DEN0004758MA

DEN0004758MA -

Info

Publication number: DEN0004758MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 28. November 1951 Bekanntgemacht am 13. Oktober 1955Registration date: November 28, 1951. Advertised on October 13, 1955

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Zink aus zinkhaltigem Erz und insbesondere auf das Ausschmelzen eines solchen Erzes im Lichtbogenofen.The invention relates to the extraction of zinc from zinc-bearing ore, and more particularly to that Melting out such ore in an electric arc furnace.

Wegen der Einfachheit und der nicht erforderlichen Aufbereitung des Einsatzgutes ist das Einschmelzen von Zink im Lichtbogenofen seit langem sehr beachtet worden. Es wurden zahlreiche Vorschläge für das Schmelzen von Zink im Lichtbogenofen gemacht, jedoch waren die bisher in die Praxis umgesetzten Vorschläge für die Erzeugung von massivem Zinkmetall ohne Erfolg. Diese seit Jahrzehnten bekannten entmutigenden Ergebnisse beruhten nicht auf der Schwierigkeit, das Zinkerz zu schmelzen, da ein derartiges Erz leicht bei den Temperaturen erschmolzen werden kann, die in einem elektrischen Schmelzofen erzielt werden können. Man hatte vielmehr Schwierigkeiten, den beim elektrischen Schmelzverfahren erzeugten Zinkdampf zu kondensieren. Physikalische Methoden führten ebenfalls trotz optimistischerer Voraussagen nicht zum Ziel. Man erhielt große Mengen von Zinkstaub, teilweise überhaupt kein massives metallisches Zink.Because of the simplicity and the unnecessary preparation of the input material, the meltdown zinc in the electric arc furnace has long been very much noticed. Numerous suggestions have been made for the Melting zinc done in an electric arc furnace, however, those were previously put into practice Proposals for the production of solid zinc metal to no avail. These have been known for decades Discouraging results were not due to the difficulty of smelting the zinc ore, as such Ore can be easily smelted at the temperatures required in an electric smelting furnace can be achieved. Rather, there were difficulties caused by the electrical melting process Condense zinc vapor. Physical methods also performed despite being more optimistic Predictions are not the goal. Large amounts of zinc dust were obtained, sometimes none at all metallic zinc.

Im allgemeinen gleicht das Schmelzverfahren gemäß vorliegender Erfindung, wenn es auf das Schmelzen von oxydischem Zinkerz angewendet wird, den früheren Verfahren insoweit, als es drei Produkte ergibt: Zinkdampf, eine geschmolzene Schlacke und metallisches Eisen, das bei der Reduktion des Eisen-In general, the melting process of the present invention resembles melting when it comes to melting of oxidic zinc ore, the earlier processes in that there are three products results in: zinc vapor, a molten slag and metallic iron, which during the reduction of the iron

509 568/180509 568/180

N4758 Via/'40cN4758 Via / '40c

oxyds anfallt, welches das Zink in seinen Erzen stets begleitet. Das vorliegende Verfahren ist auch auf das Schmelzen von praktisch eisenfreien oxydischen Zinkerzen anwendbar, und in solchem Falle wird beim Verfahren kein metallisches Eisen gebildet. Wenn jedoch das Schmelzen oxydischen Zinkerzes bei einer Temperatur von 1250 bis 1450 C in der Zone zwischen einein geschmolzenen Schlackenbad und einer schwebenden Schicht des zinkhaltigen Einsatzgutes erfolgt, ist der durch diesen Schmelzvorgang erzeugte Zinkdainpf im wesentlichen von den staubbiklenden Verunreinigungen frei, die weitgehend für die unzulängliche Kondensation des Zinkdampfes bei der Durchfühi 1111g früherer Vorschläge verantwortlich sind.Oxyds accumulates, which the zinc always accompanies in its ores. The present procedure is also based on that Melting of practically iron-free oxidic zinc ores is applicable, and in such a case at Process no metallic iron is formed. However, if the melting of oxidic zinc ore occurs at a Temperature from 1250 to 1450 C in the zone between a molten slag bath and a floating layer of the zinc-containing feedstock occurs, the zinc vapor generated by this melting process is essentially from the dusty ends Impurities free, largely responsible for the inadequate condensation of zinc vapor during the Carry out 1111g of previous suggestions.

Wenn die Schlacke so dünnflüssig gehalten wird, daß die Schmelzwärme durch die ganze Schlackenmasse genügend verteilt wird, kann man Zinkerze im elektrischen Lichtbogenofen mit Erfolg verhütten, wenn in jedem Teil der der Ofenatmosphäre ausgesetzten Schlacke Temperaturen über 145ο⁷ C vermieden werden ; diese Temperatur wird beim Abstich del Schlacke aus dem Ofen gemessen. Die erforderliche Dünnflüssigkeit der Schlacke kann gemäß der Erfindung durch Einhaltung einer bestimmten Zusammen-Setzung derselben erreicht weiden.If the slag is kept so thin that the heat of fusion is sufficiently distributed through the entire slag mass, zinc ores can be successfully smelted in the electric arc furnace if temperatures above 145 o ⁷ C are avoided in every part of the slag exposed to the furnace atmosphere; this temperature is measured when the slag is tapped from the furnace. The required thin liquidity of the slag can be achieved according to the invention by maintaining a certain composition of the same.

Oxydische Zinkerze enthalten im allgemeinen Zink, Kadmium, Blei, Kupfer, Silber und Eisen, und zwar im wesentlichen in Form von Oxyden, von denen jedes durch kohlenstoffhaltige Zuschläge bei Temperaturen von etwa 1250 bis 1450' ('· leicht reduzierbar ist, ebenso Oxyde von Kalzium, Magnesium und Silizium, die unter diesen Bedingungrn nicht ohne weiteres reduziert werden. Bei Erwärmung der ganzen Masse der Beschickung auf eine Temperatur innerhalb des angegebenen Bereiches in einem Elektroofen wird ein wesentlicher Teil des Einsatzgutes normalerweise auf eine merklich höhere Temperatur erwärmt. Wenn aber ein Teil des Reaktionsgutes der Reduktion oxydischen Zinkerzes auf eine Temperatur von merklicli über 1450" G erwärmt wird, besteht bei einem oder mehreren der Gangbestandteile -- Kalzium- und Magncsiumoxyd und Kieselsäure — sowie, falls vorhanden, Manganoxyd die Neigung, direkt und/oder j indirekt verflüchtigt zu werden. Diese Bestandteile können direkt in Form der Oxyde als solche verflüchtigt werden, oder sie verflüchtigen sich indirekt durch Reduktion der Oxyde zum Metall, worauf diese verdampfen und dann durch Kohlenoxyd und -dioxyd in der Ofenatmosphäre reoxydiert werden. Auf die Verflüchtigung dieser Bestandteile in einem verhältnismäßig heißen Teil des Einsatzgutes folgt ihre Abscheidung in einem kühleren Teil der Kammer, und die abgeschiedenen Produkte erscheinen nun in der Ofenatmosphäre in Form von Stäuben. Diese staubartigen Teilchen enthalten die vorerwähnten staubbildenden Verunreinigungen, die zur Bildung des Zinkstaubes beitragen und Ofenbedingungen anzeigen, die zur Bildung großer Mengen von Zinkstaub an Stelle massiven metallischen Zinkes führen. Wird die geschmolzene Schlacke auf einer Temperatur von 1250 bis 1.150'' Γ gehalten, was durch Regulierung der Dünnilüssigkeit der Schlacke gemäß der Erfindung möglich ist, werden örtliche Überhitzungen der Schlacke oder der Beschickung auf eine Temperatur von wesentlich über 1450⁰ C vermieden, und die Entstehung staubbildendcr Verunreinigungen in den zinkdampfführenden Schmelzgasen ist verhindert.Oxydic zinc ores generally contain zinc, cadmium, lead, copper, silver and iron, essentially in the form of oxides, each of which can be easily reduced by carbonaceous additives at temperatures of about 1250 to 1450 '(', as can oxides of Calcium, Magnesium and Silicon, which are not readily reduced under these conditions. When the entire mass of the charge is heated to a temperature within the specified range in an electric furnace, a substantial portion of the charge is normally heated to a significantly higher temperature Part of the reaction material from the reduction of oxidic zinc ore is heated to a temperature of more than 1450 "G, there is a tendency for one or more of the gangue components - calcium and magnesium oxide and silica - and, if present, manganese oxide to be direct and / or indirect These components can be available as such directly in the form of the oxides or they are volatilized indirectly by reducing the oxides to the metal, whereupon these evaporate and are then reoxidized by carbon dioxide and carbon dioxide in the furnace atmosphere. The volatilization of these constituents in a relatively hot part of the input material is followed by their separation in a cooler part of the chamber, and the separated products now appear in the furnace atmosphere in the form of dusts. These dust-like particles contain the aforementioned dust-forming contaminants which contribute to the formation of zinc dust and indicate furnace conditions which lead to the formation of large quantities of zinc dust in place of solid metallic zinc. If the molten slag is kept at a temperature of 1250 to 1150 ″, which is possible by regulating the thinness of the slag according to the invention, local overheating of the slag or the charge to a temperature of significantly above 1450 ⁰ C is avoided, and the The formation of dust-forming impurities in the zinc vapor-carrying melt gases is prevented.

