
niedrig genug sein muß, um das Niederschlagen von Zink zu ermöglichen. Je geringer
die Zinkkonzentration im Gas ist, desto größer ist die Neigung zur physikalischen
Entstehung von Zinkstaub. Diese Entstehung kann wie folgt erklärt werden.
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Bei den gebräuchlichen Bauarten von Kondensatoren wird die gesamte
Kondensationswärme durch die Wandungen hindurch abgeführt, deren Innenflächen eine
Temperatur unterhalb des Taupunktes des Gases besitzen. Längs der Wandungen ist
eine Gasschicht mit steilem Temperaturabfall vorhanden, so daß auf der den Wandungen
abgelegenen Seite dieser Grenzschicht und in der Hauptmenge des Gases die Temperatur
höher als die Wandtemperatur ist. Eine Kondensation von Zink kann dann nur eintreten,
indem eine Diffusion von Zinkdampf durch die Grenzschicht hindurch zur Wandung stattfindet,
wo das Zink sich niederschlägt und in das Metallbad am Boden des Kondensators abfließt.
Dies ist demnach der einzige Weg für die Kondensation von Zink, wenn die Hauptmenge
des Gases sich auf einer Temperatur oberhalb des Taupunktes befindet. Wenn die Wandung
stärker gekühlt wird und die Hauptmenge des Gases eine Temperatur entsprechend dem
Taupunkt oder unterhalb desselben annimmt, erfolgt eine Kondensation im gesamten
Kondensator unter Bildung von Tröpfchen von metallischem Zink. Hierbei können anwesende
Staub- oder Rauchteilchen bei der Tröpfchenbildung als Kerne mitwirken. Wenn nun
diese Tröpfchen vor ihrer Vereinigung unter ihren Schmelzpunkt abgekühlt werden,
ist die Voraussetzung zur Bildung von Zinkstaub gegeben.
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Abgesehen von der physikalischen Bildung von Zinkstaub im Kondensator
selbst ist zu beachten, daß ein Teil des Zinks den Kondensator als. Dampf verläßt
und gewöhnlich anderswo als Zinkstaub anfällt. Um diesen Verlust zu vermeiden, müssen
die Gase den Kondensator mit einer möglichst geringen Temperatur verlassen.
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D,ie bisher erläuterte Bildung von Zinkstaub läßt die chemische Zusammensetzung
der mit dem Zinkdampf gemischten Gase außer acht. Eine weitere Erschwerung ergibt
sich aus der Gegenwart von Kohlendioxyd, das mit dem Zinkdampf unter Bildung von
Zinkoxyd und Kohlenmonoxyd in Reaktion tritt nach der Gleichung Zn +CO2=ZnO=CO.
(:2) Diese Reaktion kann oberhalb des Taupunktes eintreten, sofern nicht die Konzentration
an Kohlendioxyd gering ist. Beim Erreichen des Taupunktes wirken die bereits gebildeten
Zinkoxydteilchen als Kerne für die Kondensation von metallischem Zink. Diese Tröpfchen
von metallischem Zink können alsdann an ihrer Oberfläche weiteroxydieren. Dieser
oberflächliche Oxydfilm erschwert das Zusammenwachsen der Tröpfchen, wenn diese
in dem Kondensator mit einem Zinkbad in Berührung gebracht werden. Die Gegenwart
von Kohlendioxyd hat somit .eine zweifache Wirkung, die Menge des entstehenden Zinkstaubs
wird gesteigert, und es tritt
eine stärkere Oxydation als beim Fehlen
von Kohlendioxyd ein.
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Um die Bildung von Zinkoxyd nach Gleichung (z) zu vermeiden, ist eine
möglichst schnelle Abkühlungder Gase erwünscht, so daß ihnen zu dieser Reaktion
keine Zeit gelassen wird. Bei den gebräuchlichen Ausführungen der Kondensatoren
wird indessen durch eine derartige schnelle Abkühlung die physikalische Bildung
von Zinkstaub begünstigt.
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Die Erfindung bezweckt, diese einander widersprechenden Erfordernisse
in Einklang zu bringen, und zwar insbesondere bei, der Behandlung von Gemischen,
die verhältnismäßig wenig Zinkdampf, andererseits aber Gase, wie Kohlendioxyd, enthalten,
die eine Oxydation von Zink bewirken können. Bei. Gasen dieser Art wird durch eine
langsame Abkühlung die chemische Bildung von Zinkstaub gefördert, indem die Reaktion
von Zinkdampf mit Kohlendioxyd oder anderen im Gemisch enthaltenen Gasen begünstigt
wird, während eine schnelle Abkühlung, wenigstens in einem gebräuchl:idhen Oberflächenkondensator,
die physikalische Bildung von Zinkstaub unterstützt, indem die Bildung von Zinktröpfchen
eher in dem Gasvolumen selbst als an den Wänden des Kondensators hervorgerufen wird.
