PL16017B1 - Sposób redukowania materjalów, zawierajacych cynk. - Google Patents

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu re¬ dukowania materjalów zawierajacych cynk w celu wytwarzania cynku, tlenku cynku lub pylu cynkowego. Wedlug wynalazku la¬ dunek w postaci brykietów, skladajacy sie z materjalów cynkowych i wegla, stapia sie w pionowej retorcie przy warunkach reduku¬ jacych, przyczem cynk ulatnia sie, a wy¬ tworzona pare skrapla sie w skraplaczu lub spala na tlenek cynku.Przy najkorzystniejszem wykonaniu wy¬ nalazku stosuje sie pionowa retorte, wyko¬ nana z materjalu wytrzymalego na wysokie temperatury i przewodzacego cieplo, umie¬ szczona w nagrzewni. Nagrzewnie roz¬ grzewa sie w sposób dowolny, np. weglem, olejami, gazem lub tez zapomoca elektrycz¬ nosci.Ladunek, skladajacy sie z materjalu zawierajacego cynk i srodków redukuja¬ cych, zawierajacych wegiel, doprowadza sie od góry do pionowej retorty, a pozostalo¬ sci odciaga sie z jej dna. Praca retorty od¬ bywa sie bez przerwy lub z przerwami, przyczem retorta posiada otwory w celu re¬ gulowania temperatury, która powinna wy¬ nosic 1200° do 1300°C i zalezy od rodzaju ladunku.Ladunek powinien posiadac ksztalt bry¬ kietów, przyczem jako brykiety nalezy ro-zumiec kawalki dowolnej wielkosci i do¬ wolnego ksztaltu, otrzymywane zapomoca j btytós^ani^ Hbt w podobny sposób.Ilosci pojedynczych skladników brykie¬ tów, a mianowicie prazonej rudy cynkowej i wegla, zaleza od jakosci tych materjalów.Jako lepiszcze stosuje sie zwykle plynne siarczany. Zwlaszcza korzystne wyniki o- siaga sie z brykietami w przyblizeniu 5 cm szerokosci i dlugosci oraz 3,5 cm grubosci.Ladunek moze wprawdzie skladac sie z oddzielnych brykietów cynkowych i weglo¬ wych, korzystniejsze sa jednak brykiety, wykonane z mieszaniny tych materjalów.Redukcja brykietów w pionowej retor¬ cie posiada wiele zalet. Jezeli ladunek jest luzny, rude cynkowa redukuje sie bardzo szybko i zuzywa wegiel znajdujacy sie w ladunku, blisko albo bezposrednio przy rozgrzanych scianach retorty. Powstajacy bardzo luzny i porowaty popiól, jako tez wyczerpana ruda cynkowa, która z powo¬ du ulotnienia cynku jest równiez bardzo luzna i porowata, izoluja sciany retorty, co wymaga dla dalszej redukcji stosowania bardzo wysokich temperatur.W retortach o srednicy 20—25 cm, pra¬ cujacych na luznym ladunku, redukcja ttwa w przyblizeniu 24 godzin, a pomimo to temperatura konieczna dla doprowadza¬ nia ciepla do wewnatrz ladunku jest tak wysoka, ze wyczerpana ruda i popiól z we¬ gla topia sie i zuzlu ja. Utrudnia to w znacz¬ nym stopniu usuwanie pozostalosci.Pomiedzy brykietami wedlug wynalazku powstaja w retorcie wolne przestrzenie, przez które plyna rozgrzane gazy wraz z para cynkowa i tlenkiem wegla. Poniewaz temperatura scian retorty jest zawsze wyz¬ sza, niz temperatura brykietów, cieplo go¬ racych scian retorty dostaje sie latwo do znajdujacych sie dalej od scian chlodniej¬ szych brykietów.Poniewaz w brykietach czastki mate- rjalu przylegaja