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| Tierfahren sowie Tunnelofen zur Erzeugung von 1_VanganosuliC |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Manganosulfat durch Rösten
einer Mischung von manganoxydhaltigen Stoffen und Schwefel oder schwefelhaltigen
Stoffen unter Ausnutzung der bei der Oxydation des Schwefels und Bildung des Manganosulfats
entstehenden Wärme und betrifft zugleich einen Tunnelofen zur Erzeugung des genannten
Produktes.
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Es ist vorgeschlagen worden, dieses Röstverfahren in einem Meiler
durchzuführen. Die praktische Durchführung des Verfahrens ist jedoch außerordentlich
schwierig, weil es fast unmöglich ist, einen stabilen Ausgleich .der entwickelten
Wärme und der zur Durchführung des Verfahrens und zur Deckung des Wärmeverlustes
an die Umgebung notwendigen Wärme zu erreichen. Das Resultat isst, daß der P,rozeß
sich entweder einstellt oder aber zu heftig verläuft, wodurch das gebildete Manganosulfat
wieder zerfällt und in Schlacken von Mii304 umgesetzt wird. Im günstigsten Falle
wird das Enderzeugnis aus einer Mischung von unreagiertem Stoff und Schlacken mit
einem schwankenden, verhältnismäßig geringen Gehalt des Enderzeugnisses, des Manganosulfats,
bestehen können.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt eine solche Durchführung .des Röstprozesses,
daß sowohl ein Abstoppen des Prozesses als auch eine überhitzung vermieden werden
und zugleich eine möglichst große Menge von Manganosulfat je Einheit der Mischung
in möglichst kurzer Zeit erzeugt wird.
Gemäß der Erfindung wird
eine Mischung von manganoxydhaltigen Stoffen und Schwefel oder schwefelhaltigen
Stoffen, in einer Schicht ausgebreitet, unter Bestreichung ihrer freien, oberen
Oberfläche mit Luft einem Röstprozeß unterworfen, der von oben her die Schicht nach
und nach durchdringt, wobei die angestrebte verhältnismäßig geringe Reaktionsgeschwindigkeit,
mit der der Proze@ß unter diesen Umständen verläuft, je nach Bedarf durch Zuleitung
von mehr oder weniger Kühlluft zur Ergänzung der zur Durchführung des Röstprozesses
erforderlichen Luftmenge weiter reduziert werden kann.
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Wenn das Verfahren auf die angegebene Weise durchgeführt wird, ist
es möglich, einen stabilen Wärmeausgleich zu erzielen und dadurch die Erzeugung
eines erstklassigen Produktes sicherzustellen.
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Erfindungsgemäß kann man die für den Verlauf des Röstprozesses maßgebenden
Faktoren - darunter namentlich die chemische Zusammensetzung, das Mischungsverhältnis
und die Körnung des Materials sowie .die Größe der mit Luft bestrichenen Reaktions-
und Kühlflächen und den eventuellen Kühlluftzusatz - bewußt so .aufeinander abstimmen,
daß. die Temperatur während des Rösters sich in dem Intervall von 2200 bis
7oo° hält. Da nur die obere, freie Oberfläche der Materialmischung als Reaktionsfläche
zur Verfügung steht, wird der Prozeß zwangläufig von oben her abwärts durch die
Schicht verlaufen. Eine Zuführung von mehr Luft als zur Durchführung des Prozesses
notwendig, hätte, wenn der Prozeß derart durchgeführt würde, daß die Luft durch
die Schicht und nicht über die Schicht hinweg geleitet würde, nur die Wirkung, daß
der P:rozeß lebhafter verliefe. So wie das Verfahren erfindungsgemäß durchgeführt
wird, bewirkt .ein weiterer Luftzusatz ,eine Kühlung, weil dafür Sorge getragen
ist, daß die Luft auch Kühlflächen bestreicht, d. h. Flächen, die keine Reaktionsmöglichkeiten
darbieten, weil eine Wand zwischen Materialmischung und Luftstrom eingeschaltet
ist. Hierdurch werden einem Mittel in die Hände gegeben, das Vorwärtsschreiten des
Prozesses zu beherrschen.
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Gemäß der Erfindung wird der Zusatz von Kühlluft vorteilhaft :derart
überwacht und geregelt, daß eine Rösttemperatur von etwa 5oo° angestrebt und aufrechterhalten
wird. Diese hat sich nämlich als die optimale Temperatur erwiesen, bei der der Prozeß
am schnellsten verläuft, ohne das die Dauerhaftigkeit der Teile im Ofeninnern zu
sehr beeinträchtigt wird.
