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Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigen Erzen durch Schmelzen
mit einem festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel im Lichtbogenofen Die Erfindung
bezieht sich auf die Gewinnung von Zink aus zinkhaltigem Erz und insbesondere auf
das Ausschmelzen eines solchen Erzes im Lichtbogenofen.
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Die Verhüttung von Zinkerz im Lichtbogenofen bietet manche Vorteile
einschließlich einfacher Einsatzaufbereitung und ebenso einfachen Ofenbetriebes
im Vergleich zu anderen zur Zeit üblichen Zinkschmelzverfahren. Es haben bisher
schon zahllose Vorschläge für das elektrische Erschmelzen von Zinkerzen vorgelegen,
wobei eine trockene Charge, bestehend aus dem Erz und Reduktionsmittel, unter dem
damit verbundenen Freiwerden von metallischem Zinkdampf niedergeschmolzen wird;
jedoch nach bestem Wissen des Erfinders hat ein solcher Vorgang noch keine technische
Verwendung gefunden. Bei der Ausführung solcher älterer Verfahrensvorschläge auch
in kleinem Maßstabe wurde die Erfahrung gemacht, daß die so erzeugten zinkdampfführenden
Gase nicht kondensiert werden konnten, ohne daß sich eine übermäßige Menge »blauen
Pulvers« oder Zinkstaubes oder beider bildete, und daß der Schmelzvorgang selbst
durch eine niedrige Zinkausbeute aus dem Einsatz und durch unterbrochenen Betrieb
gekennzeichnet war.
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Es wurde nun festgestellt, daß es möglich ist, oxydische oder oxydierte
Zinkerze in Gegenwart
bedeutender Mengen von Eisen und Kupfer oder
von Edelmetallen oder beidem in technischem Maßstab in einem elektrischen Lichtbogenofen
unter der damit verbundenen Entstehung von metallischem Zinkdampf zu erschmelzen,
der überwiegend zu massivem Zinkmetall kondensiert werden kann, wobei Kupfer und
Edelmetalle in einer Form konzentriert werden, aus der sie durch gewöhnliche Mittel
ausgezogen werden können. Man hat gefunden, daß dieses Ergebnis durch gleichzeitige
Einhaltung von mehreren bestimmten Schmelzbedingungen zu erreichen ist. Diese Schmelz-,
Bedingungen beruhen auf der Zusammensetzung des Einsatzes einschließlich der Gegenwart
einer bestimmten Menge von Sulfidschwefel und auf der Art, in welcher das Schmelzen
bewerkstelligt wird. Das vorliegende Schmelzverfahren besteht darin, daß in einem
oxydierten Zinkerzeinsatz mit beträchtlichen Mengen Eisen und Kupfer, Silber oder
Gold oder Verbindungen hiervon eine Menge von Sulfidschwefel gebildet wird, die
ausreicht, um einen Rohstein mit praktisch der gesamten etwa vorhandenen Menge Kupfer
oder Edelmetalle oder beiden und mindestens einem Teil des Eisens herzustellen,
ferner darin, daß in der Einsatzzusammensetzung eine Menge des Reduktionsmittels
gebildet wird, die ausreicht, -um das gesamte Zinkoxyd und vorteilhafter-, jedoch
nicht not= wendigerweise mindestens einen Teil jenes Eisenoxyds zu reduzieren, das
durch den Schwefel nicht in Sulfid übergeführt wurde. Weitere Bedingungen sind,
daß das Einsatzgut in lockerem, trockenem Zustand zum Einsatz kommt, die Erzeugung
der Schmelzwärme für diese Reduktion innerhalb des Ofens durch einen mit der Masse
der geschmolzenen Schlacke in Berührung stehenden Lichtbogen herbeigeführt und die
Reduktion in einer Schmelzzone oberhalb der geschmolzenen Schlacke und außerhalb
direkter Berührung mit dem heizenden Lichtbogen durchgeführt wird, wodurch das Schmelzen
des Einsatzes bei einer Temperatur von nicht über 1q.50° C bewirkt wird.