Gemäß der Erfindung wurde also ein Verfahren zum Verhütten von oxydischen Zinkerzen in Gegenwart kohlenstoffhaltiger Reduktionsmittel in einem elektrischen Ofen unter Bildung einer geschmolzenen Schlacke und eines von staubbiklenden Beimengungen im wesentlichen freien Zinkdampfes entwickelt. Beim Verhütten oxydischer Zinkerze fällt ferner geschmolzenes Eisen an. Gemäß der Erfindung beschickt man den Ofen mit dem zinkhaltigen Einsatzgut und dem Reduktionsmittel in losem, trockenem Zustand, wobei man in der Beschickung das Mengenverhältnis von Zinkerz zu Reduktionsmittel so bemißt, daß mindestens die Hauptmenge des Zinkgehalts und eine solche Menge des etwa im zinkhaltigen Material vorhandenen Eisens (wie im Falle eines Zinkerzes) reduziert werden, daß nicht mehr als 6 Gewichtsprozent Eisenoxyd (als Fe gerechnet) in der geschmolzenen Schlacke verbleiben; ferner wird das Mengenverhältnis kalzium- und siliziumhaltiger Stoffe zu den übrigen schlackenbildenden Bestandteilen der Beschickung so bemessen, daß die anfallende geschmolzene Schlacke nicht mehr als 85 Gewichtsprozent Kalziumoxyd (CaO) und Kieselsäure (SiO₂) im Verhältnis von 0,9: 1 bis 1,2 : 1 und bezüglich der übrigen Bestandteile der Schlacke nicht das Verhältnis überschreitet, welches durch die Kurve A-B in der Zeichnung dargestellt wird, wobei die Schlacke durch elektrische Lichtbogenheizung auf einer Temperatur von mindestens 1250° C in geschmolzenem Zustand gehalten und das trockene Einsatzgut auf der Oberfläche der geschmolzenen Schlacke bei einer Temperatur von nicht über 1450° C geschmolzen wird. In der Zeichnung sind auf der Abszisse die Gehalte an Schlackenbestandteilen außer an CaO und SiO₂ in Gewichtsprozent und auf der Ordinate ist das Verhältnis CaO : SiO₂ aufgetragen. Die Linie A-B in der Zeichnung zeigt eine experimentell bestimmte Beziehung zwischen dem Kalk-Kieselsäure-Verhältnis und der Gesamtmenge der übrigen Bestandteile in der Schlacke. Die Einhaltung dieses Verhältnisses in. der erwähnten Art gewährleistet die erforderliche Dünnflüssigkeit der Schlacke, um das Verfahren erfolgreich durchführen zu können. Die für optimale Dünnflüssigkeit günstigste Schlackenzusammcnsetzung wird gemäß der Erfindung durch eine solche mengenmäßige Abstimmung der kalzium- und siliziumhaltigen Bestandteile erzielt, daß Kalk plus Kieselsäure 83 Gewichtsprozent nicht überschreitet, das Kalk-Kieselsäure-Verhältnis in den Grenzen 1,05 : 1 bis 1,15 : ι liegt und in bezug auf die Gesamtmenge der übrigen Schlackenbestandteile der Kurve C-/) in der Zeichnung entspricht.According to the invention, a process has been developed for smelting oxidic zinc ores in the presence of carbonaceous reducing agents in an electric furnace with the formation of a molten slag and a zinc vapor essentially free of dusty impurities. The smelting of oxidic zinc ores also produces molten iron. According to the invention, the furnace is charged with the zinc-containing feedstock and the reducing agent in a loose, dry state, the proportion of zinc ore to reducing agent in the charge being such that at least the majority of the zinc content and such an amount of the zinc-containing material is present Iron (as in the case of zinc ore) are reduced so that no more than 6 percent by weight of iron oxide (calculated as Fe) remains in the molten slag; Furthermore, the proportion of calcium and silicon-containing substances to the other slag-forming components of the charge is such that the resulting molten slag does not contain more than 85 percent by weight of calcium oxide (CaO) and silica (SiO ₂ ) in a ratio of 0.9: 1 to 1, 2: 1 and with regard to the other constituents of the slag does not exceed the ratio shown by the curve AB in the drawing, the slag being kept in a molten state by electrical arc heating at a temperature of at least 1250 ° C and the dry feedstock on the Surface of the molten slag is melted at a temperature not exceeding 1450 ° C. In the drawing, the contents of slag constituents, except for CaO and SiO _{2, are shown} in percent by weight on the abscissa, and the CaO: SiO ₂ ratio is shown on the ordinate. The line AB in the drawing shows an experimentally determined relationship between the lime-silica ratio and the total amount of the remaining components in the slag. Compliance with this ratio in the aforementioned manner ensures that the slag is thin enough to be able to carry out the process successfully. According to the invention, the most favorable slag composition for optimum thin fluidity is achieved by adjusting the quantities of calcium and silicon-containing constituents such that lime plus silica does not exceed 83 percent by weight, the lime-silica ratio within the limits 1.05: 1 to 1.15 : ι is and with respect to the total amount of the remaining slag constituents of the curve C- /) corresponds in the drawing.

Nachstehend wird die Erfindung zur Erläuterung insbesondere in bezug auf das Schmelzen eines oxydischen Zinkerzes beschrieben, ohne dadurch erschöpfend gekennzeichnet zu sein.In the following, the invention will be explained, in particular with reference to the melting of a Oxydic zinc ore described without being exhaustively characterized.

Bei dem Schmelzverfahren nach der Erfindung wird das im Erz anwesende Zink-, Kadmium-, Blei-, Kupfer- und Silberoxyd leicht reduziert. Das Eisen-In the melting process according to the invention, the zinc, cadmium, lead, Copper and silver oxide slightly reduced. The iron-

568/180568/180

N4758 Via/40cN4758 Via / 40c

oxyd des Erzes wird ebenfalls weitgehend zu metallischem Eisen reduziert, jedoch es scheint, daß ein Teil des entstehenden Eisens dazu neigt, das Zinkoxyd zu reduzieren und dabei zu Eisenoxydul reoxydiert zu werden. Obwohl stabile Gleichgewichtsbedingungen bei einem solchen stetig geführten Schmelzvorgang nicht zu erreichen sind, ist es nichtsdestoweniger eine Tatsache, daß etwas metallisches Eisen gleichzeitig mit dem metallischen Zink gebildet wird und daß jeOxide of the ore is also largely reduced to metallic iron, but it appears that a Part of the resulting iron tends to reduce the zinc oxide and reoxidize it to form iron oxide to become. Although stable equilibrium conditions in such a steady melting process are not attainable, it is nonetheless a fact that some metallic iron at the same time is formed with the metallic zinc and that ever