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Erfindungsgemäß kann das Verfahren zweckmäßig so durchgeführt werden,
daß die Materialschicht, nachdem die Umsetzung in Manganosulfat infolge des Rösters
.stattgefunden hat, durch Bestreichung mit kalter, atmosphärischer Luft gekühlt
wird, welche dadurch selbst erwärmt wird, wonach sie über die Schicht streicht,
die .geröstet wird, um zuletzt zur Vorwärmung und Trocknung des zu röstenden Materials
verwendet zu werden. Diese Maßnahmen die-en zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit
des Verfahrens. Erfindungsgemäß kann die Materialschicht kontinuierlich mit passender
Geschwindigkeit durch die drei Zonen, die Vorwärm- und Trockenzone, die Röstzone
und die Kühlzone fortbewegt werden, wobei die Oberfläche der Schicht von Luft, die
sich in der entgegengesetzten Richtung bewegt, bestrichen wird.
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Die für den ganzen Verlauf des Prozesses maßgebenden Faktoren können
erfindungsgemäß so aufeinander abgestimmt werden, daß die Temperatur in der Förderrichtung
der Materialschicht in der Vorwärmzone von etwa loo auf etwa 2oo°, in der Röstzone
von etwa 200 auf 500°, womöglich auf 7oo°, ansteigt und in der Kühlzone von 5oo
bis 700 auf etwa i oo° sinkt.
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Erfindungsgemäß können mehrere parallel übereinander gelagerte Materialschichten
gleichzeitig durch die drei Zonen fortbewegt werden, wodurch eine größere Materialmenge
behandelt werden kann.
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Das Verfahren kann in .einem Tunnelofen von an sich bekannter Art
durchgeführt werden. Ders@elbe kann mit üblichen Mitteln zur kontinuierlichen Förderung
einer oder mehrerer Materialschichten durch die drei Zonen des Ofens ausgestattet
sein.
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Insbesondere kann der Tunnelofen, vorzugsweise dessen Seitenwände,
erfindungsgemäß mit besonderen, regelbaren Kühlluftöffnungen ausgestattet sein.
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Gemäß der Erfindung können die Kühlluftöffnungen in senkrechten Reihen
mit passenden Abständen voneinander in den Seitenwänden des Ofens angeordnet sein,
wobei die einzelnen Öffnungen nur durch dünne, sich durch die Ofenwand erstreckende
Trennwände von den benachbarten Öffnungen in derselben Reihe getrennt sind und je
für sich, unabhängig von den anderen, geöffnet und geschlossen und womöglich geregelt
werden können.
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Irr Boden des Tunnelofens können Schienen angebracht sein, auf denen
im Gegenstrom zum Reaktions- und Kühlluftstrom niedrige Wagen fortbewegt werden
können, welche Pfannen tragen, dic die herrschenden Temperaturen vertragen, und
die, die Materialmischung enthaltend, übereinander angebracht sind.
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Jede dieser Pfannen besteht erfindungsgemäß aus einem vorzugsweise
quadratischen Boden und vier Seitenstücken, deren Höhe der Dicke der Materialschicht
entspricht, sowie aus vier niedrigen Eckbeinen, die zum Aufliegen auf den Seitenkanten
der darunter befindlichen Pfannen berechnet sind.
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Gemäß der Erfindung kann in dem senkrechten Zwischenraum zwischen
den Pfannen zweier aufeinanderfolgender Wagen in passender Höhe eine senkrechte
Platte von passender Größe eingehängt sein mit dem Zweck, die Reaktions- und Kühlluft
zwangläufig in bestimmten Bahnen durch den Ofen zu führen, um dadurch ein gleichmäßiges
Erzeugnis und eine Abkürzung der Behandlungszeit zu erzielen. Die erwähnten Platten
können z. B. an zwei waagerechten Querstäben aufgehängt sein, deren freie Enden
auf den oberen Pfannen ruhen, z. B. in jedem zweiten oder dritten Zwischenraum.
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Zum leichteren Verständnis der Einrichtung des Tunnelofens wird auf
die Zeichnungen verwiesen. Darin zeigt
Fig. i einen Tunnelofen gemäß
der Erfindung, Seitenansicht, teilweise im Schnitt, Fig.2 denselben Ofen, Draufsicht,
ebenfalls teilweise im Schnitt, Fig.3 einen senkrechten Querschnitt durch den Ofen
nach der Linie A-A in Fig. i und 2, Fig. ,f in schräger Abbildung eine der Pfannen,
in denen das Material während des Verfahrens Belagert ist, Fig. 5 in größerem :Maßstab
einen waagerechten Schnitt durch die Seitenwand des Ofens an :einer Stelle, an der
Kühlluftöffnungen vorhanden sind, und Fig.6 einen entsprechenden senkrechten Schnitt
durch die Ofenwand nach deir Linie B-B in Fig. 5. Der Ofen ist in Fig. i und 2 :nicht
in seiner ganzen Ausdehnung dargestellt; ein Teil ist als entfernt zu denken, wie
angedeutet.
