WO2017129816A1 - Method for the carbothermal reduction of zinc oxide to zinc - Google Patents

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WO2017129816A1
WO2017129816A1 PCT/EP2017/051926 EP2017051926W WO2017129816A1 WO 2017129816 A1 WO2017129816 A1 WO 2017129816A1 EP 2017051926 W EP2017051926 W EP 2017051926W WO 2017129816 A1 WO2017129816 A1 WO 2017129816A1
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zinc
vapor
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Ulrich Bech
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Ulrich Bech
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02P10/20Recycling

Definitions

  • the invention relates to a process for the carbothermal reduction of zinc oxide to zinc and to a rotary kiln for its conversion
  • Reagent and also used as a heating agent of the endothermic reaction The necessary temperature for the endothermic reaction is above 1000 ° C, if an intensive, efficient production is to be achieved. If instead of e.g. Almost pure charcoal cost-effective but contaminated boiler coal is to be used, then the specific consumption is high and the resulting exhaust gases when fired with atmospheric oxygen must be cleaned consuming. Unfortunately, it is a reality that such smelters are often moved to locations where the emissions controls are less stringent.
  • the object initiating the present invention results in proposing a process for the carbothermic zinc oxide reduction, which uses concentrated solar energy in order to reduce the high coal consumption.
  • the process should run reliably despite the high temperatures.
  • the solution of the problem is achieved in a method for carbothermic reduction of zinc oxide to zinc in that the heat for the endothermic Reaction by the condensation of a in the furnaces,tienthlasenen zinc vapor, which acts as heating steam takes place.
  • the zinc vapor has the advantage that it can not only give off the enthalpy of steam as a heating medium, but also gives off the enthalpy of condensation, which is released during the transition to the liquid state of aggregation.
  • the molten zinc mixes with the molten zinc in the furnace to the final product.
  • the prerequisite for this method is the presence of a sufficient source of energy, which can evaporate liquid zinc.
  • a rotary kiln is preferably used as the furnace, although a shaft furnace or a roasting furnace would also be suitable for implementing the method.
  • a portion of the molten zinc is recycled as the zinc vapor. This makes it possible to realize a closed heating circuit in which the molten zinc is evaporated and in the. Oven is condensed again.
  • the invention is characterized, preferably characterized in that the part of the molten zinc, which is recycled as .Zinkdampf, in.
  • a cooling circuit of a high-temperature receiver for collecting concentrated radiation, in particular solar radiation, is evaporated. This has the advantage that the cooling circuit of the receiver, which in any case must dissipate heat, can be used for heating the partial stream of the molten zinc. This creates a particularly environmentally friendly process, as the solar radiation can be used as a heating medium instead of fossil fuels. As concentrated radiation and X-rays or gamma rays are conceivable.
  • the molten zinc is indirectly vaporized by contacting the molten zinc with a heat exchanger which is part of the liquid metal refrigeration cycle of the high temperature refrigerator. Indirect heating allows the molten metal to remain spatially separate.
  • the liquid metal cooling circuit therefore does not necessarily contain zinc.
  • charcoal with a high proportion of slag can be used as coal.
  • the disadvantage of the resulting slags can be compensated by the fact that the slags in the cement industry are recyclable.
  • Synthesis gases are produced in the furnace by reaction of the carbon monoxide formed during the reduction of zinc oxide with steam.
  • Synthesis gas can be used to produce valuable raw materials for the chemical industry. Examples are hydrogen and methanol. Gaseous educts and products can be easily made in a rotary kiln by providing a stuffing box.
  • the reactants are introduced into the furnace in an introduction tube, which inlet tube is preheated countercurrently by the exiting product gases.
  • the heat of the product gases can therefore be used particularly economically to preheat the pellets fed in the feed tube. This can save heating energy.
  • the gas process can also be controlled by the partial recirculation of product gases.
  • the generated slag which can be used in the cement industry, cleaned by short-term heating of residual zinc. This provides clean products that are not contaminated by other products.
  • the invention is also preferably characterized in that tin is added to the part of the molten zinc from which zinc vapor is recycled.
  • tin is added to the part of the molten zinc from which zinc vapor is recycled.
  • a composition of 80% tin and 20% zinc a hutectic at 200 ° C form.
  • the molten zinc in the cooling circuit can be kept liquid up to 200 ° C.
  • Zinc vapor can be produced according to type, as tin has a higher boiling point.
