DE943726C

DE943726C - Process for the extraction of zinc

Info

Publication number: DE943726C
Application number: DEP48801A
Authority: DE
Original assignee: National Smelting Co Ltd
Current assignee: National Smelting Co Ltd
Priority date: 1943-03-13
Filing date: 1949-07-14
Publication date: 1956-06-01

Description

Verfahren zur Gewinnung von Zink Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zink, bei dem Zinkerze oder -oxyde im Schachtofen reduziert und verdampft und die anfallenden Gase einer Kondensation unterworfen werden. Bisher ist es auf diesem Wege nicht möglich gewesen, einen wesentlichen Prozentsatz des im Erz enthaltenen Zinks als flüssiges Metall zu gewinnen, vielmehr wurde vorwiegend ein geringwertiger Zinkstaub mit hohem Anteil an Zinkoxyd erhalten.Process for the production of zinc The invention relates to a process for the extraction of zinc, in which zinc ores or oxides are reduced in the shaft furnace and evaporated and the resulting gases are subjected to condensation. Until now it was not possible in this way to obtain a substantial percentage of the The zinc contained in the ore was to be obtained as a liquid metal, rather was predominantly a low-quality zinc dust with a high proportion of zinc oxide obtained.

Dies ist darauf zurückzuführen, daß das in den Gasen enthaltene Kohlendioxyd eine Reoxydation des Zinks nach der Gleichung Zn-4 CO;=Zn0 ;- CO ermöglicht, sobald der Kohlendioxydgehalt der Gase einen bestimmten Wert überschreitet (der mit zunehmender Temperatur zunimmt) bzw. wenn die Temperatur einen bestimmten Wert unterschreitet (der mit dem Kohlendioxydgehalt steigt und der als die Gleichgewichtstemperatur der obigen Gleichung bezeichnet werden kann), und daß diese Reoxydationsbedingungen bei den bisher vorgeschlagenen Verfahren auf dem Wege vom Schachtofen zum Kondensator sowie im Kondensator stets vorhanden waren.This is due to the fact that the carbon dioxide contained in the gases a reoxidation of the zinc according to the equation Zn-4 CO; = Zn0; - CO enables as soon as the carbon dioxide content of the gases exceeds a certain value (that with increasing Temperature increases) or when the temperature falls below a certain value (which increases with the carbon dioxide content and which as the equilibrium temperature the above equation), and that these reoxidation conditions in the previously proposed processes on the way from the shaft furnace to the condenser as well as were always present in the condenser.

Zur Vermeidung einer Reoxydation von Zink durch Kohlendioxyd bei der Gewinnung von Zink im Schachtofen hat man bereits vorgeschlagen, dem Schachtofen die Luft nur in so langsamem Strom zuzuführen, daß deren Sauerstoff bis zur Erreichung der Redaktionszone mit Sicherheit vollständig in Kohlenoxyd übergegangen ist. Da infolge einer derartigen langsamen Verbrennung hierbei nicht die zur .Reduktion des Zinks nötige hohe Temperatur erreicht wurde, hat man den Schachtofen in der Reduktionszone mit einer zusätzlichen elektrischen Erhitzung ausgestattet. Nach - einem anderen bekannten Verfahren wurde die gesamte - im Gasgemisch vorhandene Menge an Kohlendioxyd nachträglich wieder dadurch reduziert, daß das Gasgemisch durch eine bei manchen Verfahren auch von außen beheizte Säule von glühendem. Koks hindurchgeleitet wurde. Beide bekannten Verfahren sind jedoch hinsichtlich des notwendigen Wärmeaufv-andes bzw. der auftretenden Wärmeverluste außerordentlich ' unwirtschaftlich. Beispielswemse spei darauf hingewiesen, daß für die Reduktion eines Grammoleküls Kohlendioxyd zu Kohlenmonoxyd ein zusätzlicher Wärmeaufwand von über 8o % derjenigen Wärmemenge notwendig ist, die für die Reduktion und Verdampfung eines Grammoleküls Zinkoxyd zu Zinkdampf erforderlich ist. To avoid reoxidation of zinc by carbon dioxide in the extraction of zinc in the shaft furnace, it has already been proposed that the air should only be supplied to the shaft furnace in such a slow flow that its oxygen is definitely completely converted into carbon oxide by the time it reaches the editorial zone. Since the high temperature necessary for reducing the zinc was not reached as a result of such slow combustion, the shaft furnace in the reduction zone was equipped with additional electrical heating. According to - another known process, the entire amount of carbon dioxide present in the gas mixture was subsequently reduced again by removing glowing gas from the gas mixture through a column which in some processes was also externally heated. Coke was passed through. However, both known methods are extremely uneconomical with regard to the necessary heat input and the heat losses that occur. For example, brakes pointed out that the reduction of a gram molecule of carbon dioxide to carbon monoxide requires an additional heat input of over 80% of the amount of heat required for the reduction and evaporation of a gram molecule of zinc oxide to zinc vapor.