ίο nach der vorhandenen Menge des Reduktionsmittels etwas Eisenoxydul unreduziert in der Schlacke zurückbleibt. Wenn das metallische Eisen in einer genügend dünnflüssigen Schlacke und in Gegenwart von kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel erzeugt wird, bilden sich in der Schlacke Körner karburierten geschmolzenen Eisens, die schließlich zusammenfließen und sich dann unterhalb der Schlacke sammeln. Die so entstehende Masse geschmolzenen Eisens enthält eine solche Menge gelösten Kohlenstoffes, daß sie schon bei Temperaturen von 1150 bis 1200⁰ C schmilzt. Wenn die Schmelzwärme dem oberen Teil der Beschickung in einem Lichtbogenofen zugeführt wird, ist die im unteren Teil des Ofens unter der Schlacke herrschende Temperatur im allgemeinen etwas niedriger als diejenige der Schlacke selbst. Um einen stetigen Ofenbetrieb zu ermöglichen, muß das metallische Eisen in einem abstichfähigen geschmolzenen Zustand gehalten werden, während der Schmelzvorgang bei einer Temperatur im Bereich von 1250 bis 1450° C vor sich geht. Das Eisen hat einen Schmelzpunkt unter 1450⁰ C, wenn es 1,5 bis 2% Kohlenstoff enthält, und bleibt bei einer Temperatur zwischen etwa 1150 und 1200⁰ C in geschmolzenem Zustand, wenn es etwa 4 °/₀ Kohlenstoff enthält. Wenn die darüberschwimmende Schlacke nicht übermäßig oxydisch ist, bleibt das metallische Eisen in dem erforderlichen Maße aufgekohlt, um es geschmolzen zu halten. Wenn anwesendes Eisenoxydul der Schlacke einen gewissen oxydischen Charakter in bezug auf das karburierte metallische Eisen erteilt, hat es sich als notwendig erwiesen, den Eisenoxydulgehalt der Schlacke auf einen Höchstwert von etwa 6 Gewichtsprozent (als Fe gerechnet) zu begrenzen, was etwa 7,7 °f₀ FeO entspricht. Dadurch bleibt das metallische Eisen abstichfähig, so daß Eisen und Schlacke getrennt abgelassen werden können, während darüber der Schmelzvorgang bei 1250 bis 1450⁰ C fortschreitet. Der Eisenoxydulgehalt der Schlacke kann bekanntlich ohne weiteres durch geeignete Abstimmung der Mengenanteile von Erz und kohlenstoffhaltigem Reduktionsmittel in der Beschickung reguliert werden.ίο some iron oxide remains unreduced in the slag according to the amount of reducing agent present. If the metallic iron is produced in a sufficiently thin slag and in the presence of a carbonaceous reducing agent, grains of carburized molten iron are formed in the slag, which eventually flow together and then collect below the slag. The resulting mass of molten iron contains such a quantity of dissolved carbon, that it already melts at temperatures of 1150 to 1200 ⁰ C. When the heat of fusion is added to the upper part of the charge in an electric arc furnace, the temperature prevailing in the lower part of the furnace under the slag is generally somewhat lower than that of the slag itself molten state while the melting process proceeds at a temperature in the range of 1250 to 1450 ° C. The iron has a melting point below 1 450 ⁰ C, if it contains 1.5 to 2% carbon, and remains at a temperature between about 1150 and 1200 ⁰ C in a molten state when it about 4 ° / ₀ contains carbon. If the slag floating over it is not excessively oxidic, the metallic iron will remain carburized to the extent necessary to keep it molten. If the presence of iron oxide gives the slag a certain oxidic character in relation to the carburized metallic iron, it has been found necessary to limit the iron oxide content of the slag to a maximum value of about 6 percent by weight (calculated as Fe), which is about 7.7 ° f ₀ corresponds to FeO. Characterized the metallic iron remains abstichfähig, so that iron and slag can be discharged separately, whereas above the melting process proceeds at 1250-1450 ⁰ C. As is known, the iron oxide content of the slag can easily be regulated by suitable adjustment of the proportions of ore and carbonaceous reducing agent in the feed.

Das Schmelzverfahren gemäß vorliegender Erfindung ist auf jedes beliebige oxydische, zinkhaltige Material, Zinkerz oder Erzkonzentrat anwendbar, ob es nun im oxydierten Zustand natürlich vorkommt oder durch Rösten od. dgl. erhalten wird. Es wurden typische Zinkmaterialien mit Erfolg erschmolzen, die in ihrem Zinkgehalt von einem zum anderen Extrem schwankten. Es wurden beispielsweise folgende oxydische zinkhaltige Mineralien verarbeitet: kalziniertes Sterling-Hill-Erz mit etwa 20 % Zinkgehalt, gesintertes Eagle-Erzkonzentrat mit etwa 55 % Zinkgehalt, gesintertes Wälz-Oxyd mit etwa 70 % Zink und minderwertiges Zinkoxydpigment mit etwa 80% Zink. Aus diesen Produkten wurde metallischer Zinkdampf mit ausgezeichneter Kondensationsausbeute gewonnen. Da dieses Schmelzverfahren auf die Verhüttung der natürlich vorkommenden oxydischen Erze oder gerösteten Sulfiderze oder solcher Erze anwendbar ist, die einer vorherigen Anreicherung unterworfen wurden, kann das Schmelzverfahren gemäß der Erfindung im Unterschied zu den begrenzten Möglichkeiten anderer Zinkschmelzverfahren unbeschränkt Anwendungfinden. Dementsprechend braucht man bei der Aufbereitung des Erzes, ehe es dem Schmelzverfahren gemäß der Erfindung unterworfen wird, lediglich die leicht abtrennbare Gangart durch einen einfachen Anreicherungsprozeß, z. B. durch Flotationsaufbereitung, zu entfernen. The melting process of the present invention is applicable to any oxidic zinc-containing Material, zinc ore or ore concentrate can be used, whether it occurs naturally in the oxidized state or by roasting or the like. Is obtained. Typical zinc materials have been successfully melted that fluctuated in their zinc content from one extreme to the other. For example, the following oxidic zinc-containing minerals processed: calcined Sterling Hill ore with about 20% zinc content, sintered Eagle ore concentrate with about 55% zinc content, sintered Walz oxide with about 70% zinc and low-quality Zinc oxide pigment with about 80% zinc. These products became metallic zinc vapor with excellent condensation yield. Since this melting process is based on the smelting of the naturally occurring oxide ores or roasted sulphide ores or such ores can be used, which have been subjected to a previous enrichment, the melting process according to the invention in In contrast to the limited possibilities of other zinc smelting processes, it can be used without restriction. Accordingly, one needs to prepare the ore before it is smelted according to the Invention is subjected to only the easily separable gangue by a simple enrichment process, e.g. B. by flotation treatment to remove.

Beim Schmelzen gemäß der Erfindung muß der Lichtbogen so geregelt werden, daß im Ofen eine günstige Temperaturverteilung von oben bis zum Boden des Ofens erreicht wird. Die Temperatur an dem Deckel des Ofens wird durch die feuerfeste Auskleidung des Ofens begrenzt, als Anhaltspunkt sei jedoch erwähnt, daß bei gegenwärtig bevorzugten Temperaturen von 1270 bis 1300° C Temperaturen der Ofenatmosphäre von 1200 bis 1350⁰ C den Ansprüchen genügen. Die Temperatur in der Nähe der Schmelzzone in dem Bezirk zwischen der flüssigen Schlacke und der schwimmenden Beschickung soll, wie oben betont, etwa 1450⁰ C nicht überschreiten und liegt vorzugsweise zwischen 1350 und 1400° C. Die Temperatur der Schlackenmasse muß jedoch ausreichen, daß an ihrer Oberfläche Schmelzbedingungen herrschen und das unterhalb der Schlackenmasse befindliche erschmolzene Eisenprodukt geschmolzen bleibt, wobei die abkühlende Wirkung der endotherm verlaufenden Reaktion auf das auf der Oberfläche der Schlacke vorhandene Einsatzgut zu berücksichtigen ist. Die räumliehe Anordnung des zur Erzielung dieses Resultates erforderlichen Lichtbogens hängt von der Zahl der Elektroden, der Ofenform und anderer damit zusammenhängender Faktoren ab. Die Elektroden dürfen nicht so tief eingetaucht werden, daß eine einfache Schlackenwiderstandsheizung gegeben ist, weil sich diese Art der Beheizung als völlig unzureichend erwiesen hat, um der vom schwimmenden Einsatzgut auf die Schlacke ausgeübten Kühl- und Erstarrungswirkung entgegenzuwirken. Wenn die Heizung des Ofens entsprechend den obenerwähnten Vorschriften erfolgt, beträgt die Zinkausscheidung aus dem Einsatzgut, bestimmt aus dem Zinkgehalt der Schlacke, mindestens 98%. /When melting according to the invention, the arc must be controlled so that a favorable temperature distribution is achieved in the furnace from the top to the bottom of the furnace. The temperature at the cover of the furnace is limited by the refractory lining of the furnace, as a reference point is noted, however, that meet the demands at present preferred temperatures of 1270-1300 ° C temperatures of the furnace atmosphere from 1200 to 1350 ⁰ C. The temperature near the melting zone in the district between the liquid slag and the floating feed is intended, as emphasized above, not exceed about 1450 ⁰ C and is preferably from 1350 to 1400 ° C. However, the temperature of the slag mass must be sufficient that, at Melting conditions prevail on their surface and the molten iron product located below the slag mass remains molten, taking into account the cooling effect of the endothermic reaction on the feedstock present on the surface of the slag. The spatial arrangement of the arc required to achieve this result depends on the number of electrodes, the furnace shape and other related factors. The electrodes must not be immersed so deep that simple slag resistance heating is provided, because this type of heating has proven to be completely inadequate to counteract the cooling and solidifying effect exerted by the floating charge on the slag. If the furnace is heated in accordance with the above-mentioned regulations, the zinc precipitation from the feedstock, determined from the zinc content of the slag, is at least 98%. /