gesto do siebie, brykiety posiadaja wieksza zdolnosc przewodzenia ciepla, niz odpowiadajaca im objetosc la¬ dunku luznego. Brykietowanie ulatwia wiec nietylko przewodzenie ciepla z goracej scia¬ ny retorty do brykietów, znajdujacych sie wewnatrz retorty, dzieki przeplywowi gazów pomiedzy brykietami, lecz takze cieplo do¬ staje sie latwo do srodka kazdego brykietu.Przeprowadzanie ciepla ze scian retor¬ ty do wewnatrz retorty, na przestrzeni w przyblizeniu 10 do 12 cm, zostaje przy¬ spieszone dzieki przeplywowi gazów. W wiekszych retortach dlugosc tej przestrzeni wynosi 22 do 30 cm, a przy takiej dlugosci przeprowadzanie ciepla osiaga sie tylko zapomoca gazów. Droga ciepla w kazdym brykiecie, o dlugosci i szerokosci 5 cm a grubosci 3,5 cm, wynosi w przyblizeniu 1,2 do 1,5 cm, a czas jaki wymaga przeprowa¬ dzenie ciepla zostaje równiez zmniejszony.Przy wykonaniu sposobu wedlug wyna¬ lazku pojedyncze brykiety nie zmieniaja swego ksztaltu, az do przeprowadzenia zu¬ pelnej redukcji i ulotnienia calkowitej ilo¬ sci cynku. Pozostalosci posiadaja ksztalt suchego popiolu, który moze byc fettwo wy¬ dalany.Wydzielony cynk ulatnia sie przez re¬ torte wgóre do skraplacza, w celu otrzy¬ mania cynku lub proszku cynkowego, albo tez do odpowiedniego urzadzenia w celu wytwarzania zen tlenku cynku.Na rysunku uwidoczniony jest przyklad urzadzenia, sluzacego do wykonania spo¬ sobu wedlug wynalazku, przyczem fig. 1 przedstawia w pionowym przekroju retorte i skraplacz, nadajacy sie do wytwarzania cynku; fig. 2 — retorte te w widoku zboku; fig. 3 — w przekroju wzdluz linji 3—3 na fig. 2; fig, 4 — w przekroju przez dolny koniec retorty; fig. 5 — jest przekrojem przez retorte, posiadajaca urzadzenie do doprowadzania gazu utleniajacego, np. po¬ wietrza; fig. 6 — jest przekrojem przez re¬ torte i skraplacz, sluzacy do wytwarzania pylu cynkowego, i fig. 7 — widokiem zbo¬ ku na retorte wedlug fig. 6. — 2 —Pionowa cylindryczna retorta 10 z kil¬ ku czesci, umieszczonych jedna na druga, wykonanych z glinki ogniotrwalej lub z po¬ dobnego materjalu, otoczona jest nagrzew- nia 11, która znajduje sie w piecu. Piec ten sklada sie z zewnetrznej oslony 12 z war¬ stwy masy izolacyjnej 13 i z warstwy cegiel ogniotrwalych 14, jako tez z warstwy plyt grafitowych 15. W scianach pieca znajdu¬ ja sie otwory 16 do pyrometrów 16', slu¬ zacych do regulowania temperatury. Piec opiera sie na fundamencie 17, a pod retor¬ ta 10 (fig. 1 i 2) znajduje sie popielnik 18, posiadajacy drzwiczki 19. Retorte rozgrze¬ wa sie w dowolny sposób, np. weglem, o- lejem lub gazem, produkty spalenia któ¬ rych plyna wzdluz retorty 10 do komina.Retorta przedstawiona na rysunku zostaje rozgrzewana zapomoca elektrycznosci, do czego sluza prety grafitowe 20, przepro¬ wadzone przez pokrywe pieca wdól i spo¬ czywajace na plytach grafitowych 21, u- mieszczonych w przyblizeniu w srodkowej czesci naigrzewni 11. Dolne czesci tych pre¬ tów sa wydrazone i zaopatrzone w gwint, dzieki czemu prad elektryczny plynie na