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In den Figuren bezeichnet i die Bodenplatte des Ofens, 2 und 3 seine
Seitenwände und q. seine Decke, dies alles aus einer äußeren Schale aus Beton bestehend,
die innen mit Steinen verkleidet ist. An den Enden ist der Ofen mit Türen 5 und
6 verschlosisen, die das Ein- bzw. Ausfahren .eines Zuges von Wagen 7 gestatten.
Die Wagen fahren auf Schienen 8, die auf oder versenkt in der Bodenplatte i des
Ofens angeordnet sind. Auf jedem einzelnen Wagen sind Pfannen g übereinander gestapelt.
Unter den Wagen angebirachte Platten 24. verhindern die Luft daran, den Weg unter
die Wagen einzuschlagen.
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Fast ein Drittel Länge vom Auslaufende des Ofens ist eine Feuerung
i o aufgestellt, die durch ein Rohr i i mit dem Ofen verbunden ist. Diese Feuerung
wird nur während der Inbetriebnahme des Ofens sowie ausnahmsweise zur Entgegenwirkung
etwaiger Betriebsstörungen verwendet. Sie wird angezündet, wenn der Ofen in Betrieb
gesetzt werden soll, und die Verbrennungsgase wärmen ihn an. Wenn die Temperatur
.am Eintritt auf etwa ioo° gekommen ist, schiebt man einen einzelnen Wagen hinein
und läßt nach und nach in passend langsamem Tempo .die übrigen Wagen folgen. Das
Material in den Pfannen wird dann ailmählich getrocknet und vorgewärmt, und wenn
die Röstzone erreicht wird, werden die erwähnten exothermen Prozesse eingeleitet,
welche danach genügend Wärme entwickeln sowohl zur Aufrechterhaltung des Röstprozesses
als zur Bewerkstelligung der Vorwärmung und der Trocknung des neu zugeführten Materials.
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Gleich, ob die warme Luft von der Feuerung oder dem Prozeß in der
Schicht herrührt, verläßt sie den Ofen durch ein Rohr 12, das unten in den Ofen
am Eintritt desselben eingeführt und an die Saugseite eines Ventilators
13 angeschlossen ist. Von demselben wird Luft durch ein Rohr i q. weggeleitet.
Wenn der Prozeß in gutem Gang ist, wird -die Feuerung i o gelöscht.
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Die vom Ventilator angesaugte Luft wird, -,venn die Feuerung in Betrieb
ist, durch dieselbe gezogen, aber sonst durch die natürlichen Undichtigkeiten des
Ofens sowie durch besondere Kühlluftöffnungen, die in senkrechten, über die Länge
des Ofens verteilten Gürteln 15 angeordnet sind.
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Diese Gürtel, die in den Fig. i und 2 angedeutet, in Fig.3 aber ausgelassen
sind, werden in_ Verbindung mit den Fig. 5 und 6 beschrieben. Zwischen einzelnem
der Wagen 7 kann an Tragstäben 23 eine Platte 22 .aufgehängt sein, deren Aufgabe
es ist, zur gleichmäßigen Verteilung des Luftstromes über den Ofenquerschnitt beizutragen.
Ohne solche Platten hat die Luft .eine gewisse Neigung, die oberen Pfannen zu begünstigen.
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In Fig. ¢ ist in schräger Abbildung eine der verwendeten Pfannen gezeigt.
Sie besteht aus einer annähernd quadratischen Bodenplatte 16 aus Stahl oder Gußeisen
mit einer Seitenlänge entsprechend der Breite eines Wagens 7, dessen Breite wiederum
etwas kleiner als die Breite des Ofens ist. Der Boden 16 ist von vier Seitenstücken
17 umgeben, vorzugsweise aus Gußeisen, und von gleicher Höhe wie die Dicke
der Materialschicht, die man zu verwenden wünscht. Unten gehen die Seitenstücke
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in vier Eckbeine über, die bewirken, .daß ein passender Abstand für dem
Luftdurchtritt zwischen den einzelnen Materialschichten gehalten wird, wenn die
Pfannen aufeinandergestapelt werden, von der Plattform des Wagens' bis dicht unter
die Decke q. des Ofens.