Wenn ein zinkhaltiges Erz wie beschrieben erschmolzen wird, besteht die Schlacke aus Kalziumoxyd, Kieselsäure und anderen Schlackenbestandteilen, wie Magnesium-, Mangan- und Aluminiumoxyd, sowie etwaigem unreduziertem Eisen- und Zinkoxyd. Von diesen zahlreichen schlackenbildenden Bestandteilen, die sowohl vom Erz als auch von der Asche des kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels herrühren, machen Kalziumoxyd und Kieselsäure zusammen gewöhnlich den größeren Teil aus, während der Rest aus den vorerwähnten übrigen schlackenbildenden Bestandteilen besteht. Im allgemeinen machen KalziumoxydWhen a zinc-containing ore is smelted as described, the slag consists of calcium oxide, Silicic acid and other slag components, such as magnesium, manganese and aluminum oxide, as well any unreduced iron and zinc oxide. Of these numerous slag-forming components, originating from both the ore and the ashes of the carbonaceous reducing agent Calcium oxide and silica together usually make up the greater part, while the remainder is made up of the the aforementioned other slag-forming constituents. Generally make calcium oxide

509 568/180509 568/180

N4758 VIal40cN4758 VIal40c

und Kieselsäure zusammen 40 bis 85, insbesondere etwa do bis 8o"/_n der Schlacke aus. Die übrigen schlackenbildenden Bestandteile einschließlich der Ilöchstinenge von 6°/₀ Eisenoxydul (als Fe gerechnet), die in der Schlacke zurückbleiben können, bilden die restlichen 15 bis 60, insbesondere 20 bis 4O°/_U der Schlacke. JCs hat sich ergeben, daß die Schlacke zur Durchführung dieses Schmelzverfahrens in dem erforderlichen Maße dünnflüssig gehalten werden kann, wenn eine bestimmte mengenmäßige Beziehung zwischen dem Kalk-Kieselsäure-Verhältnis und den übrigen schlackenbildenden Bestandteilen eingehalten wird. Dieses Mengenverhältnis ist graphisch in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt.and silica, together 40 to 85, in particular approximately do to 8o "/ _n from the slag. The remaining slag forming ingredients, including the Ilöchstinenge of 6 ° / ₀ of iron (calculated as Fe) which may remain in the slag, make up the remaining 15 to 60, in particular 20 to 4O ° / _U of the slag. JCs, it was found that the slag may be kept low viscosity to the extent necessary to carry out this melting process, when a certain quantitative relationship between the lime-silica ratio and the other slag-forming constituents This quantitative ratio is shown graphically in FIG. 1 of the drawing.

Wie in der Zeichnung angegeben, hat sich ergeben, daß das vorerwähnte Mengenverhältnis für Kalk-Kieselsäure-Verhältnisse von mindestens 0,9: 1 bis höchstens 1,2 : 1 gilt. Das minimale Kalk-Kieselsäure-Verhältnis von 0,9 : 1 stellt das niedrigste Verhältnis dar, bei dem die Gewinnung von reduziertem Zink und Eisen aus dein Ofeneinsatz wirtschaftlich möglich ist. Bei Kalk-Kieselsäure-Verhältnissen von weniger als 0,9 : ι wird die Reduktion des Zinks und Eisens so schwielig, daß eine brauchbare Ausbeute bei Schmelzes temperature!) bis zu 1450" C nicht mehr erzielt werden kann. Die obere Grenze von 1,2 : 1 für das KaIk-Kieselsäure-Verhältnis wird durch die Schlackenviskosität bestimmt; es hat sich herausgestellt, daß Schlacken mit einem Kalk-Kieselsäure-Verhältnis von über 1,2: ι so zähflüssig sind, daß sie sich für den Schinelzbetrieb gemäß der Erfindung nicht mehr eignen. Innerhalb dieser Grenzen wird die vorerwähnte Beziehung zwischen dem Kalk-Kieselsäure-Verhältnis und der Menge der übrigen schlackenbildenden Bestaiidteile durch die Kurve A-H dargestellt, wobei Kalk-Kieselsäure-Verhältnisse auf oder unter der Linie A-H zur Bildung von Schlacken führen, die eine geeignete Dünnflüssigkeit zur Durchführung des Schinelzverfahrens nach der Erfindung aufweisen.As indicated in the drawing, it has been found that the aforementioned quantitative ratio applies to lime-silica ratios of at least 0.9: 1 to at most 1.2: 1. The minimum lime-silica ratio of 0.9: 1 is the lowest ratio at which the extraction of reduced zinc and iron from your furnace insert is economically possible. In the case of lime-silica ratios of less than 0.9: ι the reduction of zinc and iron becomes so calloused that a useful yield at melt temperature!) Up to 1450 "C can no longer be achieved. The upper limit of 1, 2: 1 for the lime-silica ratio is determined by the slag viscosity; it has been found that slags with a lime-silica ratio of more than 1.2: ι are so viscous that they are suitable for Schinelzbetrieb according to the invention Within these limits, the above-mentioned relationship between the lime-silica ratio and the amount of the remaining slag-forming constituents is represented by curve AH , with lime-silica ratios at or below line AH leading to the formation of slag have a suitable thin liquid for carrying out the Schinelz method according to the invention.

Die durch die Kurve.A-B dargestellte Beziehung gibt das vorgeschriebene maximale Kalk-Kieselsäure-Verhältnis an, das zusammen mit Mengen der anderen Schlackenbestandteile von 15 ⁰Z₀ <l^er Schlackenzusanmiensetzung an aufwärts verwendet werden kann, während Kalziuinoxyd plus Kieselsäure den Rest der Schlackenzusammensetzung bilden. Obwohl oxydische Zinkerze große Mengen kalzium- und siliziuinhaltiger Stoffe enthalten, wurde beobachtet, daß es im allgemeinen notwendig ist, dem Einsatzgut Kalk oder Kieselsäure zuzuschlagen, um ein Kalk-Kieselsäure-Verhältnis einschließlich des Kieselsäuregehaltes der Kohlenasche in der Schlacke in den Grenzen 0,9 : 1 bis 1,2 : 1 zu erhalten. Um ein solches Kalk-Kieselsäure-Verhältnis zu erreichen, kann Kalk oder Kieselsäure aus fremder Quelle je nach Bedarf zugeschlagen werden, oder das erforderliche Kalk-Kieselsäure-Verhältnis wird durch gemeinsame Verwendung von zwei oder mehreren zinkhaltigen Erzen mit verschiedenem Kalzium- und Siliziumgehalt erzielt.The one through the curve. AB relationship represented outputs the prescribed maximum lime-silica ratio that can be combined with amounts of the other slag components by 15 ⁰ Z ₀ ^<he l Schlackenzusanmiensetzung upwards used while Kalziuinoxyd plus silica make up the remainder of the slag composition. Although oxide zinc ores contain large amounts of calcium and silicon-containing substances, it has been observed that it is generally necessary to add lime or silica to the feed in order to achieve a lime-silica ratio, including the silica content of the coal ash in the slag, within 0.9 : 1 to 1.2: 1. To achieve such a lime-silica ratio, lime or silica from another source can be added as required, or the required lime-silica ratio is achieved by using two or more zinc-containing ores with different calcium and silicon content together.

Die-Erzeugung einer Schlacke von der erforderlichen Düiinilüssigkeit zur Durchführung der Erfindung wird leicht dadurch erreicht, daß der Kalk- und Kieselsäuregehalt der Schlacke nach einem durch die Linie A-B bestimmten Maximum abgestimmt wird. Im Falle eines Erzes auf Kalziumbasis, bei welchem das Kalk-Kieselsäure-Verhältnis 1,2: ι übersteigt, muß der Kieselsäurebestandteil der Schlacke so erhöht werden, daß das Kalk-Kieselsäure-Verhältnis auf die Linie A-B herabgeführt wird. Im Falle eines Erzes auf Siliziumbasis, bei welchem das Kalk-Kieselsäure-Verhältnis niedriger als 0,9 : 1 ist, muß der Kalkbestandteil der Schlacke so erhöht werden, daß das Kalk-Kieselsäure-Verhältnis in der Schlackenzusammensctzung mindestens 0,9 : ι beträgt und nicht über das durch die Linie A-B dargestellte Verhältnis hinausgeht. Die zuzuschlagende Kieselsäure- oder Kalkmcnge hängt natürlich auch von der Menge der übrigen Schlackenbestandteile ab, wie aus der Zeichnung hervorgeht. Jedoch ist, wie durch Linie A B verdeutlicht wird, der Zuschlag von Kalk bzw. Kieselsäure so durchzuführen, daß mindestens i5°/₀ anderer Schlackenbestandteile vorhanden sind. Dies bedeutet, daß in keinem Fall der Kalk- plus Kieselsäuregehalt der Schlacke über 85 °/₀ der gesamten Schlackenzusammen-Setzung hinausgehen darf. Das Vorhandensein von mindestens 15% »anderer« Schlackcnbestandteile wird durch eine solche Regulierung der Schmelzbedingungen erreicht, daß mehr Eisenoxyd in der Schlacke verbleibt, daß fremde schlackenbildende Bestandteile, wie Tonerde, Magnesiumoxyd und Eisenoxyde, Natriumkarbonat od. dgl., zugeschlagen werden, oder durch eine Kombination beider Maßnahmen. Bei Einhaltung eines Kalk-Kieselsäure-Verhältnisses innerhalb der für Linie A-B vorgeschriebenen Grenzen hat sich gezeigt, daß geringere Mengen als 15 Gewichtsprozent für die anderen Schlackenbcstandteile die Erzielung einer geeigneten Schlackendünnflüssigkeit verhindern. Die obere Mengengrenze der »anderen« Schlackenbestandteile wird nur durch ihre natürlich vorkommenden Anteilsverhältnisse im Erz bestimmt.The generation of a slag from the required fluid for carrying out the invention is easily achieved in that the lime and silica content of the slag is adjusted to a maximum determined by the line AB. In the case of a calcium-based ore in which the lime-silica ratio exceeds 1.2: ι, the silica component of the slag must be increased so that the lime-silica ratio is brought down to the line AB . In the case of a silicon-based ore in which the lime-silica ratio is lower than 0.9: 1, the lime component of the slag must be increased so that the lime-silica ratio in the slag composition is at least 0.9: ι and does not go beyond the relationship shown by the line AB. The amount of silica or lime to be added naturally also depends on the amount of the remaining slag constituents, as can be seen from the drawing. However, it is as indicated by line AB to carry out the addition of lime or silica so that at least i5 ° / ₀ other slag components are present. This means that / ₀ of the total slag co-reduction shall in no event will the lime plus silica content of the slag above 85 °. The presence of at least 15% of "other" slag constituents is achieved by regulating the melting conditions in such a way that more iron oxide remains in the slag and that foreign slag-forming constituents such as alumina, magnesium oxide and iron oxides, sodium carbonate or the like are added or by a combination of both measures. If a lime-silica ratio is adhered to within the limits prescribed for line AB , it has been shown that amounts of less than 15 percent by weight for the other slag constituents prevent the achievement of a suitable thin slag liquid. The upper limit of the quantity of the "other" slag components is only determined by their naturally occurring proportions in the ore.