  • the composition of the reactants controls the synthesis gas process and the energy balance of the process. The process can therefore be planned in advance through the pellet composition and can run largely automatically in the rotary kiln, without having to set process parameters afterwards during operation.
  • Further reactants can be hot steam and atmospheric oxygen, by the addition of which the synthesis gas process can be controlled.
  • the recirculated part of the molten zinc is evaporated in a memory by metal vapor directly o- indirectly, which memory with an electric heater is additionally heated in addition to the Metalldampl *.
  • the heating has the advantage that zinc can also be evaporated in cooled stores, for example by inductive heating.
  • the zinc vapor can be heated by the heater.
  • the heater can be heated, for example, with inexpensive night stream.
  • the heating, preferably inductively heated heating pipes, can also prevent solidification of the molten zinc and can therefore keep the zinc liquid. This works especially well if it is a zinc-tin alloy with a eutectic.
  • the molten zinc may also be melted from zinc ores, which may contain, for example, iron, cadmium, arsenic, calcium, sodium, potassium and other metals.
  • the evaporation in the store acts as a distillation in which the zinc vapor evaporates very pure and zinc from the. is separated from other metals.
  • the temperature of the zinc vapor is regulated by the addition or withdrawal of zinc vapor and / or molten metal in the store.
  • the temperature of the recycled zinc vapor can therefore be set in the memory exactly to the required temperature.
  • Another aspect of the invention relates to a rotary kiln for implementing the method described.
  • the rotary kiln is characterized by the fact that in the area the second end of a return pipe is arranged, through which the recycled zinc vapor can be fed into the reaction space.
  • the rotary kiln has the advantage that the inventive method can run continuously therein.
  • Another advantage is that the rotary kiln. as a Gegenstrom.- heat exchanger acts.
  • the gas stream flows from the second to the first end and flows against the pellets / zinc stream.
  • the process in the rotary kiln can be operated particularly economically, since there is heat transfer from the gas stream to the solid / liquid stream over the entire length of the rotary kiln.
  • At least the inner wall of the rotary tube, which comes into contact with the zinc vapor, is lined with non-oxidic ceramic baubles.
  • the ceramic components of free inner lining of the rotary tube is lined with fireclay.
  • the more expensive Keramikbe Anlagenun is thus used only at the points to the lining of the rotary tube, where it is necessary through, the contact with zinc vapor.
  • the lining can also act as wear protection and thermal insulation.
  • a lining of the insertion tube and the return tube acts as protection against mechanical and chemical destruction. It proves to be advantageous if the region of the introduction tube, which projects into the reaction space, is surrounded by a spiral passage. This improves the heat transfer at the first end of the rotary kiln from the product gases to the pellets.
  • FIG. 1 a longitudinal section through a rotary kiln furnace is shown, which is generally designated by the reference numeral 11.
  • the rotary kiln 11 comprises a rotary tube 13, which is rotatable about a rotation axis 15.
  • the rotary tube 13 is shown interrupted in the middle to. not to have to represent the entire length of the rotary tube 13 and to improve the clarity.
  • the rotary kiln 11 comprises a first end 17.
  • an introduction tube 19 projects into the rotary tube 13, through which the reactants are introduced into the reaction space 21 of the rotary tube 13.
  • the first end 17 is a second end 23.
  • the product can be cut off in the form of a molten metal.
  • vaporous zinc may be provided as a heating medium to attenuate the above-described reduction reaction. There is even enough heat energy to produce superheated zinc vapor.
  • part of the liquid zinc or the molten zinc 20 produced can be returned to the reaction space 21 as zinc vapor 24.
  • the zinc vapor can be blown into the reaction space 21. become.
  • the condensation takes place and heats the starting materials of the reaction accordingly.
  • Condensation regions 26 are shown in FIG. 1 as clouds. This immediately causes an intense heat transfer to the reactants, which accelerates the reaction - in comparison to the heat transfer in a conventional hot gas heating. This is The fact that the zinc vapor changes the state of aggregation and the enthalpy of condensation is released during the transition to liquid zinc, whereby the endothermic reaction is driven.
  • the regulation of the superheated zinc vapor 24 for heating the zone in which the endothermic zinc oxide reaction is to take place takes place, inter alia, by means of a return pipe 25 or a heating pipe.
  • the return pipe 25 preferably protrudes at the second end 23 into the reaction chamber 21.
  • the zinc vapor 24 is blown into a zone of the rotary kiln 11, preferably with non-oxide ceramic elements 27 or those with high. A1203 / MgO portion are equipped or lined. As a result, the high oxygen affinity of the zinc vapor 24 in the rotary tube 13 can be endured and so-called "oven-baked" can be avoided