drodze srulbowej. Kazdy pret 20 jest pola¬ czony ze zródlem pradu, który plynie przez plyty 21 i warstwe 15. Dla rozgrze¬ wania moze sluzyc zarówno prad zmienny, jak tez i staly. Na dnie nagrzewni znajdu¬ ja sie dwa prety grafitowe 22, przeprowa¬ dzone w kierunku poziomym i spoczywaja¬ ce na plytach grafitowych 23, które sluza do przelaczania srubowych czesci pre¬ tów 22.Ladunek doprowadza sie w górnej cze¬ sci retorty 10 rura 28.Na fig, 4 przedstawione jest urzadzenie do ciaglego odprowadzania pozostalosci z dna zbiornika 10. Na dolnej stronie dna pieca przymocowany jest cylindryczny kr ociec 29, na który nasrubowany jest kró- ciec 30. Oba krócce tworza przedluzenie retorty 10. Ponizej krócca 30 znajduje sie obracajacy sie stól 31, którego oddalenie od tego krócca moze byc uregulowane za¬ pomoca odpowiedniego obracania krócca 30 na króccu 29. Do zsuwania materjalów ze stolu 31 sluzy ramie 32, ustawiane w kie¬ runku poziomym i pionowym.Do górnego konca retorty 10 przyla¬ czony jest skraplacz, który sklada sie z cy¬ lindrycznej pionowej oslony 24, zaopa¬ trzonej w pokrywe 25 oraz w plyte pier¬ scieniowa 26. Cylinder 24 i plyty 25 i 26 wykonane sa z materjalu ogniotrwalego, jak np. glinki ogniotrwalej, karborun- du i L d.W pierscieniu 26 umieszczona jest dy¬ sza 33, której srednica, jako tez i pierscie¬ nie sa mniejsze od srednicy retorty 10.Dysza 33 dochodzi prawie do polowy wy¬ sokosci skraplacza.Pokrywa 25 posiada otwór 24, zakry¬ ty plyta 35. Zewnetrzna powierzchnia skraplacza pokryta jest warstwa izolujaca 36, najkorzystniej z pylu weglowego.W przestrzeni pomiedzy dysza 33 a o- slona 24 zbiera sie stopiony cynk, odprowa¬ dzany od czasu do czasu przez otwór 37.Przy redukcji rudy cynkowej w retor¬ cie 10 mieszanina pary cynkowej i tlenku wegla plynie przez dysze 33 i skraplacz wgóre, poczem uderzajac o pokrywe 25, rozszerza sie. wachlarzowato i plynie wdól, wzdluz wewnetrznej powierzchni oslony 24.Wewnetrzne powierzchnie oslony 24 i pokrywy 25 sa pokryte cienka warstwa stopionego cynku. Para cynkowa plynie wzdluz tej warstwy stopionego cynku i skrapla sie na niej, a gazy spalinowe, glów¬ nie tlenek wegla, uchodza przez otwór 34 pod plyta 35 i przez materjal izolujacy, u- mieszczony na tej plycie. Odpowiednie re¬ gulowanie temperatury powierzchni- skra¬ plajacych oslony 24 i pokrywy 25 umozli¬ wia skraplanie calkowitej ilosci pary cyn¬ kowej.Cynk skroplony zbiera sie na dnie skra¬ placza i zostaje od czasu do czasu odpro¬ wadzony przez otwór 37. — 3 —Temperature scian skraplacza nalezy staranni* retgulowac, gdyz jezeli tempera¬ tura jest za wysoka, wtedy gazy odplywa¬ jace otworem 34 porywaja, za wielkie ilosci pary cynkowejj podczas gdy przy zanadto niskiej temperaturze powstaje bardzo wiel¬ ka ilosc niebieskiego proszku. Okazalo sie, ze najlepsze wyniki osiaga sie przy tempe¬ raturach 500° do 800°C Regulacje temperatury oslony 24 i po¬ krywy 25 osiaga sie zapomoca grubosci warstwy izolujacej; W celu regulowania wprowadza sie do skraplacza