Obwohl die Bildung einer Schlacke, in welcher das Kalk-Kieselsäure-Verhältnis nicht über den durch AB dargestellten Wert hinausgeht, eine genügend hohe Dünnflüssigkeit der Schlacke ergibt, um ein einwandfreies Schmelzen gemäß der Erfindung zu ermöglichen, führt ein enger umgrenztes Verhältnis zwischen Kalk, Kieselsäure und anderen Schlackenbestandteilen zu Schlacken von maximaler Dünnflüssigkeit und Verwertbarkeit. Diese Schlackenzusammensetzungen, die durch günstigste Schmelzeigenschaften gekennzeichnet sind, werden durch die Linie C-D dargestellt. Die Linie C-D gibt das maximale Kalk-Kieselsäure-Verhältnis innerhalb der Grenze 1,05 : 1 bis 1,15 : 1 in bezug auf die Gesamtmenge der übrigen Bestandteile der Schlacke an, das mit einer optimalen Zink- und Eisenausbeute vereinbar ist. Bei der Erzielung einer möglichst günstigen Schlackendünnflüssigkeit gemäß dem durch die Linie C-D dargestellten Verhältnis muß der Anteil der »anderen« Schlackenbestandteile mindestens 17% der Schlackenzusammensetzung betragen. Although the formation of a slag in which the lime-silica ratio does not go beyond the value represented by AB results in a sufficiently high slag fluidity to enable proper melting according to the invention, a narrower defined ratio between lime and silica results and other slag constituents to slag of maximum fluidity and usability. These slag compositions, which are characterized by favorable melting properties, are represented by the line CD . The line CD indicates the maximum lime-silica ratio within the limit 1.05: 1 to 1.15: 1 in relation to the total amount of the remaining constituents of the slag, which is compatible with an optimal zinc and iron yield. In order to achieve the most favorable slag thin liquid possible according to the ratio represented by the line CD , the proportion of the "other" slag constituents must be at least 17% of the slag composition.

Schlackenzusammensetzungen, die der Vorschrift der Linie A-B entsprechen und die durch eine für wirksame Reduktion der Zink- und Eisenbestandteile des Erzes gemäß vorliegender Erfindung geeigneteSlag compositions which correspond to the regulation of the line AB and which are suitable for an effective reduction of the zinc and iron constituents of the ore according to the present invention

568/180568/180

N4758 VIal'40cN4758 VIal'40c

Dünnflüssigkeit gekennzeichnet sind, ermöglichen die Erzielung einer Ausbeute von mindestens 85°/₀ bei der Kondensation des Zinkdampfes als Ergebnis einer vollständigeren Ausscheidung der vorerwähnten staubbildenden Beimengungen aus dem Dampf. Schlackenzusammensetzungen außerhalb der Vorschrift der Linie A-B sind andererseits durch einen derart unzulänglichen Flüssigkeitsgrad gekennzeichnet, daß sie bei der Zinkdampfverdichtung Ausbeuten (d. h. die Menge des in den Kondensator eingeführten Zinkdampfes, die in geschmolzenes Metall verwandelt wird) von wesentlich unter 85 % ergeben. Diese Wirkung geht deutlich aus den folgenden Beispielen hervor, bei denen die Schmelzbedingungen gemäß vorliegender Erfindung im wesentlichen identisch waren und sich im wesentlichen nur die Zusammensetzung der Schlacke und infolgedessen deren Dünnfiüssigkeit bzw. die Wärmeverteilung durch die Schlackenmasse unterschieden. Eine Schlacke mit einem KaIk-Kieselsäure-Verhältnis von 1,27: i, in welcher die anderen Schlackenbestandteile 20% der Schlackenzusammensetzung bildeten, ergab eine Kondensation von nahezu 80%. Durch Erhöhung des Kieselsäuregehaltes der Schlacke auf ein Kalk-Kieselsäure-Veras hältnis Von 1,14 : 1 mit einer entsprechenden Senkung der Menge der anderen Schlackenbestandteile auf 17% der Schlackenzusammensetzung war die Kondensation höher als 85%. Eine weitere Senkung des Kalk-Kieselsäure-Verhältnisses auf 1,04: ι unter Beibehaltung der anderen Schlackenbestandteile auf 17% erhöhte die Kondensation auf etwa 90 °/₀. Auf Grund ähnlicher experimenteller Daten konnte festgestellt werden, daß bei Schmelzbedingungen gemäß der Erfindung Schlackenzusammensetzungen innerhalb der Vorschriften der Linie A-B zu einer Zinkdampfkondensation über 85 % führen, während Zusammensetzungen außerhalb der Vorschriften der Linie A-B Kondensationen ergaben, die rasch unter das Niveau von 80% und darunter fallen. Andererseits ermögliehen Schlackenzusammensetzungen innerhalb der engeren Vorschrift der Linie C-D Zinkdampfkondensationen von mindestens o,o°/₀. Diese hohen Kondensationswerte bei Schmelzvorgängen gemäß der Erfindung bzw. Schlackenzusammensetzungen innerhalb der angegebenen Grenzen beruhen auf den ungewöhnlich gleichmäßigen Temperaturbedingungen, die in derartig beweglichen Schlackenmassen herrschen.Fluidity are marked, obtaining a yield of at least 85 ° allow / ₀ in the condensation of the zinc vapor as a result of a more complete precipitation of the aforementioned dust-forming impurities from the vapor. Slag compositions outside the specification of Line AB , on the other hand, are characterized by such an inadequate degree of liquidity that they give zinc vapor densification yields (i.e., the amount of zinc vapor introduced into the condenser which is converted to molten metal) well below 85%. This effect is clearly evident from the following examples, in which the melting conditions according to the present invention were essentially identical and essentially only the composition of the slag and consequently its thin liquid or the heat distribution through the slag mass differed. A slag with a clay / silica ratio of 1.27: i, in which the other slag constituents formed 20% of the slag composition, resulted in a condensation of almost 80%. By increasing the silica content of the slag to a lime-silica ratio of 1.14: 1 with a corresponding reduction in the amount of the other slag components to 17% of the slag composition, the condensation was higher than 85%. A further reduction in the lime / silica ratio to 1.04: ι while retaining the other slag constituents at 17% increased the condensation to about 90 ° / ₀ . Based on similar experimental data, it was found that under melting conditions according to the invention, slag compositions within the specifications of line AB lead to zinc vapor condensation in excess of 85%, while compositions outside the specifications of line AB gave condensation rapidly below the level of 80% and fall under it. On the other hand made loan slag compositions within the narrower provision the line CD zinc vapor condensation of at least O, O ° / _0th These high condensation values during melting processes according to the invention or slag compositions within the specified limits are based on the unusually uniform temperature conditions that prevail in such mobile slag masses.