Diese Schwierigkeit tritt bei. der Behandlung der Gase auf, die bei Verarbeitung
von Zinkerzen im Schachtofen anfallen.
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Es ist an sich bekannt, Zinkdämpfe mit flüssigem Metall zu kondensieren.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art rieselt das flüssige Metall stufenweise
von einer Rinne in die andere und wird in einer Bodenpfanne aufgefangen. Der Zinkdampf
mit den beigemischten Gasen strömt hierbei in der gleichen Richtung durch den Kondensator
wie das flüssige Metall. Hierbei konnte zwar eine innige Berührung des geschmolzenen
Metalls mit den Zinkdämpfen erreicht werden, jedoch war es nicht möglich, mit einem
derartigen Verfahren die geschilderten Schwierigkeiten bei der Behandlung. von Gasen,
welche bei Verarbeitung von Zinkerzen im Schachtofen abfallen, zu beseitigen und
die Bildung von Zinkstaub zu verhindern.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zink in flüssiger
Form durch Kondensation von mit Kohlendioxyd und anderen Gasen vermischten Zinkdämpfen
durch innige Berührung mit versprühtem, flüssigem Metall und besteht im wesentlichen
darin, daß die Kondensation in mindestens zwei Temperaturstufen durchgeführt wird,
wobei der Zinkdampf in der ersten Stufe mit flüssigem Zink in Berührung gebracht
und in der zweiten Stufe die Temperatur des flüssigen Metalls höchstens etwas über
der niedrigsten Gießtemperatur für Zink (q.20°) gehalten wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann derart durchgeführt werden,
daß das Zink aus den Dämpfen in der ersten und zweiten Kondensationsstufe mit Hilfe
von flüssigem, metallisch versprühtem Zink niedergeschlagen wird. Es sind jedoch
Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen in der zweiten und gegebenenfalls
in einer dritten Kondensationsstufe eine metallische Versprühung von Blei, das in
der Praxis eine sehr kleine Menge Zink in Lösung enthält, verwendet wird, während
nur in der ersten Stufe die metallische Versprühung aus Zink besteht. An sich ist
es bekannt, Zink aus Zinkdämpfen mit Hilfe von metallischem Blei zu gewinnen, welches
durcih Schaufelräder versprüht wird.
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Die Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
besteht bei einer bevorzugten Ausführungsform aus einem stationären Kondensator,
der in zwei oder dreiKamm-ern unterteilt ist, von denen jede die für die Erzeugung
eines beständigen Sprühregens aus flüssigem Metall erforderlichen mechanischen Mittel
enthält. Der Kondensator weist ferner einen Gaseinlaß an der ersten Kammer und einen
Gasauslaß an der letzten Kammer auf, und die Kammern stehen oberhalb der Flüssigkeitsspiegel
des in ihnen enthaltenen flüssigen Metalls miteinander in Verbindung.
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Die metallische Versprühung, durch die die Gase hi:ndurchzutreten
gezwungen werden, kann durch eine Anzahl von verschiedenartigen Vorrichtungen erzeugt
werden: Bei einer Ausführungsform kann ein drehbares Schaufelrad in ein Bad geschmolzenen
Metalls eintauchen. In den Kondensatorkammern, die flüssiges Zink enthalten, sind
alle Teile des Schaufelrades und seine Welle aus einem Werkstoff hergestellt oder
mit einem Werkstoff überzogen, der bei der Arbeitstemperatur des Kondensators nicht
durch Zink angegriffen wird, also beispielsweise aus Graphit oder Siliziumkarbid.
Di!e Schaufelräder sind jeweils in einer Kammer eingeschlossen, die an dem einen
Ende eine Eintrittsöffnung für die Zinkdämpfe und Gase und an dem anderen Ende einen
Auslaß für .die Gase, aus denen das Zink-niedergeschlagen wurde, besitzt. Die Kammer
besteht aus einem Stahlgehäuse mit abnehmbarem Deckel und ist mit einer Stein- oder
Zementauskleidung versehen, die durch flüssiges Zink oder Blei nicht angegriffen
wird. Eine oder mehrere gleichartige Zwischenwände trennen die Kammern für die stufenweise
Kondensation voneinander, und jede Zwischenwand besitzt eine Öffnung für den -übertritt
der Gase aus einer Kammer in die nächste.