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Oxydische Zinkerze enthalten im allgemeinen Zink, Kadmium, Blei und
Eisen, die oft von beträchtlichen Mengen Kupfer, Silber oder Gold oder von Verbindungen
hiervon begleitet sind. Die Oxyde dieser Metalle, mit Ausnahme des Goldes, das in
solchen Erzen gediegen auftritt, sind durch ein festes, kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel
bei Temperaturen von etwa 110o bis iq.oo° C leicht reduzierbar. Die Gangbestandteile
des Erzes bestehen aus Oxyden von Kalzium, Magnesium und Silizium, die unter diesen
Bedingungen nicht ohne weiteres reduzierbar sind. Während Schmelztemperaturen von
iioo bis 1q.00° C in einem elektrischen Ofen leicht erreicht werden können, ist
es für die übliche Elektroschmelzofentechnik kennzeichnend, daß ein wesentlicher
Teil des Einsatzes auf eine merklich höhere Temperatur gebracht wird als die übrige
Einsatzmasse. Schmelztemperaturen von wesentlich über 1q.50° C können vermieden
werden, wenn der Einsatz außerhalb direkter Berührung mit- dem Ofenlichtbogen erschmolzen
wird, wobei die Ofenwärme weitgehend durch die Strahlung aus einem Lichtbogen geliefert
wird, der sich zwischen den Ofenelektroden und einer beim Schmelzen des Einsatzes
erzielten geschmolzenen Schlackenmasse bildet. Jedoch auch bei diesem Einsatzschmelzverfahren
haben beträchtliche Mengen der in der Schlacke enthaltenen Oxyde von Kalzium, Magnesium
und Silizium ausgesprochene Reduktionsneigung unter der hohen Lichtbogentemperatur,
wenn die Schlacke eine feststellbare Menge freien kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels
enthält. Da festgestellt wurde, daß die Reduktion dieser Gangbestandteile zu deren
Verflüchtigung und nachfolgendem Auftreten von staubähnlichen Teilchen der entsprechenden
Oxyde führt, die die Bildung von ' physikalischem und chemischem blauem Pulver im
Zinkdampfverdichter zu fördern scheinen, ist die Reduktion der Gangbestandteile
gewissenhaft zu vermeiden.
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Um das Fehlen kohlenstoffhaltigere Reduktionsmittels, das zur Reduktion
der Gangbestandteile der geschmolzenen Schlacke in der Nähe der Heizlichtbögen dienen
könnte, zu gewährleisten, wurde zuvor festgestellt, daß die Menge des Reduktionsmittels
derart auf die vorerwähnten leicht reduzierbaren Metalloxyde abzustimmen ist, daß
ein gewisser Teil des Eisenoxyds unreduziert bleibt. Unter diesen Bedingungen werden
praktisch alle übrigen leicht reduzierbaren Metalloxyde zu metallischem Zustand
reduziert, während eine kleine Menge Eisenoxyd unreduziert bleibt. Anderseits kann
eine zu große Menge Eisenoxyd aus dem Grunde nicht in der Schlacke geduldet werden,
weil die entstehende Schlacke ihrer Art nach so oxydiert ist, daß sie zur Entkohlung
des geschmolzenen Roheisens neigt, das im Verlauf des Schmelzvorganges erzeugt wird
und unter der geschmolzenen Schlacke liegt. Eine Entkohlung des Roheisens erhöht
dessen Schmelzpunkt und neigt dazu, das metallische Eisen innerhalb des Ofens unbeweglich
zu_ machen. Um also ein überwiegend zu massivem Zinkmetall kondensierbaren Zinkdampf
und ein abstichfähiges Roheisennebenprodukt aus dem Schmelzen eines im wesentlichen
vollständig oxydischen Zinkerzes zu erzielen, muß die Menge des im Einsatz vorhandenen
kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels so auf dessen übrige Bestandteile abgestimmt
werden, daß in der Schlacke 1,5 bis 6 Gewichtsprozent Eisenoxyd (als Fe gerechnet)
verbleiben.
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Es hat sich jedoch nunmehr herausgestellt, daß eine derartige sorgfältige
Regulierung des Eisenoxydgehaltes der Schlacke praktisch vermieden werden kann,
wenn die Einsatzzusammensetzung so erfolgt, daß sie eine Menge Sulfidschwefel aufweist,
die ausreicht, uni Eisensulfid mit mindestens einem Teil des Eisengehaltes des Einsatzes
und einen Rohstein mit praktisch » dem gesamten Kupfer-, Silber- und Goldgehalt
des Erzes -zu bilden. Unter diesen Bedingungen hat sich gezeigt, daß ' das entstehende
geschmolzene Eisensulfid praktisch alles Kupfer, Silber und Gold in leicht gewinnbarer
Form festhält, wobei Kadmium und
Blei frei und gleichzeitig mit
dem Zink verflüchtigt werden, und daß der Schmelzvorgang in mechanischer und chemischer
Hinsicht durch den Eisenoxydgehalt der Schlacke nicht nachteilig beeinflußt wird.
Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, etwas metallisches Eisen in den Rohstein
einzuführen, wobei das freie Eisen als Reduktionsmittel für irgendwelches im Rohstein
gelöstes Zinksulfid dient. Die Einführung von mindestens etwas reduziertem Eisen
in den Rohstein führt also hierin zur Verringerung des Zinkbestandteiles aus dem
Einsatz. Demgemäß kann die Einsatzzusammensetzung nicht nur so eingerichtet sein,
daß sie eine Schwefelmenge enthält, die zur Bildung eines Rohsteines unter Aufnahme
praktisch des gesamten Kupfers, Silbers und Goldes und mindestens eines Teiles des
Eisens ausreicht, sondern sie kann mit Vorteil weiter derart abgestimmt werden,
daß mindestens ein Teil des Eisens nicht in Sulfid verwandelt wird und in der Einsatzzusammensetzung
eine Menge des kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels gebildet wird, die ausreicht,
um das gesamte Zinkoxyd des Einsatzes und mindestens einen Teil jenes Eisenoxyds
zu reduzieren, das durch den Schwefelbestandteil des Einsatzes nicht in Sulfid verwandelt
wurde. Wenn die Menge des so erzeugten metallischen Eisens jene Menge überschreitet,
die das Zinksulfid im Rohstein ersetzen würde, und weiterhin die Löslichkeitsgrenze
des metallischen Eisens in der Matte überschreitet, sammelt sich diese überschußmenge
geschmolzenen Eisens in einem Sumpf unterhalb der Rohsteinschicht. Soweit das metallische
Eisen in der Schmelzzone in Gegenwart kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel gebildet
wird, wird es gleichzeitig aufgekohlt. In seiner karburierten, als Roheisen bekannten
Form wird das Eisen bei der vorherrschenden Ofentemperatur geschmolzen, so daß es
sich absetzt und zusammenfließt. Soweit ein wenn auch sehr dünner darüber schwimmender
Film oder eine solche dünne Schicht des Rohsteines diese Roheisenmasse vor der Entkohlung
durch eine hochoxydierende Schlackenart schützt, zeigt es sich, daß die Größe des
Eisenoxydgehaltes der Schlacke bei einem derartigen Schmelzverfahren ohne Folgen
ist.
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Das Schmelzverfahren nach der vorliegenden Erfindung ist auf beliebige
Zinkerze anwendbar, ob sie nun im oxydierten Zustand natürlich vorkommen oder durch
Rösten von Zinkblende erhalten werden. Wenn das Erz eine beträchtliche Menge Eisen
und ein oder mehrere der Metalle Kupfer, Silber und Gold enthält, kann der erforderliche
Schwefel einer fremden OOuelle entnommen werden, wenn das Erz selbst frei von Schwefel
oder abgeröstet worden ist, oder der erforderliche Schwefel kann dem Erz selbst
entzogen werden, wenn es sich um ein Sulfid handelt, indem der Röstprozeß kurz vor
Vollendung unterbrochen wird. Demgemäß bezeichnet der hier und in den Ansprüchen
verwendete Ausdruck »Bildung eines bestimmten Schwefelgehaltes im Einsatz« sowohl
die Anpassung des einem Erz eigentümlichen Schwefelgehaltes als auch den Zusatz
von Schwefel aus einer fremden Quelle, wie nachstehend ausführlicher beschrieben
wird, Ein solcher Schwefelgehalt des Einsatzes umfaßt natürlich außer jenem Schwefel
überdies noch den durch den Kalk in der Schlacke beanspruchten Schwefelanteil. Man
kann also feststellen, daß die Quelle und Natur des Zinkerzes nicht von entscheidender
Bedeutung ist. Tatsächlich können Zinkerze jeder Art und jeden Ursprungs und mit
einem zwischen 2o bis über 65% schwankenden Zinkgehalt nach dem Verfahren gemäß
vorliegender Erfindung erschmolzen werden.