Die verhältnismäßig gleichmäßige Temperatur in der gesamten flüssigen Schlacke dient gemäß der Erfindung dazu, dem frischen Einsatzgut die erforderliche Schmelzwärme innerhalb des vorgeschriebenen Temperaturbereiches zuzuführen. Zu diesem Zweck hat es sich als ratsam erwiesen, den Ofen, vorzugsweise durch seinen Deckel, so mit dem Einsatzgut zu beschicken, daß in der Nähe der Elektroden eine Masse des auf der Schlacke schwimmenden Einsatzgutes entsteht. Der Schmelzvorgang findet also in erster Linie in dem Bereich zwischen der flüssigen Schlacke und des schwimmenden Einsatzgutes statt. Von Zeit zu Zeit kann zusätzliches Einsatzgut, vorzugsweise in die Nähe der Ofenwände, in der Weise zugegeben werden, daß ein ab- und einwärts gleitender Wall von Einsatzgut geschaffen wird, der nicht nur die Ofenwände schützt, sondern auch eine zusätzliche Menge frischen Einsatzgutes liefert, das zur Absorption von Wärme aus der Schlacke zur Verfügung steht.The relatively uniform temperature throughout the liquid slag serves according to the invention in addition, the fresh input material has the required heat of fusion within the prescribed Temperature range. For this purpose it has been found advisable to use the oven, preferably through its lid to load with the charge so that there is a mass in the vicinity of the electrodes of the feedstock floating on the slag is created. So the melting process takes place first Line in the area between the liquid slag and the floating charge instead. From time At times, additional charge, preferably in the vicinity of the furnace walls, can be added in this way be that a downward and inward sliding wall of input material is created, which is not only the Protects furnace walls, but also supplies an additional amount of fresh input material for absorption of heat from the slag is available.

Das einzige Erfordernis für die physikalische Form des bei der Durchführung der Erfindung verwendeten Einsatzgutes ist, daß es lose und trocken ist. »Lose« bedeutet, daß das Einsatzgut nicht in massiver Form, also als einziger, großer gesinterter Block eingeführt werden darf. Das Einsatzgut muß so lose sein, daß es frei auf die Oberfläche der geschmolzenen Schlacke fällt und sich darauf in einem Maße ausbreitet, das dem Schüttwinkel der Einsatzteilchen entspricht. Die Vorschrift, daß das Einsatzgut »trocken« sein muß, soll bedeuten, daß es nicht in geschmolzenem Zustand eingeführt werden darf. Es ist ein kennzeichnendes Merkmal des Schmelzverfahrens nach der Erfindung, daß die Beschickung auf der Oberfläche der heißen flüssigen Ofenschlacke geschmolzen wird, und dieser Bedingung ist nur entsprochen, wenn das Einsatzgut in der vorerwähnten losen, trockenen Form in den Ofen eingeführt wird. Der Feinheitsgrad des Erzanteils der Schlacke ist nicht ausschlaggebend. Im allgemeinen empfiehlt es sich, die Teilchengröße des Erzes im Einsatzgut auf maximal etwa 1,27 cm Durchmesser zu begrenzen. Mit Ausnahme des Problems der Staubbildung besteht keine untere Grenze für die Größe irgendeines der Einsatzteilchen.The only requirement for the physical form of that used in the practice of the invention What is used is that it is loose and dry. "Loose" means that the input material is not in solid form, so it is allowed to be introduced as a single, large sintered block. The charge must be so loose that it falls freely on the surface of the molten slag and spreads thereon to an extent that corresponds to the angle of repose of the insert particles. The regulation that the input material must be "dry", is intended to mean that it must not be introduced in a molten state. It's a distinctive one Feature of the melting process according to the invention that the charge on the surface of the hot liquid furnace slag is melted, and this condition is only met if the charge is introduced into the oven in the aforementioned loose, dry form. The degree of fineness of the ore fraction the slag is not critical. In general, it is recommended that the particle size of the Limit ore in the charge to a maximum of about 1.27 cm in diameter. Except for the problem there is no lower limit to the size of any of the insert particles as regards dust formation.

Es empfiehlt sich, die Bestandteile des Beschickungsgutes vor ihrer Einführung in den Ofen entweder in Form eines einfachen mechanischen Gemenges oder in Form brikettierter oder anders zusammengeballter Agglomerate zu . verwenden. Beispielsweise können Zinkerz (wie Wälz-Öxyd-Sinter), Kohle und Kalk miteinander vermischt und direkt in den Ofen gegeben werden oder die Mischung mit Wasser angefeuchtet und mit 2% Bentonit (Natriummontmorillonit) als Bindemittel Vermischt, dann brikettiert, getrocknet und vor Eingeben in den Ofen zerkleinert werden. Man kann auch das zinkhaltige Material für sich allein unter Verwendung von Sulfitablauge als Bindemittel brikettieren, die Brikette abbrennen, auf geeignete Größe zerkleinern und schließlich mit Kohle und Kalk zur direkten Einführung in den Ofen vermischen. Es konnten keine merklichen Unterschiede im Schmelzvorgang oder bei der Kondensation festgestellt werden, die der Art der Aufbereitung des Einsatzgutes zugeschrieben werden könnten. In jedem Falle können übermäßig feine Teilchen oder der Staubanteil durch grobe Windsichtung entfernt werden. Das Einsatzgut kann auch in der beim elektrischen Ofenbetrieb üblichen Weise mit Vorteil auf Temperaturen von 400 bis 800° C vorgewärmt werden. Hierfür kann eine beliebige geeignete Vorwärmanlage verwendet werden, wobei die Wärme durch eine 01- oder Gasflamme oder durch die Verbrennungswärme der Abgase aus dem Zinkkondensator geliefert wird.It is recommended that the components of the load are either in In the form of a simple mechanical mixture or in the form of briquettes or other aggregates Agglomerates too. use. For example, zinc ore (such as Wälz-Öxyd-Sinter), coal and lime mixed together and placed directly in the oven or the mixture moistened with water and mixed with 2% bentonite (sodium montmorillonite) as a binder, then briquetted, dried and chopped before putting in the oven. One can also use the zinc-containing material for briquette themselves using only sulphite waste liquor as a binding agent, the briquette burns off Grind suitable size and finally mix with coal and lime for direct introduction into the furnace. No noticeable differences in the melting process or in the condensation could be found which could be attributed to the type of processing of the input material. In In any case, excessively fine particles or the dust content can be removed by coarse air separation will. The charge can also be used with advantage in the manner customary in electric furnace operation Temperatures of 400 to 800 ° C can be preheated. Any suitable preheating system can be used for this can be used, the heat being produced by an oil or gas flame or by the heat of combustion the exhaust gases from the zinc condenser are supplied.

Die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendete Kohlenmenge soll zweckmäßig etwas über der theoretisch für Zink und die anderen durch kohlenstoffhaltiges Material leicht reduzierbaren Oxyde erforderlichen Menge liegen. Im allgemeinen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Kohlenmenge zu verwenden (Kohle oder Koks), die mit 100 °/₀ der-The amount of carbon used in practicing the present invention should suitably be somewhat greater than that theoretically required for zinc and the other oxides readily reducible by carbonaceous material. In general, it has proven expedient to use a quantity of coal (coal or coke), with 100 ° / ₀ DER

509 568/180509 568/180

N4758 VIa/40cN4758 VIa / 40c

jeiiigeii Menge erreclinct wird, die z\ir Reduktion der leicht reduzierbaren Oxyde außer Zink erforderlich ist und etwa no bis 125°/,, der zur Reduktion des Zinkgehalles des Einsatzes theoretisch erforderlichen Menge benötigt wird. Kohlenmengen, die über 125°/,, der theoretisch zur Reduktion aller leicht reduzierbaren Oxyde im liinsatz erforderlichen Menge hinausgehen, hallen sicli als unwirksam erwiesen, die Gesamtmenge des reduzierten Zinks oder seine Reduktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Kohlenmengen von über 125% der theoretisch erforderlichen Menge sind unzweckmäßig, weil sie unwirtschaftlich sind und die überschüssige, auf der Schlacke schwimmende Kohle wärmeisolierend wirkt. Wenn Kohle oder Koks als Reduktionsmittel zur Verwendung kommt, ist es vorteilhafter, diesen Bestandteil zu zerkleinern, als ihn in verhältnismäßig grobkörniger Form zu verwenden. Beispielsweise neigt Kohle mit einer Korn-Whatever amount is reached, the reduction of the easily reducible oxides other than zinc is required and about no to 125 ° / ,, which for the reduction of the Zinc content of the insert theoretically required amount is required. Coal quantities in excess of 125% the theoretically for the reduction of all easily reducible Oxides in the required amount go beyond the total amount of the reduced zinc or to increase its rate of reduction. Coal amounts of over 125% of the theoretically required amount is inexpedient, because they are uneconomical and the excess coal floating on the slag has a heat-insulating effect. If coal or coke is used as a reducing agent, it is It is more advantageous to crush this component than to use it in a relatively coarse-grained form. For example, coal with a grain

.. , größe über 5 nun in einem zinkhaltigen Einsatz zur.., size over 5 now in a zinc-containing insert for

so Seigerung und führt zu einer weniger wirksamen Reduktion, als Kohle, die auf eine Korngröße von etwa 5 nun zerkleinert ist.so segregation and leads to a less effective reduction than coal, which has a grain size of about 5 is now crushed.