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Die Gaseinlaß- und Gasaus.laßöffnungen jeder Kammer sind in bezug
auf die Schaufelräder derart angeordnet,. daß die Gase gezwungen werden, die metallische
Versprühung zu durchqueren, und die Schaufelräder `haben an den Enden nur ein geringes
axiales Spiel mit dien Seitenwänden der Kammer, so daß die metallische Versprühung
sich über die ganze Kammerbreite erstreckt. Der Auslaß für das flüssige Metall liegt
in jeder Kammer in einer solchen Höhe, d,aß das Schaufelrad jederzeit die Eintauchtiefe
hat, die für die Versprühung des geschmolzenen Metalls zweckdienlich ist. Dieser
Auslaß für das flüssige Metall kann entweder ein Stichloch oder ein Wehr sein, das
die beiden benachbarten Kondensationskammern voneinander trennt, wenn sie das gleiche
Metallbad enthalten, beispielsweise wenn beide Kondensationsstufen mit flüssigem
Zink durchgeführt werden oder wenn bei
einem dzeistufigen Verfahren
in der ersten Stufe Zink und in der nveiten und dritten Stufe flüssiges Blei für
die Versprühung verwendet wird. Die Wärmeabführung von den Kammern kann den Erfordernissen
entsprechend geregelt werden durch Anbringung einer Wärmeisolierung aus Steinen
um die Kammern herum oder durch Kühlung der Kammerböden durch Wassermäntel oder
-röhren.
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Die Kondensationseinrichtung nach der Erfindung wird möglichst nahe
am Gasauslaß des Ofens angeordnet, damit die zinkhaltigen Gase mit der Versprü'hung
aus flüssigem Zink möglichst bald nach Verlassen des. Ofens- ohne nennenswerten
Temperaturverlust in Berührung gebracht werden. Hierdurch wird eine schnelle Abkühlung
herbeigeführt, da durch den Sprühregen von flüssigem Zink den Gasen ihre Wärme mit
hoher Geschwindigkeit entzogen wird; eine nennenswerte Oxydation von Zink durch
Kohlendioxyd und die Bildung von Zinkstaub in größerem Ausmaß sind vermieden.
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Wenn die Kondensation in beiden Stufen durch eine Versprühung von
flüssigem Zink vorgenommen wird, besitzt die Kammer, in die die Gase zuerst eintreten,
ein Stichloch od. dgl. für den Abzug des flüssigen Metalls. Die Wärmeisolierung
dieser Kammer ist so bemessen, daß das Metall das Stichloch mit einer geeigneten
Temperatur verläßt. Bei einer gerade nur über dem Schmelzpunkt liegenden Temperatur
läßt sich das Metall. praktisch nicht abziehen, und es wird im allgemeinen als zweckmäßig
erachtet, daß das Zink den Kondensator bei einer Temperatur von mindestens 500°
C verläßt. Bei der zweiten Kondensationskammer, die mit dem Abzug für die Abgase
versehen ist, ist die Wärmeisolierung so bemessen, daß die Temperatur nur wenig
über dem Schmelzpunkt von Zink liegt; da Zink in dieser Kammer niedergeschlagen
wird, bildet es dort ein Bad und fließt dann über ein Wehr in die andere Kondensationskammer.
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In einem Kondensator mit einerh mechanisch erzeugten Sprühregen von
flüssigem Metall kann die Gastemperatuz bis sehr nahe an die Temperatur des flüssigen
Metalls herabgesetzt werden. Der Dampfdruck von Zink ist derart, daß, wenn das Gas
beim Eintritt in den Kondensator nur etwa 5 °/o Zink enthält und die den Kondensator
verlassenden Gase mit Zink bei etwas über 500° G gesättigt sind, ein beträchtlicher
Anteil des Zinks verlorengeht. Durch die Anwendung von zwei Kondensationskammern
milt Flüssigkeit und Gas im Gegenstrom kann der Zinkdampf niedergeschlagen werden,
bis das austretende Gas mit dem Zinkdampf bei einer Temperatur von nicht wesentlich
über q.20° C gesättigt ist, während das ' Metall noch oberhalb 5oo° C abgezogen
werden kann.