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Schmelztemperaturen von nicht über 1q.50° C können in einem zinkhaltigen
Einsatz in einem elektrischen Lichtbogenofen erreicht werden, wenn die Charge im
wesentlichen durch Strahlung aus dem Lichtbogen und durch Berührung mit der heißen
Schlackenmasse erwärmt wird, die im Verlauf des Schmelzvorganges gebildet wird und
die eine Temperatur von 1q.50° C, als Schlackentemperatur beim Abstich aus dem Ofen
gemessen, nicht überschreiten darf. Es wurde festgestellt, daß ein Zinkerzeinsatz
wirksam unter diesen Bedingungen erschmolzen werden kann, während der Einsatz in
Form einer losen Masse von Einzelteilchen und außer direkter Berührung mit dem Heizlichtbogen
auf der Oberfläche der Schlacke schwimmt, die bei Temperaturen von mindestens etwa
iioo° C flüssig gehalten wird. Das Schmelzen scheint im wesentlichen in einer Zone
über der Schlackenoberfläche einzusetzen, während es teilweise auch im Bereich zwischen
Einsatz und Schlacke und teilweise in der Einsatzaufschüttung unmittelbar darüber
stattfindet. Der Schmelzvorgang ist endothermisch, ünd demzufolge hat der frische
Einsatz eine hohe Wärmeabsorptionsfähigkeit aus dem Lichtbogen und aus der Schlackenoberfläche,
und zwar sowohl durch Berührung als auch unter den idealen Strahlungsbedingungen
eines vollkommen schwarzen Körpers. Diese endothermische Wärmeabsorption aus der
Schlacke und dem Lichtbogen dient zur Regelung der Temperatur der Schlacke und des
ungeschmolzenen Einsatzes und ermöglicht die Aufrechterhaltung von Schmelzbedingungen,
bei denen die Temperatur das Maximum von 1q.50° C der Schlackentemperatur nicht
überschreitet.
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Die bei der Durchführung der Erfindung brauchbaren Reduktionsstoffe
sind jene festen kohlenstoffhaltigen Materialien, die gewöhnlich bei metallurgischen
Schmelzvorgängen zur Verwendung kommen. Kohle und Koks können mit besonderem Vorteil
vorzugsweise in einer Körnung von 1,25 cm Durchmesser bis zur Staubform verwendet
werden. Die bei Ausführung der Erfindung verwendete Menge kohlenstoffhaltigen Materials
muß praktisch die vollständige Reduktion des Zinkoxyds und der verhältnismäßig kleinen
Beimengen der leicht reduzierbaren Blei- und Kadmiumoxyde im Erz bewirken. Bei einer
bevorzugten Betriebsart gemäß vorliegender Erfindung muß die dem Einsatz zugeschlagene
Menge von Reduktionsstoffen
auch dazu ausreichen, um mindestens
einen Teil jenes Eisenoxydbestandteiles des Einsatzes zu reduzieren, der durch dessen
Schwefelbestandteil noch nicht in Sulfid verwandelt ist. Die Regulierung der Kohlenstoffmenge
im Einsatz läßt sich durch gelegentliche Analyse der Schlacke bewerkstelligen, wobei
das richtige Mengenverhältnis des Kohlenstoffs im Einsatz gemäß der bevorzugten
Betriebsweise durch die Gegenwart von mindestens etwa o,5 % Eisen in der Schlacke
in Form von Eisenoxyd angezeigt wird. Die erfolgreiche Durchführung des Schmelzverfahrens
gemäß der Erfindung setzt jedoch auch eine richtige Abstimmung zwischen Einsatz-
und Reduktion'smittelmenge voraus, so daß praktisch kein freies Eisenoxyd in der
Schlacke verbleibt, obwohl, wie oben erläutert, die Menge des Reduktionsmittels
nicht so groß sein darf, daß in der Schlacke eine Menge freien Reduktionsmittels
zurückbleibt, wodurch die Verflüchtigung der staubbildenden Gangbestandteile gefördert
wird.
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Der Sulfidschwefelbestandteil des Einsatzes ist im allgemeinen dem
Erz eigen, wie im Falle eines Sulfiderzes, das nahezu abgeröstet ist, so daß eine
der obenerwähnten Vorschrift entsprechende Sulfidschwefelmenge zurückbleibt. Dasselbe
Ergebnis läßt sich durch Mischung eines abgerösteten oder natürlich vorkommenden
oxydischen Erzes mit einem ungerösteten sulfidischen Erz in solchen Mengenverhältnissen
erreichen, daß die gewünschte Menge verfügbaren Schwefels gebildet wird. Außerdem
kann im Falle natürlich vorkommender oxydischer Zinkerze, die Kupfer, Silber oder
Gold oder Mischungen hiervon enthalten, jedoch keine zureichende Menge Eisen zur
Bildung des Rohsteines Pyrit dem Erz zugesetzt werden, um die erforderlichen Mengen
Eisen und Schwefel zu liefern. Wenn Pyrit zu diesem Zweck zugeschlagen wird, wird
dessen labiler Schwefel in der nachstehend weiter erläuterten Vorwärmstufe ausgeschieden,
die bei der Durchführung der Erfindung sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
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Im Verlauf des Schmelzvorganges werden Zink-, Kadmium- und Bleioxyde
leicht zu metallischer Form bei den vorherrschenden Ofentemperaturen reduziert.