Die Kondensation der gemäß vorliegender Erfindung erzeugten zinkdampfführcnden Schmelzgase bietet keine ungewöhnlichen Probleme. Obwohl ein stationärer Kondensator mit Wärnieableitung und -regulierung verwendet werden kann, wie er in der USA.-Pateiitselinft 1 8738(11 beschrieben ist, ist der höchste Nut/.en aus der Erfindung zu ziehen, wenn die Kondeiisation in einer Anlage erfolgt, in welcher der Zinkdanipf in enge Berührung mit einer verhältnismäßig großen, frischen Fläche geschmolzenen Zinks gebracht wird. Auf diesem Prinzip beruht die Bauart, bei der die zinkdanipffilhreiiden (läse durch einen Regen von geschmolzenem Zink geleitet werden, das kräftig {lurch eine schmale Kondensationszone geschleudert wird, wie in den USA.-Patentschriften 2 457 544 bis 2457551 und 249.1551 beschrieben ist. Bei Anwendung dieser Bauart kann man den gesamten in den Sclmielzgasen enthaltenen Zinkdampf ausscheiden und zu geschmolzenem Metall kondensieren, natürlich mit Ausnahme jener Dampfmenge, die dem Dampfdruck des geschmolzenen Zinks bei der Temperatur der Abgase des Kondensators entspricht.The condensation of the zinc vapor-carrying melt gases produced in accordance with the present invention offers no unusual problems. Although a stationary condenser with heat dissipation and regulation can be used as it is in the USA 1 8738 (11 is described is the tallest Nut / .en to be drawn from the invention when the conditioning takes place in a facility in which the Zinkdanipf in close contact with a relatively large fresh area of molten zinc is brought. The type of construction is based on this principle die zinkdanipffilhreiiden (let down by a rain of molten zinc, which is thrown vigorously through a narrow condensation zone as described in U.S. Patents 2,457,544 to 2457551 and 249.1551. When applying With this type of construction, all of the zinc vapor contained in the smelting gases can be eliminated and condense into molten metal, except of course that amount of steam equal to the steam pressure of molten zinc at the temperature of the condenser exhaust gases.

Das Verfahren zur Gewinnung von Zink gemäß der Erfindung läßt sich weiter durch folgende Ausführungsbeispiele erläutern. F-s wurde eine Einsatzmischung hergestellt, die aus etwa 17,8 Gewichtsteilen Anthrazilkohle (in der Kieselsäure 65°/,, der Asche ausmachte) und J,3 Gewichtsteilen gebranntem Kalk als Flußinittelzusatz auf 100 Gewichtsteile eines genisteten Zinkerzkonzentrats zusammengesetzt war, das aus getrennten Teilchen von 0,64 cm Durchmesser und feiner bestand. Das Zinkkonzentrat hatte folgeiide analytische Zusammensetzung:The method for the production of zinc according to the invention can be further illustrated by the following exemplary embodiments explain. F-s a feed mix was made which was approximately 17.8 parts by weight Anthracil charcoal (in silicic acid 65 ° / ,, of the ashes made up) and J, 3 parts by weight of quick lime as a flux additive per 100 parts by weight of a nested Zinc ore concentrate was composed of discrete particles 0.64 cm in diameter and finer consisted. The zinc concentrate had the following analytical composition:

Zn 70,20%Zn 70.20%

Ph 0,05¹V₀ Ph 0.05 ¹ V ₀

Fe 2,.)0 "/„Fe 2,.) 0 "/"

fio Ca 0,02%fio Ca 0.02%

CaO 2,50%,CaO 2.50%,

SiO i,(>()"/oSiO i, (> () "/ o

C .".' 0,80%C. ". ' 0.80%

Mn ι,C)O %Mn ι, C) O%

S 0,20 %S 0.20%

CO, 0,32 %CO, 0.32%

Cd 0,002%Cd 0.002%

MgO 0,27 %MgO 0.27%

AUO₃ 0,57 %AUO ₃ 0.57%

Diese Einsatzmischung enthielt genügend Eisenoxyde und andere schlackenbildenden Bestandteile, um den Betriebscrfordernisscn des erfindungsgemäßen Schmelzverfahrens zu entsprechen, wie aus folgender Schlackenanalyse hervorgeht:This feed mixture contained sufficient iron oxides and other slag-forming components, in order to meet the operational requirements of the melting method of the present invention as follows Slag analysis shows:

Zn 0,50% Al₂O₃ 9,70%Zn 0.50% Al ₂ O ₃ 9.70%

Fe 6,00% CaO: SiO,.. 1,08%Fe 6.00% CaO: SiO, .. 1.08%

CaO 34,8o% CaO +SiO₂ 67,10%,CaO 34.8o% CaO + SiO ₂ 67.10%,

SiOo 32,30% AndereSiOo 32.30% others

MgO * 2,00% Schlacken-MgO * 2.00% slag

bestandteile 32,90%components 32.90%

Die Einsatzbestandteile wurden nach gründlicher Mischung in Abständen von 2¹J₂ Minuten nacheinander durch eine Reihe von sechs Beschickungstrichtern durch den Deckel des Ofens in stündlichen Mengen von etwa 22,7 kg eingeführt. Es handelte sich um einen Lichtbogenofen üblicher Bauart für Einphasenbetrieb mit zwei Graphitelektrode!! von 5 cm Dicke und 100 kW Nennleistung; er wurde jedoch nur mit 70 kW⁷ betrieben.The feed components were introduced, after thorough mixing at intervals of 2 ¹ J ₂ minutes of each other by a series of six hoppers through the lid of the oven at hourly amounts of about 22.7 kg. It was a conventional type of arc furnace for single-phase operation with two graphite electrodes! 5 cm thick and 100 kW rated power; however, it was only operated with 70 kW ⁷ .

Die beiden Elektroden waren so eingestellt, daß sie Lichtbogen in der Nähe der Schlackenoberfläche erzeugten, wobei die Größe der Lichtbogen bei der obenerwähnten Leistungsaufnahme ausreichte, um die gewünschten Temperaturbedingungen im Bad und in der Ofenkammer über dem Bad aufrechtzuerhalten. Die Temperatur der Ofenkammer wurde während der Betriebszeit auf 1250 bis 1300⁰ C gehalten. Die Temperatur der Schlacke, die bei deren Abstich aus dem Ofen gemessen wurde, bewegte sich um 1350⁰ C. Die zinkdampffiihrenden Schmelzgase wurden durch einen Spritzkondensator der obenerwähnten Bauart geleitet, und der Zinkdampf wurde darin zu geschmolzenem metallischem Zink kondensiert. Unter Berücksichtigung der Verluste infolge der Bedienung, der Zinkdampfverluste durch Undichtigkeiten des Ofens und den durch den Kondensator ziehenden Rauch und ähnlicher Faktoren schien die Ausbeute der Kondensation bei diesem Verfahren praktisch 90% zu betragen. Die Unterdrückung der Verflüchtigung der feuerfesten Oxyde war daran zu erkennen, daß das Kalk-Kieselsäure-Verhältnis in der geringen Menge des im Kondensator gebildeten Zinkstaubes etwa ein Drittel bis zur Hälfte des in der Schlacke bestehenden Wertes des Kalk-Kieselsäure-Verhältnisses betrug.The two electrodes were set so that they generated arcs in the vicinity of the slag surface, the size of the arcs being sufficient for the power consumption mentioned above to maintain the desired temperature conditions in the bath and in the furnace chamber above the bath. The temperature of the furnace chamber was ^{kept at 1250 to 1300 0} C during the operating time. The temperature of the slag measured at the tapping from the furnace moved around 1350 ⁰ C. The melting zinkdampffiihrenden gases were passed through a spray condenser of the type mentioned above, and the zinc vapor was condensed therein to molten metallic zinc. Taking into account operator losses, zinc vapor losses from furnace leaks and smoke passing through the condenser, and similar factors, the condensation yield from this process appeared to be practically 90%. The suppression of the volatilization of the refractory oxides was evident from the fact that the lime-silica ratio in the small amount of zinc dust formed in the condenser was about one third to one-half of the lime-silica ratio in the slag.