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Bei der obenerwähnten abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,
bei. der in der zweiten Kondensationsstufe eine Versprühung von flüssigem Blei zur
Anwendung gelangt, ist die Kammer für die erste Kondensationsstufe, in der eine
Versprühung von flüssigem Zink wirksam ist, von der Kammer der zweiten Stufe, abgesehen
von der Öffnung für den Gasübertritt, getrennt, um ein Mischen des Zink- und Bleibades
der ersten und zweiten Stufe zu vermeiden. Im übrigen entspricht die Einrichtung
den oben beschriebenen Ausführungen. Die Wärmeisolierung der Kammer für die erste
Kondensationsstufe ist vorzugsweise so bemessen, daß das gesamte flüssige Zink auf
der Mindesttemperatur für .einen befriedigenden Abstich, d. h. etwa auf 5oo bis
55o' C gehalten wird, während die Temperatur des flüssigen Bleis in der zweiten
Kondensationsstufe etwa auf q.20° C gehalten wird. Die Verwendung von Blei in der
letzten Kondensationsstufe ist deswegen vorteilhaft, weil Blei einen tieferen Schmelzpunkt
als Zink besitzt, so daß die Gase, wenn sie schließlich abgeführt werden, bei, einer
Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes ausgewaschen worden sind.
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Das Auswaschen des Gases mit Blei bei niedriger Temperatur gibt die
Gewähr, daß Zinkdampf fast vollständig aus dem Gas entfernt wird. Wenn jedoch das
Blei den Kondensator bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Zink
verläßt, wird durch weitere Abkühlung des Bleis das kondensierte Zink aus, der Lösung
in Kristallen ausgeschieden, die wilder zu flüssigem Zink geschmolzen werden müssen.
Vorteilhaft wird einerseits das Gas durch Blei bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt
von Zink ausgewaschen, während -andererseits das. Blei den Kondensator mit einer
Temperatur über dem Schmelzpunkt von Zink verlassen sollte.
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Um in dieser Hinsicht das beste Ergebnis zu erhalten, kann die Bleikondensation
in zwei. Stufen durchgeführt werden, so daß sich mirt der ersten Stufe, die mit
flüssigem Zink arbeitet, im ganzen drei Stufen ergeben. Die zweistufige Bleikondensation
wird in gleicher Weise wie die oben beschriebene zweistufige Kondensation mit flüssigem
Zink sowie in ,einer ähnlichen Einrichtung durchgeführt, nämlich in zwei hintereinanderliegenden
Kammern mit mechanischer Versprühungsvorrichtun-g und im Gegenstrom verlaufender
Bewegung von flüssigem Metall und Gas.
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Ein solches dreistufiges Verfahren, bei dem nacheinander flüssiges,
Zink und Blei zur Anwendung gelangt, ist für die Behandlung der Gase eines Schachtofens
geeignet, in dem gesintertes Zinkerz reduziert wird. Bei einer typischen Ausführung
eines derartigen Kondensators ist die erste Kondensationskammer mit einer Versprühungsvorrichtung
für flüssiges Zink möglichst dicht am Gasauslaß des Ofens angeordnet. Hierdurch
wird eine rasche Abkühlung erreicht und eine nennenswerte Oxydation von Zink durch
Kohlendioxyd oder andere Gase vermieden. Diese erste Kondensationskammer hat ein
Stichloch od. d.gl., durch das das flüssige Zink abgezogen werden kann. Die Wärmeisolierung
dieser Kammer ist so bemessen, daß das abgezogene flüssige Zink eine Temperatur
von etwa 55o° C besitzt. Aus der Kammer mit Zinkversprühung treten di'e Gase alsdann
durch zwei Kammern, in denen eine Bleiversprühung wirksam ist und von denen die
letzte an einem Kamin für die endgültige Abführung der Gase angeschlossen ist. Durch
diese
beiden letzteren Kammern wird geschmolzenes Blei im Gegenstrom
zum Gas in Umlauf gehalten; das Blei wird mit einer Temperatur von etwa 35o° C kontinuierlich
in diejenige Kammer eingeführt, die die Gase vor ihrem Austritt in den Kamin als
letzte durchqueren, und fließt über ein Wehr in die nächste Kammer, aus der es mit
einer Temperatur von vielleicht 5oo° C ständig abgezogen wird. Das Blei, welches
Zink in Lösung enthält, wird unter geregelten Bedingungen gekühlt, um einen Teil
des gelöstenZinks auszuscheiden, und wird dann wieder in Umlauf gesetzt. Zwischen
der Kammer mit Zinkversp.rühung und der angrenzenden Kammer mit Bleiversprü'hung
ist eine Wand von genügender Höhe angeordnet, um den Übertritt von flüssigem Metall
aus der einen in die andere Kammer zu verhindern, wobei jedoch an der Oberkante
der Wand ausreichend freier Raum für den Durchtritt der Gase verbleibt.