Jedoch wurde festgestellt, daß im Vergleich zu den übrigen leicht reduzierbaren
Bestandteilen des Zinkerzes Eisenoxyd bei Temperaturen von nicht über etwa 1q.50°
C etwas schwieriger zu reduzieren ist. -Dies bedeutet, daß praktisch das gesamte
Zink-, Kadmium- und Bleioxyd im Einsatz reduziert werden kann, während etwas Eisenoxyd
unreduziert bleibt. Die Gegenwart unreduzierten Eisenoxyds in der Schlacke ist demnach
nicht unvereinbar mit praktisch vollständiger Ausscheidung der übrigen leichtreduzierbaren
Oxyde aus dem verschlackten Einsatz. Wie zuvor erwähnt, wurde festgestellt, daß
die Gegenwart solchen rückständigen Eisenoxyds in der Schlacke als Indikator dafür
dienen kann, daß mindestens ein Teil des Eisengehaltes des Einsatzes unsulfidiert
blieb und zur Reduktion zwecks Einführung elementaren Eisens in den. Rohstein verfügbar
war: So hat sich gezeigt, daß, wenn der zinkhaltige Einsatz; womit der elektrische
Ofen beschickt wird, von genügend Schwefel im Verhältnis zu den Anteilen an Kohlenstoff
und leichtreduzierbaren Metallen im Einsatz begleitet ist, um einen geschmolzenen
Rohstein und eine von unverbrauchtem Reduktionskohlenstoff im wesentlichen freie
geschmolzene Schlacke zu bilden, praktisch der gesamte Zinkbestandteil des Erzes
ohne Steigerung der Temperatur der Schmelze über 1q.50° C hinaus und ohne Bildung
schädlicher Mengen staubbildender Bestandteile, die eine Verdichtung des Zinkdampfes
überwiegend zu massivem Zinkmetall behindern könnten, reduziert werden kann. Gleichzeitig
wurde die Erfahrung gemacht, daß, wenn der gesamte Zinkbestandteil des Erzes reduziert
worden ist, praktisch alles Kadmium und Blei im Erz ebenfalls reduziert sein wird,
während Kupfer, Silber und Gold im Einsatz im Rohstein konzentriert werden.
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Im Verlauf des Schmelzvorganges wird mindestens - ein Teil und im
allgemeinen ein größerer Teil des Eisenbestandteils des Einsatzes in Form eines
Rohsteins abgesondert, welcher im Einsatz vorhandenes Kupfer, Silber und Gold aufnimmt,
während praktisch der gesamte Zinkbestandteil des Erzes als metallischer Zinkdampf
ausgeschieden wird, der die Blei- und Kadmiumbestandteile des Erzes mit sich führt.
Demzufolge verbleiben nur Gangbestandteile als Schlacke, die dann durch irgendeine
Menge Eisenoxyd ergänzt werden, die absichtlich darin belassen wird. Die Gangbestandteile
bestehen bei den meisten Zinkerzen überwiegend aus Kalk und Kieselsäure und sind
im allgemeinen von verhältnismäßig kleinen Mengen Magnesium- und Aluminiumoxyd begleitet,
die durch die Gegenwart von ähnlichen, in der Kohlenasche vorhandenen gangartigen
Bestandteilen vermehrt werden. Die Mengenverhältnisse dieser schlackenbildenden
Bestandteile 'einschließlich des Eisenoxyds, das einen ausgesprochen verflüssigenden
Einfluß ausübt, sind so zu regulieren, daß eine Schlacke erzeugt wird, die genügend
Dünnflüssigkeit aufweist, um das Absetzen eines geschmolzenen Rohsteins durch sie
hindurch mindestens nach Maßgabe der Erzeugung desselben in der Schmelzzone innerhalb
der normalen Betriebstemperaturbereiche von etwa 11oo.bis 1q.50° C zu ermöglichen.