przez otwór 34 pyrometr i, jezeli temperatura jest za wysoka, zmniejsza sie grubosc warstwy ma- terjalu izolujacego, zas przy zbyt niskiej temperaturze zwieksza sie grubosc tej war¬ stwy. Do izolowania stosuje sie pyl weglo¬ wy lub inny podoimy materjal izolujacy, u- mieszczony luzno na zewnetrznej po¬ wierzchni skraplacza.Przy przeprowadzaniu sposobu wedlug wynalazku, ladunek brykietowy z materja- lu zawierajacego cynk i srodki redukujace doprowadza sie z przerwami lub bez prze¬ rwy dor retorty 10 rozgrzanej do 1200° do 1300°C, przyczem redukuja^ sie zwiazki cynku, a zredukowany cynk ulatnia sie i odplywaj z górnej czesci retorty 10 wraz z tlenkiem wegla do skraplacza, w którym para cynkowa skrapla sie, a plynny cynk odprowadza sie od czasu do czasu.Okazalo sie, ze przy wykonywaniu te¬ go sposobu- nie powstaja zuzle. Temperatu¬ ra brykietów nie jest w zadnym okresie pro¬ cesu wyzsza, niz temperatura konieczna do redukowania zwiazków cynkowych. Do¬ kladne regulowanie temperatury ladunku j?est bardzo wazne, nie jest ona tak wyso¬ ka* aby powodowala topienie lub spieka¬ nie sie pozostalosci, przeciwnie sa. one su¬ che i sproszkowane; moga wiec byc latwo odprowadzane.Wytwarzanie brykietów odbywa sie w dawtedriy sposób. Pojedyncze brykiety mu¬ sza posiadac dostateczna wytrzymalosc tak, aby ciezar ladunku, znajdujacego sie na nich, nie rozkruszal ich. Najlepsze wy¬ niki osiagnieto z brykietami, które otrzy¬ mywano przy cisnieniu 75 — 150 kg na cm2. Posiadaja one dostateczna wytrzyma¬ losc i nie zmieniaja swego ksztaltu, az do zupelnego usuniecia z nich cynku i wegla.Przy przeprowadzonych próbach ladu¬ nek skladal sie z 75 — 50 czesci wagowych rozdrobnionej rudy cynkowej z zawarto¬ scia okolo 45 — 50% cynku i z 25— 50 czesci wagowych pylu antracytowego. Rude rozdrobniono tak* ze w przyblizeniu 80% jej przechodzilo przez sito o dwudziestu oczkach. Pyl weglowy zmieszano w przy¬ blizeniu, z 3% wagowemi siarczynowej cie¬ czy, a po krótkiem mieszaniu doprowadza¬ no rude cynkowa, poczem mieszano w dal¬ szym ciagu przez pewien czas. Z mieszadla materjal doprowadzono do urzadzenia mie¬ lacego, w którem mielono przez kilka minut przy równoczesinem osuszaniu. Z otrzyma¬ nego produktu wytworzono w prasie, pod cisnieniem w przyblizeniu 150 kg na cm2, brykiety w przyblizeniu 5 cm dlugie i sze¬ rokie i 3,5 cm grube. Brykiety te osuszono przy temperaturze w przyblizeniu 200°G.Retorta posiadala 3 m dlugosci i sred¬ nice 20 cm. Dno jej bylo pokryte 60 cm gruba warstwa, pozostalosci z poprzedniego ladunku. Retorte napelniono nastepnie az do sklepienia brykietami. Rozgrzanie regu¬ lowano tak, aby ladunek nie przegrzewal sie, a brykiety nie topily sie. Temperatura w nagrzewni byla utrzymywana na wyso¬ kosci 1200—1250°C, przyczem róznica tem¬ peratury na dnie i górnej czesci retorty wy¬ nosila w przyblizeniu 20QC. Redukcja trwala osiem godzin, przyczem przerobiony ladu¬ nek przesuwal sie wdól równoczesnie z od¬ prowadzaniem pozostalosci, których war¬ stwa posiadala 