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Das erwähnte Schaufelrad kann die verschiedensten Formen besitzen.
Es kann aus einer Trommel mit vorspringenden Schaufeln bestehen, die durch Endflansche
eingefaßt sind. Statt dessen kann es auch ein sägezahnartiges Profil besitzen. Ferner
kann die Tiefe der Vorsprünge und ihre Anzahl auf dem Umfang der Trommel verändert
werden. Bei einer bedeutsamen Ausführung wird eine mit Kerben, Rillen oder Nuten
versebene Trommel verwendet; in diesem Fall sind also zahlreiche kleine Vertiefungen
und Zähne vorhanden. Unabhängig von der Ausbildung des drehbaren Organs werden zweckmäßig
die Dichtungen für die Durchführung der Welle durch die Kammerwände mit Wasser od.
dgl. gekühlt. Es besteht dite große Gefahr, daß Zinkdampf in die Dichtungen eindringt
und dort erstarrt. Vorteilhaft wird ein schwacher Gasstrom von außen durch die Dichtungen
getrieben, um Zinkdampf von demselben fernzuhalten. Ein hierfür geeignetes Gas ist
ein solches, das hauptsächlich aus Kdhlenmonoxyd besteht, wie es bei dem Gas der
Fall ist, das den Kondensator nach Auswaschung und Kühlung verläßt.
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Die Versprühungsvorrichtung kann statt einer waagerechten eine senkrechte
Drehachse besitzen. Ein entsprechendesAusführungsbeispiel weist einen Propeller
oder eine Reihe von Kegeln oder Schalen oder einen Schleuderkörper auf, die durch
eine durch die Decke der Kammer geführte senkrechte Welle in Drehung versetzt werden.
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Bei einer anderen Ausführung, die besonders für die Kondensationsstufe
oder -stufen mit Bleiversprühung geeignet ist, fällt ein Strom von flüssigem Metall
auf einen Tisch, der durch eine senkrechte Welle in schneller Umdrehung gehalten
wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann auch die Maßnahme einschließen,
den Zinkrückstand aus den durch den Kamin abgeführten Gasen in Form von Zinkstaub
niederzuschlagen und diesen Zinkstaub in die Waschzone des Kondensators fallen zu
lassen, um ihn als flüssiges Metall wiederzugewinnen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung
ersichtlich, in welcher die Erfindung an einigen kennzeichnenden Ausführungsbeispielen
schematisch erläutert ist. Es zeigen Fig. i bis 3 in schematischer Darstellung und
Längsschnitt drei Ausführungsbeispiele einer Kondensatoreinheit, Fig. 4 und 5 zwei
Ausführungsbeispiele für ein Schleuderrad im Querschnitt, Fig. 6 und 7 zwei weitere
Ausführungsbeispiele eines Schleuderrades in äußeren Umrissen, Fig. 8 im Längsschnitt
eine Schleudereinrichtung mit vertikaler Achse, Fig. 9 einen Querschnitt gemäß den
Linien 9-9 der Fig. 8 und io, Fig. io eine Ansicht der Schleudereinrichtung selbst.
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In Fig. i ist ein zweistufiger Kondensator veranschaulicht, wobei
mit i ein Kamin bezeichnet ist, durch den die zinkbeladenen Gase direkt von ihrer
Quelle, welche beispielsweise ein Zinkschachtofen sein kann, in den Kondensator
eingeführt werden, der in zwei Teile 2 und 3 unterteilt ist. In der Kammer z taucht
ein Schaufelrad 4 in ein Bad von geschmolzenem Zink 5 ein. In der Kammer 3 ist ein
ähnliches Schaufelrad 6 angeordnet, welches in ein Bad 7 von geschmolzenem Blei
eintaucht. Der Boden 8 des Kondensators ist aus einem geeigneten, von flüssigem
Zink oder Blei nicht angreifbaren Material aufgebaut oder damit ausgekleidet. Die
Deckel 9 und io der Kammern sind abnehmbar oder ähnlich ausgebildet. Zwischen den
beiden Kammern ist eine hängende Wand i i und. darunter eine stehende Stauwand 12,
angeordnet, und zwar letztere so hoch, daß kein Zink oder Blei aus einer Kammer
in die andere gelangen kann. Durch die zwischen diesen Stauwänden gebildete Öffnung
tritt das Gas aus der Kammer i in die Kammer 2. An der Eintrittsseite der Kammer
2 ist eine hängende Stauwand 13 angeordnet, welche das eintretende Gas zwingt, durch
eine Öffnung 14 unmittelbar über dem Spiegel des Zinkbades einzutreten. Das Schleuderrad
4 wird in der Pfeilrichtung gedreht, so daß sich seine untere Hälfte gegen die Öffnung
14 bewegt. Hierdurch wird erreicht, daß das eintretende Gas sofort mit einem Sprühregen
von geschmolzenem Zink in Berührung gebracht wird. In der Kammer 3 bewegt sich das
Schleuderrad 6 in der Gegenrichtung (s. Pfeil), so daß sein unteres Ende sich gegen
den Gasauslaß 15 bewegt, der nach oben hin durch eine hängende Stauwand 16 begrenzt
wird. Die Gesamtanordnung bewirkt, daß das Gas zunächst durch eine Sprühung von
geschmolzenem Zink in der Kammer 2 und dann einer solchen von geschmolzenem Blei
in der Kammer 3 durchdringen muß.