Eine Schlackendünnflüssigkeit von diesem Grad erleichtert die Verteilung der erzeugten
Lichtbogenwärme durch sie hindurch, und die entstehenden gleichmäßigen Schlackentemperaturbedingungen
tragen in bedeutendem Maße dazu bei, daß Zinkerze im Lichtbogenofen unter Bildung
von metallischem Zinkdampf verschmolzen werden können, der sich überwiegend zu massivem
Zinkmetall verdichten läßt.
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Das Schmelzen des trockenen Einsatzes in einer Zone über der geschmolzenen
Schlackenmasse und außerhalb des Kontaktes mit dem Heizlichtbogen bedingt das Beschicken
des Ofens durch Einlässe, die über der Schlackenschicht und von den Elektroden entfernt
angeordnet sind. Die Beschickung
durch die Ofendecke in der Nähe
der Ofenseitenwände erfüllt diese Erfordernisse, vorausgesetzt, daß das Einsatzgut
im Verhältnis zu seinem Schüttwinkel und den Ofenmaßen in solcher Menge eingeführt
wird, daß sich eine einwärts und abwärts gleitende Aufschüttung von Einsatzgut bildet,
die an der Oberfläche des Schlackenkörpers außerhalb direkter Berührung mit dem
zwischen jeder Elektrode und dem Schlackenkörper gebildeten Lichtbogen endigt. Nach
Entstehung des Walles bzw. der Aufschüttung von Einsatzgut gleiten die daraufhin
durch die Ofendecke eingeführten Einsatzmengen an der Oberseite der Aufschüttung
herab und werden weitgehend der Oberfläche des geschmolzenen Schlackenkörpers zugeführt.
Der Einsatz auf der Oberseite der Aufschüttung wird durch Strahlung aus dem Lichtbogen
auf Schmelztemperatur gebracht und ebenso durch die Wärme, die dahin von der Schlacke
übertragen wird. Eine allgemeine Überhitzung der Schlacke durch die Lichtbogen wird
weitgehend durch die Wärmeabsorption durch das in Kontakt mit der Schlacke stehende
reduzierbare Einsatzmaterial verhindert. Diese Wärmeabsorption neigt zur Kühlung
der Schlackenoberfläche und schafft dadurch einen temperaturregulierenden Puffer,
der die Entwicklung einer wesentlich über 1q.50° C hinausgehenden Schmelztemperatur
im Einsatz verhindert. Dementsprechend führt die Art, in welcher das frische Einsatzgut
geschmolzen wird und seinerseits als temperaturregelndes Medium gemäß der Erfindung
dient, in besonderem Maße zum Freiwerden eines metallischen Zinkdampfes aus der
Schmelzzone.
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Das einzige Erfordernis für die physikalische Form des bei Durchführung
der Erfindung verwendeten Einsatzgutes ist, daß es locker und trocken sein muß.
»Lose« oder »locker« bedeutet, daß das Gut nicht in massiver Form, also beispielsweise
als große gesinterte Blöcke od. dgl., eingeführt werden darf. Das Einsatzgut muß
so, lose sein, daß es frei über die Oberfläche der Aufschüttung und auf die Oberfläche
der Schlackenschicht hinabfließt, wobei der Feinheitsgrad von Staubgröße bis zu
1,25 mm Durchmesser variiert. Die Vorschrift, daß das Einsatzgut »trocken« sein
muß, soll bedeuten, daß es nicht in geschmolzenem Zustand in den Ofen gegeben werden
darf. Es ist ein kennzeichnendes Merkmal des Schmelzverfahrens nach der Erfindung,
daß das Einsatzgut auf der Oberfläche der heißen flüssigen Ofenschlacke geschmolzen
wird; dieser Bedingung kann nur entsprochen werden, wenn das Einsatzgut in der vorerwähnten
losen trockenen Form in den Ofen gegeben wird.