Durch das Hauptpatent 9o5 32o ist ein Verfahren zur Gewinnung von metallischem Zink aus einer Mischung von Zinkdämpfen und erhebliche Mengen von bei den Kondensationsbedingungen mit Zinkdampf reagierendem Gas, z. B. Kohlendioxyd, geschützt, bei dem das Gasgemisch einer schockartigen Abkühlung mit schmelzflüssigem Blei, welches eine Temperatur von nicht über 55o° C, vorzugsweise nicht über 52o° C, besitzt, unterworfen wird. Bei dem Hauptpatent wird also die schädliche Wirkung der Kohlensäure auf das Gasgemisch bei der Kondensation selbst in der Weise ausgeschaltet, daß das Gasgemisch möglichst .schnell abgeschreckt. -wird, indem es unmittelbar am Auslaß des Ofens in einem Bleibad entsprechend niedriger Temperatur zur Kondensation gebracht wird.The main patent 9o5 32o is a process for the extraction of metallic zinc from a mixture of zinc vapors and significant amounts of at the condensation conditions with gas reacting with zinc vapor, e.g. B. carbon dioxide, protected, in which the gas mixture undergoes a shock cooling with molten Lead, which has a temperature not above 55o ° C, preferably not above 52o ° C, owns, is subjected. In the case of the main patent, therefore, the harmful effect the carbon dioxide on the gas mixture during the condensation itself is switched off in such a way that that the gas mixture is quenched as quickly as possible. - is done by it immediately at the outlet of the furnace in a lead bath at a correspondingly low temperature for condensation is brought.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung des Verfahrens nach dein Hauptpatent und hat sich zum Ziel gesetzt, die schädliche Wirkung von Kohlendioxyd auf das Zinkdampfgasgemisch im Sinne einer Reoxydation des Zinkdampfes auszuschalten. Dies erfolgt nach der vorliegenden Erfindung auf thermischem Wege, indem durch äußere Wärmezufuhr zwischen Schachtofen und Kondensator das Zinkdampfgemisch,so hoch erhitzt wird, daß sich das Gas oberhalb der Gleichgewichtstemperatur hält. Die thermische Behandlung des Zinkdampfgasgemisches wird in einem erhitzten Bett vorgenommen, das aus feuerfestem, mit dem Gasgemisch chemisch nicht reagierendem Material besteht und über das dem Gasgemisch fortlaufend Wärme derart zugeführt -wird, daß auf dem Wege vom Schachtofen zum Kondensator die Gleichgewichtstemperatur nicht unterschritten werden kann und keine Reoxydation von Zink stattfindet. Bei Anwendung eines entsprechenden Bettmaterials kann die Erfindung auch in der Weise durchgeführt werden, daß das Bett auf elektrischem Wege mittels eingebetteter Elektroden unter Benutzung seines Materials als Widerstand beheizt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die geschilderten Nachtexile der bisher bekannten Verfahren beseitigt und die schädliche Einwirkung des Kohlendioxyds avischen Schachtofen und Kondensator mit geringstem Wärmeaufwand vermieden, -welcher beispielsweiee für die Aufrechterhaltung der Gleichgewichtstemperatur gegen ein Absinken von ioo° C nur etwa 4a% desjenigen Wärmeaufwandes beträgt, welcher für eine Reduktion des Kohlendioxyds zu Kohlenmonoxyd erforderlich ist.The present invention relates to a further development of the method according to your main patent and has set itself the goal of reducing the harmful effects of Carbon dioxide on the zinc vapor gas mixture in the sense of a reoxidation of the zinc vapor turn off. According to the present invention, this takes place thermally, by adding external heat between the shaft furnace and the condenser to create the zinc vapor mixture, so is heated high that the gas is kept above the equilibrium temperature. The thermal treatment of the zinc vapor gas mixture takes place in a heated bed made of fireproof material that does not react chemically with the gas mixture Material consists and via which the gas mixture is continuously supplied with heat -will that on the way from the shaft furnace to the condenser, the equilibrium temperature cannot be fallen below and no reoxidation of zinc takes place. at The invention can also use a corresponding bed material in the manner be carried out that the bed electrically by means of embedded electrodes is heated using its material as a resistor. By the invention In the process, the described Nachtexile of the previously known processes are eliminated and the harmful effects of carbon dioxide on the shaft furnace and condenser avoided with the least amount of heat, -which, for example, for maintenance the equilibrium temperature against a drop of 100 ° C only about 4a% of that The amount of heat required is for a reduction of the carbon dioxide to carbon monoxide is required.