60 cm? grubosci.Przy przerabianiu brykietów w piono¬ wej retorcie rozgrzewanej z zewnatrz cynk z rudy redukuje seie na pare, jezeli wegiel laczy sie z tlenem zwiazku cynkowego ru- — 4 —dy. Waznem jest przytem, azeby z retorty odplywal stosunkowo czysty tlenek wegla i czysta para cynkowa, a zanieczyszczenia pozostaly w ladunku. Wobec tego w retor¬ cie nalezy utrzymac warunki redukujace.Przy wykonaniu wynalazku ilosci sklad' ników ladunku moga byc rozmaite. Zado¬ walajace wyniki osiagnieto z ladunkami, zawieraj aoemi 10 do 50% wagowych wegla i 90 — 50% wagowych materjaJu cynko¬ wego.Waznemi wynikami przy skraplaniu pary cynkowej sa cisnienie w skraplaczu i temperatura jego scian. Czynniki te zaleza od wielkosci i budowy skraplacza. Jezeli temperatura jest zanadto wysoka, para cynkowa odplywa, a przy zanadto niskiej temperaturze cynk skrapla sie — jako nie¬ bieski proszek. Czyli bardzo wielkie cisnie¬ nie zmniejsza szybkosc reakcji, podczas gdy male cisnienie powoduje wytwarzanie niebieskiego .proszku.Skraplanie pary cynkowej musi byc przeprowadzane z wieksza ostroznoscia, je¬ zeli redukcja odbywa sie z przerwami.Przy ciaglej redukcji latwem jest utrzy¬ mywanie stalego stosunku ilosci pary cyn¬ kowej. Jednak jezeli np. jeden okres re¬ dukcji trwa osiem godzin, to w pierwszych czterech godzinach wydziela sie prawie calkowita ilosc cynku, a zawartosc cynku w gazach w tym czasie jest mniejsza, niz w nastepujacych czterech godzinach. W celu utrzymania odpowiedniej temperatury i ta¬ kiego cisnienia skraplacz powinien posia¬ dac w pierwszych czterech godzinach wiel¬ ka powierzchnie i wielka objetosc, a pod¬ czas dalszych czterech godzin, w czasie których ilosc cymku w gazach zmniejsza sie, koniecznem jest izolowanie skraplacza w celu utrzymania odpowiedniej tempe¬ ratury. Zmiana objetosci skraplacza jest niemozliwa, wobec tego podczas tego ostat- .niego okresu cisnienie jest za male, czesc cynku skrapla sie wiec jako niebieski pro¬ szek.Wykonanie skraplacza przy redukowa¬ niu z przerwami powinno odpowiadac sto¬ sunkom posrednim.Wytwarzaniu proszku niebieskiego za¬ pobiega sie w zupelnosci zapomoca doklad¬ nej kontroli temperatury i cisnienia. Stru¬ mien mieszaniny tlenku wegla i pary cyn¬ kowej powinien byc równomierny nietylko pod wzgledem stosunku ilosciowego cynku i gazu, lecz takze pod wzgledem ilosci pary doplywajacej do skraplacza. Osiaga sie to najkorzystniej zapomoca redukowania od¬ bywajacego sie bez przerwy.Urzadzenie uwidocznione na fig. 5 u- mozliwia utlenianie pary cynkowej w celu wytwarzania tlenku cynku. W górnej cze¬ sci retorty zastosowana jest dysza 38, oto¬ czona pierscieniowa oslona 39, do której doplywa powietrze sprezone przez rure 40.Srednica otworu 41 oslony 39 jest nieco wieksza, niz srednica otworu dyszy 38 i o- bie dysze znajduja sie jednak w przyblize¬ niu w jednym poziomie. Para odplywowa z dyszy 38 spala sie na tlenek cynku, ponie¬ waz natrafia na powietrze, odplywajace przez otwór 41. Czastki tlenku cynku do¬ staja sie zapomoca (nieprzedsta wiane j) dmuchawki do przewodu odplywowego 43.Do wytwarzania pylu cynkowego sluzy skraplacz, przedstawiony na fi& 6 i 7. Wy¬ twarzanie pylu cynkowego zalezy od wiel¬ kosci powierzchni skraplajacej i tempera¬ tury podczas skraplania. Jezeli tempera¬ tura w skraplaczu jest wyzsza, niz tempe¬ ratura topienia cynku (419°C) i stosunek ilosci mieszaniny pary i gazów powierzch¬ ni jest maly, wtedy para cynkowa wydzie¬ la sie z gazu i tworzy, natrafiajac na po¬ wierzchnie chlodniejszego skraplacza, kul¬ ki, z których powstaja krople, splywajace wzdluz bocznych powierzchni skraplacza i zbierajace sie na jego dnie w postaci plyn¬ nego metalu. Jezeli jednak temperatura w skraplaczu jest nizsza, niz temperatura to¬ pienia cynku, a stosunek ilosci mieszaniny do powierzchni skraplacza jest wielki, para — 5 —cynkowa skrapla sie na czastki cynku, spa¬ dajace na ckio skraplacza w postaci drob¬ nego proszku. Jakosc tego proszku zalezy od temperatury i cisnienia w skraplaczu jako tez od stosunku ilosci mieszaniny do powierzchna skraplacza i od rozcienczenia gazów.Skraplacz przedstawiony na fig. 6 i 7 sklada sie z poziomego cylindra, umieszczo¬ nego na stozkowej dyszy 45 retorty 10.Mieszanina tlenku wegla i pary cynkowej odplywajaca z dyszy 45 plynie pionowo w czesci 46 skraplacza, a nastepnie dostaje sie do czesci 47, w której wytwarza sie pro¬ szek cynkowy. Czastki proszku cynkowego spadaja do komory 48, polaczonej szczel¬ nie z dolna czescia skraplacza 44. W celu oprózniania tej komory "wysuwa sie ja za- pomoca rekojesci 49.Sciana przednia 50 skraplacza jest za¬ wsze szczelnie zamknieta. Zamykany otwór 51 sluzy do odprowadzania powietrza na poczatku skraplania. Oprócz tego posiada skraplacz otwory odplywowe do tlenku wegla.Wymiary skraplacza zaleza od ilosci i jakosci wytwarzanego pylu cynkowego, jak tez od temperatury w skraplaczu i od innych czynników.W urzadzeniach wedlug fig. 6 i 7 plyty grafitowe 52 spoczywaja na plytach grafi¬ towych 21 i sluza do elektrycznego pola¬ czenia tych ostatnich. Plyty 52 stosuje sie, jezeli warstwa 15 nie jest wykonana z ma- terjalu przewodzacego elektrycznosc tak, ze zamyka obieg pradu.Mozna równiez calkowita ilosc pary cynkowej skroplic na proszek, który w tym przypadku jest drobniejszy, niz proszek o- trzymywany znanemi dotychczas sposobami. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe. Sposób redukowania materjalów zawie¬ rajacych cynk, znamienny tern, ze ladunek w postaci brykietów, skladajacy sie z ma- terjalu zawierajacego cynk i ze srodków re¬ dukujacych, zawierajacych wegiel, stapia sie w pionowej retorcie, której srednica jest kilka razy wieksza, niz najwieksza sredni¬ ca brykietów, przyczem dzieki ksztaltowi tych ostatnich powstaja w ladunku wolne przestrzenie, ulatwiajace przeprowadzanie ciepla do wewnatrz ladunku. The New Jersey Zimc Company. Zastepca: Inz. H. Sokal, rzecznik patentowy.Do opita patentowego Nr 160 i 7. 1 Fiizr. 3 Druk L. Boguslawskiego i Skl, Warszawa. PL