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Das Zinkbad 5 ist über ein Unterströmungswehr 18 mit einem Behälter
17 verbunden. Aus diesem Behälter fließt das Zink ständig ab oder wird in häufigen
Intervallen abgezogen, um das gewünschte Niveau in .der Kammer :2 aufrechtzuerhalten
und das Schleuderrad 4 immer in geeigneter Tiefe in das Bad eintauchen zu lassen.
Sollte die Zinktemperatur in der Kammer 2 über die gewünschte Höhe ansteigen, welche
im allgemeinen -wischen 5oo
und 55o° C liegt, kann dies durch die
Anwendung einer zusätzlichen Kühlung im Behälter 17 oder durch einen Kühlwasserumläüf
in einer Höhlung um den Sumpf korrigiert werden. Sollte die Zinktemperatur zu niedrig
werden, so kann dies durch die Anordnung' einer Isolation um :die Kammer 2 korrigiert
werden.
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Durch das Einlaßrohr 2o und das Auslaßrohr ig wird Blei ständig in
der Kammer 3 in Umlauf gehalten. Es nimmt dabei Zink in Lösung auf und eine höhere
Temperatur an. Hierauf wird es unter kontrollierten Bedingungen gekühlt, um einen
Teil des gelösten Zinks auszuscheiden, und dann durch den Einlaß 2o wieder -in Umlauf
gebracht.
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Fig. 2 zeigt einen zweistufigen Kondensator; bei dem in beiden Stufen
Zink zur Anwendung gelangt. Der einzige Unterschied gegenüber Fig. i 'besteht darin,
daß die Stauwand i ia, der Stauwand i i in Fig, i entsprechend, etwas tiefer herabragt
und die Stauwand 1211, zier Stauwand 1.2 in- Fig. i entsprechend, niedriger ist
und ein Überströmungswehr bildet, über das flüssiges Zink-aus der Kamrrier 3 in
die Kammer :2 fließt. Der Auslaß und der Einlaß in Fig. t sind in Fig. 2 in Fortfall
gekommen.. Mittel der genannten Art, z. B: Wasserkühlung des Sumpfes und die Anwendung
einer Wärmeisolierung, können zur Anwendung gebracht werden, um die Temperatur der
Kammer 3 niedriger als die der Kammer 2 zu halten und vorzugsweise nur wenig über
den Schmelzpunkt- von Zink (42o° C). Der Sumpf der Kammer 3- ist-anfangs mit-flüssigem
Zink gefüllt bis zur Oberkante des Wehres i211, und wenn--Zink- in der Kammer 3
kondensiert, überfließt das geschmolzene Zink das Wehr in die Kammer 2 und wird
durch den Behälter 17 -wie in der Anordnung der Fig. i bei einer Temperatur
von ungefähr -5.0o .bis 55o° C abgezogen.
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In Fig. 3 enthält die erste' Kammer 21 ein Schleuderrad 22, welches
bei seiner -Umdrehung in ein Bad :23- von flüssigem Zink taucht und so einen Zinkschauer
erzeugt. Hierdurch wird eine schnelle Abkühlung der zinkhaltigen-. Gase erreicht,
die aus einem Kamin 24 unter einer Stauwand 25 eintreten, um mit dem Zinkschauer
in Berührung gebracht zu werden. Das kondensierte Zink kann unter einem Wehr 26
nach einem Außenbehälter 27 abfließen, woher es durch irgendwelche geeigneten Mittel
abgezogen werden kann. -Auf der anderen Seite ist es auch möglich, daß das- Zink
unmittelbar durch ein in -der Kammer 2i angeordnetes, nicht dargestelltes Stichloch
abgezogen wird. Die Temperatur des-flüssigen Zinks wird zwischen -50o und 60o° C
gehalten. Wenn es zu kühl wird, kann eine Isolierung um die Kammer 21 angeordnet
werden. Wenn es zu heiß wird, kann eine Kühlung bequem durch einen in den Behälter
27 eintauchen-,den Wasserkühler erreicht werden. Eine andere Art der Kühlung ist
durch. die Anordnung eines Wassermantels um die Seiten und den Boden des Sumpfes
möglich, Aus der Kammer 2,1 gelangen die Gase hierauf durch- zwei Kondensatoren
28, 29, die jeder ein Schleuderrad 3o und 31 zur Erzielung eines Bleischauers aufweisen.