Legt man dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein für das Verfahren nach dem Hauptpatent 905 32o kennzeichnendes Gasgemisch mit einem Gehalt von 5 0lo Zink, 5 % C 02 und 2 7 % C O zugrunde, so ei-rechnet . sich die Gleichgewichtskonstante für ein derartiges Gemisch wie folgt: Für die Reaktionsgleichung ZnO+CO=Zn(Gas)+C02 errechnet sich nach der auf S. 45 des Bulletin Nr. 3-z4 US. Bureau of 'Mines angegebenen Tabelle eine Gleichgewichtstemperatur von 92z° (0,009943 für 9a7°). Für das angegebene Gasgemisch wird also für die Verhältnisse des praktischen Betriebes und hierbei .auftretenden gewissen Schwankungen in der Gaszusammensetzung die Gleichgewichtstemperatur, oberhalb der keinesfalls eine Reoxyd.ation. von Zink durch Kohlendioxyd stattfindet, mit 95o° C angenommen werden können. Um xnit Sicherheit ein Unterschreiten dieser Temperatur zu verlnndern, wird es zweckmäßig sein, ein Gasgemisch von der erwähnten Zusammensetzung auf etwa io5o° C zu erhitzen, um so noch gegebenenfalls bis zum Eintritt der Kondensation einen Temperaturabfall von i oo° C in Kauf nehmen zu können, ohne eine Reoxydation von Zink befürchten zu müssen. Bei der Kondensation selbst wird durch die schockartige Abkühlung nach dem, Vorschlage des Hauptpatents der kritische Temperaturbereich derart schnell durchschritten, daß sich hier gleichfalls keine schädliche Einwirkung des Kohlendioxyds einstellen kann.Sets to the method of the present invention, a 905 32o characterizing gas mixture for the process according to the main patent with a content of 5 0LO zinc, 5% C 02 and 2 7% CO basis, then ei-counted. the equilibrium constant for such a mixture is as follows: For the reaction equation ZnO + CO = Zn (gas) + C02 is calculated according to the one on p. 45 of Bulletin No. 3-z4 US. Bureau of 'Mines table indicated an equilibrium temperature of 92z ° (0.009943 for 9a7 °). For the given gas mixture, for the conditions of practical operation and certain fluctuations in the gas composition that occur here, the equilibrium temperature, above which no reoxidation is possible. of zinc takes place through carbon dioxide, with 95o ° C can be assumed. In order to be certain that the temperature falls below this limit, it will be useful to heat a gas mixture of the composition mentioned to about 100 ° C. in order to be able to accept a temperature drop of 100 ° C. until condensation occurs without having to fear reoxidation of zinc. During the condensation itself, due to the shock-like cooling according to the proposal of the main patent, the critical temperature range is passed through so quickly that no harmful effects of the carbon dioxide can occur here either.

Durch das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird also in Weiterbildung des Verfahrens nach dem Hauptpatent eine schädliche Einwirkung des Kohlendioxyds während des gesamten Verfahrenganges mit einem sehr geringen Aufwand an technischen und wirtschaftlichen Mitteln wirksam verhindert und damit die Gewinnung von metallischem Zink im Schachtofenprozeß ermöglicht.The method according to the present invention is therefore a further development of the process according to the main patent a harmful effect of carbon dioxide during the entire course of the procedure with very little technical effort and economic means effectively prevented and thus the extraction of metallic Zinc made possible in the shaft furnace process.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the extraction of zinc from zinc ores or zinc oxides, in which the raw material is reduced and evaporated in the shaft furnace and the gas mixture produced, containing considerable amounts of carbon dioxide, is subjected to shock cooling in a condenser, according to Patent 905 320, characterized in that the gas mixture between heat is continuously supplied to the shaft furnace and the condenser by a heated bed of refractory material, which does not react with the gas mixture, in such a way that no reoxidation of zinc takes place on the way to the condenser.

2. The method according to claim 1, characterized in that the bed is heated electrically by means of embedded electrodes. Cited publications: German Patent Nos. 14497, 15992, 45 599, 43 474 I92 354 I94 63I, 2 0 5 866, 253 640, 588 672, 686 2o5; British Patent No. 572,960; U.S. Patents Nos. 32,840, 814 050, 920 473, 933 843, Re 13 2 0 8; G me 1 in, manual of the inorganic. Chemie, System No. 32 (1924), B. Edition, p. 77; Zeitschrift für angewandte Chemie, I911, p. I654; T afe 1, Textbook of Metallurgy, Vol. II, 1929, pp.325; Zins Smelting from a Chemical and Thermodynamic Viewpoint, US. Bureau of M2nes Bulletin, 324 pp. 93 (1930) p. 45.