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Die durch den Ofen streichende Luft wird dann teils über die freie,
obere Oberfläche der Materialschicht in der Pfanne schweifen und die darin vor sich
gehenden Prozesse nähren, und teils die Seiten und den Boden der Pfanne bestreichen
und dadurchdieselben, und somit das h'aterial, auf einer passend niedrigen Temperatur
halten, damit das Verfahren nicht zu heftig verläuft.
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In den Fig. 5 und 6 ist die Anordnung der Kühlluftöffnungen näher
dargestellt. Längs dem Gürtel, in dem dieselben vorhanden sind, ist in der Ofenwandung
ein Spalt frei gehalten. Dieser Spalt ist von einem Eisenblech i g gedeckt, mit
einer passenden Anzahl öffnungen versehen, in die Ventile 2o eingesetzt sind, die
entweder dazu eingerichtet sein können, nur voll offen oder voll geschlossen zu
sein, oder deren öffnungsgrad zwischen diesen Grenzen geregelt werden kann.
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In den Spalt in der Ofenwandung sind waagerechte Eisenbleche 2 i durch
die ganze Wandstärke eingesetzt. Diese Eisenbleche teilen den Spalt in eine Reihe
Räume, und zwar einen für jedes Ventil 2o. Hierdurch hat man die Möglichkeit, Kühlluft
einzulassen eben an den Stellen, wo man aus Erfahrung weiß, daß die besten Betriebsverhältnisse
in jeder gegebenen Situation erzielt werden.
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Mittels an passenden Stellen im Ofen angebrachter Thermometer wird
dieser Betriebszustand. überwacht.
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Zum Schluß seien. einige Zahlen aus der Praxis gegeben, die einen
Begriff davon geben, wie ein Röstverfahren, wie beschrieben, im praktischen. Betrieb
verläuft.
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Der verwendete Tunnelofen war etwa 16m lang bei einer inneren Breite
und Höhe von etwa 2 bzw. etwa il/2m. Im Ofen waren zwei Gleise nebeneinander
angeordnet,
jedes für .eine Reihe von etwa 1/4m hohen Wagen, auf denen je zwölf Pfannen von
etwa ioomm Höhe einschließlich der Eckbeine angebracht waren. Die Schichtdicke und
damit die Höhe der Seitenstücke an den Pfannen betrug etwa 5o mm.
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Die Wagen durchwanderten den Ofen im Laufe von io bis 20 Stunden.
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Die Rohstoffe waren teils Raseneisenerz mit 170/0 Mangan im Trockenstoff
und 300!o Wasser im Roherz und teils gebrauchte Gasr-emigungsmasse mit etwa 50%
Schwefel im Trockenstoff und etwa io% Wasser in der Rohmasse. Die Rohstoffe, im
Verhältnis 5 Raumteile Raseneisenerz zu i Raumteil Gasreinigungsmasse vermischt,
wurden auf eine Stückgröße von nicht über 5 mm zerkleinert und auf .die Pfannen
ausgebreitet, wobei die Schichtstärke, wie b nanut, etwa 50 mm wurde.
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Die drei Zonen beanspruchten je etwa ein Drittel der Ofenlänge, und
in der Trocken- und Vorwärmzone stieg die Temperatur von etwa 70 auf 200'.
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in der Röstzone wurde die Temperatur durch l 1 ge-#Legelung
des Kühlluftzusatzes auf 2oo bis 700'
halten; in dieser Zone hält sich das
Material auf, bis die Schicht durchreagiert war. Bei 500°, der angestrebten Temperatur,
pflanzt sich der Prozeß rnit einer Geschwindigkeit von etwa i cm in der Stunde abwärts
durch die Schicht fort.
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Es ist notwendig, daß die Temperatur über 2oo° gesteigert wird, um
überhaupt den Prozeß in Gang zu bringen, und daß die Temperatur über 25o bis 3oo°
gehalten wird, bis der Prozeß zu-Ende. gelaufen ist, und es ist ebenfalls notwendig,
daß die I,JIaterialschicht das Eindringen von Luft zuläßt, weshalb es vorteilhaft
ist, wenn die Materialschicht brikettiert oder granuliert ist, wogegen es für die
Durchführung des Prozesses nicht notwendig ist, daß das Material Wasser enthält.
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Bei, dem Verfahren wurde eine Umsetzung von Manganoxyden in Manganosulfat_
von 7o bis 85% erzielt.