Aus der Kammer 2g entweicht das Gas durch einen Kamin 32. Wenn auch die Öffnung
zum Kamin 32 unmittelbar in der Decke der Kammer 29 angeordnet sein kann, wurde
es für vorteilhaft gehalten, eine Stauwand 33 einzuschalten, um das Gas zu zwingen,
in den Kamin in der Höhe des Bodens der Kammer 29 einzutreten. Flüssiges Blei bei
einer Temperatur von etwa 350"C wird in die Kammer 2,9 durch das Rohr 34 eingeführt
und bildet ein Bad35, in welches das Schleuderrad 31 taucht. Das Blei fließt dann
über ein Wehr 36 in die Kammer 28, die sich auf einer höheren Temperatur als die
Kammer 2g befindet, und bildet hier ein Bad 37, in welches das. Schleuderrad
30 taucht. Von dort strömt das Blei ständig durch die Leitung 38 ab, wobei
seine Temperatur dann möglichst etwa 50o° C, aber nicht wesentlich über dieser Temperatur
sein soll. Das Blei, welches etwas Zink in Lösung enthält, wird unter kontrollierten
Bedingungen gekühlt, um einen Anteil des gelösten Zinks abzutrennen, und wird dann
durch die Leitung 34 wieder in Umlauf gebracht. Pfeile deuten die Umdrehungsrichtungen
der Schleuderräder an.
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Zwischen der Zinkkammer 21 und der benachbarten Bleikammer 28 ist
eine Wand 39 von genügender Höhe angeordnet, um einen Übertritt von flüssigem
Metall zwischen den Kammern 21 und 28 zu verhindern. Der Raum über dieser Wand 3g
bis hinauf zur Decke kann offen gelassen werden, doch hat- es sich als zweckmäßig
erwiesen, eine Praliwand 4o von der Decke herabhängend anzuordnen, um zu verhindern,
daß Spritzer aus der einen-in die andere Kammer geschleudert werden. Zwischen den
Prallwänden 39 und 40 ist genügend Raum vorhanden; um das Gas frei aus der
Kammer 2 1 in die Kammer 28 überströmen zu lassen. Eine herabhängende Prallwand
41 ist ebenso zwischen den Kammern 28 und 2g eingefügt.
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Einige praktische Beispiele von Schleuderrädern und anderen drehbaren
Vorrichtungen zum übersprühen von geschmolzenem Metall zur Verwendung in Kondensatoren
nach der Erfindung werden nachstehend kurz beschrieben.
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In Figg. 4 besteht das Schaufelrad 41 aus einer metallischen Trommel
42 mit vorspringenden Schaufeln 43; -die durch Stirnflansche 44 eingefußt
sind. Dies eignet sich nur zur Verwendung in Blei.
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In Fig. 5 ist ein Rotor 46 mit sagenartigem -Profil 47 dargestellt.
Derselbe kann aus Graphit hergestellt sein und von einer wassergekühlten Metallwelle
48 gehalten werden, die die Seitenwände des Kondensators durchdringt. Um die Hohlwelle
48 von der direkten Berührung mit dem Graphit auszuschließen, ist eine Buchse 49
aus isolierendem Zement vorgesehen, in die mehrere vorspringende Rippen 5o der Welle
48 eingebettet sind. Entsprechend; ist der Zement am Graphit durch Aussparungen
5 i im Graphit verankert, die mit Zement gefüllt sind.
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Fig. 6 zeigt das Profil eines Rotors 56 aus Graphit, der so. geformt
ist, daß Becher 57 für die Aufnahme
des geschmolzenen Metalls,
in das der Rotor eintaucht, gebildet werden.