Als zweites Beispiel des Schmclzens eines zinkhaltigen Materials gemäß der Erfindung wurde eine Beschickungsmischung aus Zinkoxyd, gebranntem Kalk und Anthrazitkohle unter den praktisch gleichen Bedingungen wie beim vorhergehenden Beispiel erschmolzen. Das Zinkoxyd enthielt praktisch 100% ZnO (79,9 Zn) und bestand aus einem als minderwertig bezeichneten Zinkoxydpigment, da es gewissen Farbvorschriften nicht entsprach. Kohlcnzuschlägc erfolgten bis zu 20,1 Gewichtstcilen je 100 Teile Zinkoxyd, um das erforderliche Reduktionsmittel für eine praktisch vollständige Reduktion des ZnO zu haben; Kalk wurde in Mengen von 1,2 Gewichtsteilcn pro 100 Teile des Zinkoxyds zugeschlagen, um das in der Kohlenasche vorhandene SiO₂ auszugleichen und dadurch ein CaO : Si O₂-Verhältnis gemäß der Erfindung zu erhalten. Die Schlacke wurde anfangs synthetischAs a second example of the melting of a zinc-containing material according to the invention, a feed mixture of zinc oxide, quick lime and anthracite coal was melted under practically the same conditions as in the previous example. The zinc oxide contained practically 100% ZnO (79.9 Zn) and consisted of a zinc oxide pigment described as inferior because it did not meet certain color specifications. Carbon surcharges were made up to 20.1 parts by weight per 100 parts of zinc oxide in order to have the necessary reducing agent for a practically complete reduction of the ZnO; Lime was added in amounts of 1.2 parts by weight per 100 parts of the zinc oxide in order to _{compensate for the SiO 2} present in the coal ash and thereby obtain a CaO: Si O ₂ ratio according to the invention. The slag was initially synthetic

568/180568/180

N4758 VIa/40cN4758 VIa / 40c

gebildet, um im Ofen eine geschmolzene Schlacke mit der nachstehend angegebenen Zusammensetzung zu bilden, welche durch die Zusammensetzung der Beschickung aufrechterhalten wurde:formed in the furnace to form a molten slag with the composition given below which was maintained by the composition of the feed:

Fe 1,40% CaOiSiO₂.. 1,04%Fe 1.40% CaOiSiO ₂ .. 1.04%

CaO 42,50% CaO+SiO₂ 83,20%CaO 42.50% CaO + SiO ₂ 83.20%

SiO₂ 40,70% AndereSiO ₂ 40.70% others

MgO 7,6o% Schlackenbestandteile 16,80%
10 MgO 7.6o% slag components 16.80%
10

Das in der Schlacke vorhandene Eisen wurde der Ofenauskleidung und der Kohlenasche entnommen, und das Magnesiumoxyd wurde als Bestandteil des Kalkzuschlages und besonderer Zuschlag eingeführt, um die richtige Menge »anderere Schlackenbestandteile zu bilden.The iron present in the slag was taken from the furnace lining and coal ash, and the magnesium oxide was introduced as a component of the lime surcharge and special surcharge, the right amount of other slag constituents to build.

Da das Zinkoxydpigment in der vorerwähnten Schmelzmischung eine Verdichtung erforderte, ehe der Schmelzofen mit ihm beschickt werden konnte, wurde es brikettiert. Die Briketts wurden auf 0,64 cm Teilchengröße zerkleinert, bevor sie mit Kohle und Kalk gemischt wurden. Eine gleichfalls zufriedenstellende Einsatzaufbereitung besteht im Zusammenmischen und Brikettieren von Zinkoxyd und Kalk, Zerkleinerung der Briketts, Mischung der zerkleinerten Briketts mit Kohle und Beschickung des Ofens mit dieser Mischung. Der Zinkdampf in den anfallenden Schmelzgasen wurde mit einer Ausbeute von 88% in einem Spritzkondensator kondensiert.Since the zinc oxide pigment in the aforementioned enamel mixture required compaction before the furnace could be loaded with it, it was briquetted. The briquettes were 0.64 cm Particle size crushed before being mixed with coal and lime. An equally satisfactory one Application processing consists of mixing and briquetting of zinc oxide and lime, Crushing the briquettes, mixing the crushed briquettes with coal and charging the Oven with this mixture. The zinc vapor in the resulting melt gases was with a yield of 88% condensed in a spray condenser.

Es ist bemerkenswert, daß ein erfolgreiches Schmelzen dieses zinkhaltigen Einsatzes und eine wirksame Kondensation des entstehenden Zinkdampfes ohne Erzeugung metallischen Eisens als eines der Produkte des Schmelzvorgangs vor sich ging. Beim Schmelzen eines derartigen zinkhaltigen Materials gemäß der Erfindung ist zu berücksichtigen, daß mit Ausnahme des Erfordernisses in bezug auf die zulässige Menge Eisenoxyduls in der Schlacke alle anderen vorgeschriebenen Schmelzbedingungen eingehalten werden müssen.It is noteworthy that a successful melting of this zinc-containing insert and an effective Condensation of the resulting zinc vapor without generating metallic iron as one of the products the melting process was going on. When melting such a zinc-containing material according to Invention must be taken into account that with the exception of the requirement relating to the permissible amount Iron oxide in the slag all other prescribed melting conditions are observed have to.

Die Erfindung bietet somit ein wirtschaftlich wertvolles Verfahren zum Schmelzen oxydischer, zinkhaltiger Materialien, wie minderwertiges Zinkoxyd, Zinkstaub und Zinkerze u. dgl., in einem elektrischen Ofen. Das Verfahren erfordert zu seiner Durchführung lediglich eine gewöhnliche elektrische Schmelzofen-■ anlage und erzeugt im Falle zinkhaltiger Erze nicht nur Zinkmetall selbst, sondern auch ein Roheisenprodukt; beide Produkte dienen als Sammler für wertvolle Nebenmetalle, die in einfacher Weise gewonnen werden können. Unter normalen Betriebsbedingungen in einem Ofen von technischem Maßstab ist mit einer Ausbeute von 95 bis 97 % des Zinkanteils des Erzes in Form kondensierten geschmolzenen Zinks zu rechnen, das nur die Beimengungen enthält, die nunmehr durch die üblichen Reinigungsverfahren ausgeschieden werden. Beim Schmelzen von Zinkerzen u. dgl. ist eine praktisch vollständige Ausbeute des Blei-, Kadmium-, Kupfer-, Silber- und GoIdgehalts des Erzes bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise möglich, wobei Blei, Kadmium und etwas Silber und Gold aus dem kondensierten metallischen Zink und Kupfer und der Rest des Silber- und Goldgehaltes aus dem Eisen gewonnen werden. Nur sehr geringfügige Mengen dieser Nebenmetalle gehen in der Schlacke verloren.The invention thus offers an economically valuable method for melting oxidic, zinc-containing ones Materials such as inferior zinc oxide, zinc dust, and zinc ores, and the like, in one electric Oven. The process only requires an ordinary electric furnace to be carried out Plant and, in the case of ores containing zinc, not only produce zinc metal itself, but also a pig iron product; Both products serve as collectors for valuable secondary metals, which are obtained in a simple manner can be. Under normal operating conditions in an industrial scale furnace is molten with a yield of 95 to 97% of the zinc content of the ore in the form of condensed Zinc to be expected, which only contains the admixtures that are now through the usual cleaning process be eliminated. When zinc ores and the like are smelted, the yield is practically complete the lead, cadmium, copper, silver and gold content of the ore when working according to the invention possible, taking lead, cadmium and some silver and gold from the condensed metallic Zinc and copper and the rest of the silver and gold content from which iron is extracted. Just very much minor amounts of these minor metals are lost in the slag.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Process for the extraction of zinc from oxidic zinc-containing material with carbon-containing Reducing agents in the electric arc furnace to form a molten slag and

. Metallic zinc vapor practically free of dust-forming impurities, characterized in that the charge and reducing agent are introduced into the furnace in a loose, dry state; such part of its possible iron content is reduced to metal that the molten slag does not contain more than 6 percent by weight of oxidic iron compounds (calculated as Fe), that the charge also contains such a content of lime and silica in relation to the content of the other slag-forming compounds Components provides that the molten slag contains at least 40%, but not more than 85% lime (CaO) and Si-dioxide (SiO ₂ ) in a ratio of 0.9 to 1.2: 1 and based on the total amount of the other components the slag does not exceed the ratio which the line AB of the The drawing corresponds to the fact that the slag is also kept in the molten state by arc heating at a temperature of at least 1250 ^° C. and the dry charge is melted on the surface of the molten slag at not more than 1450 ^° C.

2. The method according to claim 1, characterized in that the slag is kept ^{melted at at least 35O 0} C and the dry charge is melted on the slag surface at about 1350 to 1400 ° C.

3. The method according to claim 1, characterized in that the feed is adjusted so that the molten slag does not contain more than 83% lime (CaO) and Si-dioxide (SiO ₂ ) in a ratio of 1.05: 1 to 1, 15: 1 and, in relation to the total amount of the other components, does not exceed the ratio corresponding to line CD in the drawing.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the resulting zinc vapor-containing Gases condensed by putting them in intimate contact with a proportionately large, freshly formed surface area of molten zinc.

1 sheet of drawings

1 509 568/180 10.55