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Es hat sich ergeben, daß die Verdichtungsausbeute gemessen nach dem
Verhältnis der erzielten Menge geschmolzenen Zinkmetalls zu der Menge des in den
Ofen gegebenen Zinks beträchtlich durch Vorwärmen des Ofeneinsatzes verbessert werden
kann. Diese Vorwärmung hat keinen merklichen Einfluß auf den Schmelzvorgang an sich,
ausgenommen die Verringerung des zum Schmelzen erforderlichen Kraftbedarfes. Die
Verbesserung der Verdichtungsausbeute durch Vorwärmen des Ofeneinsatzes scheint
die Folge der Regulierung der Ofengastemperatur zu sein. Wenn kaltes Einsatzgut
in den Ofen gebracht wird, werden die an der sich bildenden Aufschüttung aufsteigenden
Schmelzgase durch den relativ kühleren Einsatz gekühlt. Kohlenoxyd, der vorherrschende,
nicht kondensierbare Bestandteil der Ofenatmosphäre, ist dafür bekannt, daß es bei
Temperaturen von goo bis looo° C in ausgedehntem Maße zu Kohlendioxyd und Kohlenstoff
dissoziiert wird. Es scheint also, daß die kohlenoxydhaltigen Schmelzgase, die in
Berührung mit einem relativ kühlen Ofeneinsatz entstehen, auf jene Temperatur abgekühlt
werden, bei der das Kohlenoxyd zur Dissoziation neigt. Die Bildung von Kohlendioxyd
verursacht aber die unmittelbare Oxydation von Zinkdampf, der im Verdichter als
Zinkstaub erscheint. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Vorwärmung des Einsatzes auf
eine Temperatur von mindestens 50o° C zur Zeit seiner Einbringung in den Ofen es
möglich macht, das Einsatzgut in Gegenwart der entstehenden Schmelzgase zu erwärmen,
ohne diese Gase so weit abzukühlen, daß ihre Temperatur auf die kohlenoxyddissoziierende
Temperatur oder auf eine Temperatur sinkt, bei welcher bereits in der Ofenatmosphäre
vorhandenes Kohlendioxyd den Zinkdampf oxydiert.
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Eine noch stärkere Vorwärmung des Einsatzgutes, d. h. auf eine Temperatur
von mindestens 800° C, verringert den Kohlendioxydgehalt der Ofengase noch zusätzlich
weiter. Irgendwelches mit dem Einsatz in den Ofen eingeführtes Ferrioxyd wird durch
Kontakt mit Kohlenoxyd in der Ofenatmosphäre reduziert, wobei das Kohlenoxyd in
Kohlendioxyd verwandelt wird. Wenn jedoch das Ferrioxyd vor Einführung in den Ofen
vorreduziert werden kann, erzeugt sein Reduktionsprodukt (Eisenoxydul) keine schädlichen
Mengen von Kohlendioxyd, wenn es beim Schmelzvorgang dem Kohlenoxyd ausgesetzt wird.
So hat sich ergeben, daß durch Vorwärmen des Erz-Kohle-Einsatzes auf eine Temperatur
von mindestens 80o° C die vorerwähnte Vorreduktion mit den damit verbundenen Vorteilen
bei der Verdichtung von Zinkdampf aus den Schmelzgasen verwendet werden kann. Um
diesen Vorteil voll auszunutzen, müßte der vorgewärmte Einsatz mit einem Minimum
an Kühlung oder anderem Einfluß durch eine Oxydationsatmosphäre, die zur Reoxydation
des Eisens neigt, in den Schmelzofen gebracht werden.
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Auch hat es sich gezeigt, daß, wenn fremdes Kalziumoxyd vor der Vorwärmung
mit den Einsatzbestandteilen gemischt wird, der Vorwärmvorgang, der eine Verbrennung
eines Teiles des im Einsatz vorhandenen Kohlenstoffes bewirkt, zur Bildung von Kohlendioxyd
neigt, welches seinerseits den Kalkbestandteil des Erzes karbonisiert. Diese Karbonisation
des Kalziumoxyds führt in den Ofen eine leicht verfügbare Quelle von Kohlendioxyd
ein, welche, wie oben betont, wo immer möglich zu vermeiden ist. Dementsprechend
hat es
sich als vorteilhaft erwiesen, dem der Vorwärmung unterworfenen
Einsatz kein fremdes Kalziumoxyd als Flußmittelzuschlag zuzusetzen.
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Die Verdichtung der gemäß der Erfindung erzeugten zinkdampfführenden
Schmelzgase ist bei hoher Ausbeute leicht zu erreichen. Obwohl der Zinkdampf in
ortsfesten Vorlagen mit Wärmeregulierung und -ableitüng, wie sie in der USA.-Patentschrift
von Bun,ce 1 673 861 beschrieben sind, wirksam kondensiert werden kann, wird dies
mit besonderem Vorteil in einer Vorlage jener Bauart bewirkt, worin der Zinkdampf
in innige Berührung mit einer verhältnismäßig großen, frisch dargebotenen Fläche
geschmolzenen Zinks gebracht wird. Die letztere Vorlage ist in jener Bauart verwirklicht,
worin die zinkdampfführenden Gase durch einen Regen geschmolzenen Zinks geleitet
werden, das kräftig durch eine engumschlossene Verdichtungszone geschleudert wird,
wie in den USA.-Patentschriften 2457544 über 2457551, 2494551 und 2494552 beschrieben
ist. Diese letztere Zinkvorlagenbauart ist imstande, den gesamten in den Schmelzgasen
enthaltenen Zinkdampf auszuscheiden und zu geschmolzenem Metall zu reduzieren, mit
Ausnahme jener Dampfmenge, die dem Dampfdruck von geschmolzenem Zink bei der Temperatur
der Vorlagenabgase entspricht.