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Fig. 7 zeigt das Profil eines weiteren Rotors 52 aus Graphit, der
mit zahlreichen Nuten b,zw. Vertiefungen 53 oder, in anderer Betrachtungsweise,
mit zahlreichen Zähnen 54 versehen ist. Das Ganze ist von Stirnflanschen 55 eingefaßt,
die ebenfalls aus Graphit bestehen.
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In Fig. 8 ist eine Fliehkraftschleudervorrichtung dargestellt, die
aus einem im wesentlichen zylindrischen Rotor 58 besteht, der auf einer hohlen Metallwelle
59 sitzt, welche senkrecht angebracht ist und die Decke 6o der Kondensationskammer
durchdringt. Der Rotor 58 kann aus Graphit oder einem anderen geeigneten hitzebeständigen
Werkstoff hergestellt sein und wird von der direkten Berührung mit der Welle 59
unter einer Hülse 61 aus isoliertem Zement abgeschlossen. Aus einem Stück mit dem
Rotor besteht ein aufwärts. gerichteter Hohlzylinder 62 aus Graphit, der die Welle
59 mit einer Zwischenlage von isolierendem Zement bis hinauf zur Decke 6o der Kondensatorkammer
umgibt. An ihrem unteren Ende ist die Welle 59 mit Vorsprüngen 63 versehen, um den
isolierenden Zement zu verankern. An derselben Stelle sind Rücksprünge 64 in .dem
Rotor, und diese sind mit Zement ausgefüllt, so daß die Welle, die Hülse und der
Rotor -wirksam miteinander verankert sind. Die Welle 59 ist mit Wasser oder einem
anderen Kühlmedium gekühlt, welches durch eine Leitung 65 eingeführt wird, die über
den Boden der hohlen Welle 59 endet. Das Wasser fließt aufwärts durch den Ringraum
67 zwischen denn Rohr 65 und der Welle 59, nachdem es durch das offene Ende 66 des
Rohres hindurchgetreten ist.
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An der Außenseite des Rotors sind zwei gleichartige und diametral
gegenüberliegende Rippen aus der Zylinderfläche herausgeschnitten, die sich, wie
aus Fig. 9 und io ersichtlich, von einem Punkt 68 oder 69 an der Oberseite des Rotors
zu diametral gegenüberliegenden Punkten 70 und 7 1 am unteren Ende
des Rotors erstrecken. Der Verlauf auf der Zylinderfläche des Rotors soll nachstehend
in der ebenen Abwicklung erläutert werden. Die Rippe von 68 bis 70 würde
dann senkrecht verlaufen von 68 bis 72, nahezu kreisförmig in Form eines Viertelkreises
von 72 bis- 73 und horizontal von 73 bis 70. Die Rippen sind in die Oberfläche eingearbeitet,
indem sie nach einem etwas spitzen Winkel geschnitten sind.
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In horizontaler Richtung sind die Rippen geneigt von einer maximalen
Tiefe bei 68 (69) durch eine mittlere Tiefe bei 74 (75) bis Null bei 70 (7
i). Die Drehrichtung ist in Fig. 9 durch einen Pfeil angedeutet.
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Die Unterseite des Rotors ist unterhalb des Spiegels. vom flüssigen
Zink angeordnet, welches in der Kondensatorkammer vorhanden ist, und das obere Ende
des Rotorkörpers befindet sich oberhalb des Zinkspiegels. Ein zweckmäßiger Spiegel
für das Zinke ist durch die Linie 76-77 angedeutet.
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Die rotierende Hülse 62 greift mit nur geringem Spiel in eine feste
Hülse 78 ein, welche sich von der -Decke 6o des Kondensators bis zu einer kreisförmigen
Vertiefung von der Oberseite des Rotors abwärts erstreckt. In dieser Rinne ist flüssiges
Zink vorhanden, welches eine wirksame Abdichtung bildet. Das obere Ende der festen.
Hülse-78 ist in eine Gasabdichtung eingeschlossen, welche aus einem abgedichteten
Gehäuse 8o mit einer oberen Öffnung für die Durchführung der Welle 59 besteht und
eine Buchse 82 aufweist. An der Seite des Gehäuses 8o befindet sich eine Öffnung
83, durch die ein langsamer Gasstrom hereingedrückt wird. Ein für diesen Zweck geeignetes
Gas ist vornehmlich Kohlenmonoxyd, wie es den Kondensator verläßt, nachdem ihm das
Zink entzogen wurde. Dieses Gas strömt durch den Ringraum zwischen der festen Hülse
78 und der rotierenden Hülse 62, wird hierbei erhitzt und sprudelt durch die in
der Rinne 79 vorhandene Sperrflüssigkeit aus. flüssigem Metall.