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Beim Schmelzen von Zinkerzen. in einem elektrischen Ofen gemäß der
Erfindung kann die Temperatur der kohlenoxydhaltigen Ofengase den Bereich durchlaufen,
worin das Kohlenoxyd merklich zur Dissoziation in Kohlendioxyd und Kohlenstoff neigt.
Das Kohlendioxyd, das ein kräftiges Oxydationsmittel für Zinkdampf ist, neigt zur
Bildung von mineralischen Oxydablagerungen und blauem Pulver. Wenn jedoch eine merkliche
Menge naszierenden Kohlenstoffes in den Ofengasen suspendiert ist, kann das darin
vorhandene Kohlendioxyd praktisch vollständig ausgeschieden werden. Eine solche
Suspension naszierenden Kohlenstoffes in der Ofenatmosphäre läßt sich dadurch erzielen,
daß in diese Atmosphäre spaltbarer Kohlenwasserstoff so eingeleitet wird, daß,-
wenn er bei der vorherrschenden Ofenatmosphärentemperatur gespalten wird, er darin
eine Wolke rußähnlicher Teilchen naszierenden Kohlenstoffes von sich gibt. Die Kohlenstoffteilchen,
die bei ihrem Schweben durch die Ofengase gleichzeitig naszieren und weißglühend
sind, scheinen offenbar bei der Reduktion des Kohlendioxydgehaltes dieser Gase wirksam
zu sein.
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Der spaltbare Kohlenwasserstoff ist in die Ofenatmosphäre einzuführen,
damit er innerhalb dieser gespalten wird, und nicht in die Schmelzzone, wo er vorzugsweise
beim Schmelzvorgang verbraucht würde. Der spaltbare Kohlenwasserstoff kann beispielsweise
in Form von flüssigem Heizöl, Petroleum, Gasöl od. dgl. eingeleitet werden, indem
man ihn in die Ofenatmosphäre tropfen läßt. Ein beständiges spaltbares Gas, wie
Erdgas, Azetylen od. dgl., kann ebenfalls durch ein Rohr in das Innere der Ofenatmosphäre
eingeführt werden. Besonders wirksame Ergebnisse wurden erzielt durch Einführung
des spaltbaren Kohlenwasserstoffes in fester Form, wie der flüchtige Bestandteil
der Steinkohle. Wenn ein Teil der als Reduktionsstoff für den Schmelzvorgang verwendeten
Anthrazitkohle oder Koks durch die Äquivalentmenge Steinkohle auf Grund ihres Gehalts
an festem Kohlenstoff ersetzt wird, wird der flüchtige Teil in dieser Steinkohle,
wie sie in dem auf der geschmolzenen Schlackenschicht schwimmenden Einsatzgut vorhanden
ist, schnell in die Ofenatmosphäre freigesetzt, ohne merklich durch den Schmelzvorgang
verbraucht zu werden. Die Menge des für diesen Zweck verwendeten spaltbaren Kohlenwasserstoffes
ist nicht von entscheidender Bedeutung, da der Kohlendioxydgehalt der Ofengase fortschreitend
durch zunehmende Mengen darin eingeleiteter spaltbarer Kohlenwasserstoffe verringert
wird.
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Es ist also festzustellen, daß das Schmelzverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung die Gewinnung aller wertvollen Bestandteile eines Zinkerzes möglich macht.
Der Zinkbestandteil des Erzes wird in Form eines leicht kondensierbaren Zinkdampfes
gewonnen, der außerdem Kadmium und Blei entsprechend der bisher geübten Zinkverhüttungstechnik
enthält. Das Kadmium-und Blei kann vom Zink leicht durch fraktionierte Destillation
in einer Raffinierkolonne vom Zink getrennt werden. Etwa im Erz vorhandenes Kupfer,
Silber und Gold wird vom Rohstein aufgenommen-und aus diesem gemäß der gewöhnlichen
Kupferraffiniertechnik ausgezogen.