  • the feedstocks can be discharged by pellets 29, which are introduced into the introduction tube 19.
  • the pellets 29 contain the reactants zinc oxide and carbon
  • the pellets 29 are preheated in countercurrent to the effluent synthesis gas 31.
  • a metallic spiral passage 33 may be connected to the introduction tube 19 if the composition of the pellets 29 of zinc oxide and coke allow them to remain particulate and do not stick to the spiral duct 33. If, for cost and availability reasons, inferior boiler coal instead of coke is used, sintering processes with partial liquid of the raw coal can take place in the warm-up process Such a mixture can also serve to produce a slag 35, the starting materials for the cement Industri If such starting products are used, the spiral passage 33 is dispensed with and the rotary tube 13 is simply lengthened for the purpose of expanding the heat transfer.
  • the entire introduction and gas reaction zone of the rotary tube 13 may be lined with low-cost fireclay 37, which may also serve as a wear protection 39 in case of a corresponding leakage, in particular if the insertion tube 19 is lined with it.
  • the rotary kiln has reacted with a gas reaction zone 41 in which CO produced in accordance with the Boudouard equilibrium reacts with the gases evolved from the crude coal and with the carbon offered.
  • This reaction process can by introducing water vapor at different temperatures and possibly by Teückück Technologyun of Synthesis gases are controlled.
  • the necessary stuffing box feed 43 for introduction of the water vapor is state of the art for the outlet temperature, as well as the possible upper flow of synthesis gas in methanol and its suction 45.
  • the heat generation by condensation of superheated zinc vapor can also take place from such heat buffers (51), which are already cooled to the extent that zinc from the circulation can not be sufficiently evaporated. These can then be electrically reheated with cheap night-time electricity, as long as such production makes economic sense due to demand (e.g., surplus from nocturnal wind energy).
  • condensate arising in such thermal buffers (51) for the partial recycling of the zinc can be kept liquid up to 200 ° C, e.g. Tin is supplied, since an alloy having a composition of 80% tin and 20% zinc at 200 ° C has a eutectic. With the residual melt, e.g.
  • the heating pipes With the heating pipes placed on the floor, the evaporation can be restarted, since only zinc vapor is produced (the tin boiling point is greater than 700 ° C).
  • the heating pipes can also be heated inductively by internal graphite body. Suitable in the return tube 25 of the rotary kiln 11 placed inductors can be used for the control of Zn-Dampfschreibhitzu n when graphite sleeves are installed.
  • the structure of a chain of latches is also shown in FIG.
  • the molten zinc 20 may be passed via a first regulation 47 into a production buffer 49 or into an inductively heatable recycling buffer 51.
  • the two latches 49, 51 are connected to one another by a melt transfer line 53 in order to be able to control the melt concentration.
  • the return buffer 51 is equipped with an inductive heater 55, which can be used in addition to the heating by the high-temperature reeeiver 57. This allows the zinc vapor to overheat. It is also advantageous if tin is present as a boil-retardant in the melt, as a result of which overheated zinc vapor is obtainable.
  • melt can be added to the production buffer 49 and melt can be removed from the production buffer via the outlet 61 49 are removed.
  • the melt can be supplied via the outlet 61 to the first circulating buffer 63 of the high-temperature receiver 57.
  • Out the high tempera ture receiver 57 can melt back and metal vapor in the first circulation buffer 63 occur.
  • a second circulation buffer 65 is provided to control the Schmelzenkonzentra tion and the control of steam overheating.
  • the circulation latches 63, 65 are sealed by a first and second regulator 67, 69 in the vapor phase and in the liquid phase.
  • the superheated steam can via a third controller 71 on the production buffer 49 and. the return buffer 51 are distributed.
  • the superheated heating steam is fed to the rotary kiln 11 via the heating steam outlet 73.
  • a supply line 75 may be electrically heated.
  • the provision of a plurality of latches 49,51,63,65 allows precise control of the superheated heating steam 24.
  • the latches are connected to each other in the vapor phase and in the Fiüssigphase, whereby the melt concentration and the Schudampf properties, in particular its temperature, regulate to let.

Abstract

The invention relates to a method for the carbothermal reduction of zinc oxide to zinc, comprising the following steps: feeding zinc oxide and coal into a furnace as reactants, reducing the zinc oxide to liquid zinc melt (20) by using the coal as a heating agent and as a reactant, and tapping the liquid zinc melt (20) from the furnace as a product. Heat is supplied for the endothermic reaction by the condensation of zinc vapor (24) blown into the furnace, the zinc vapor acting as a heating vapor.

Description

Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink  Process for the carbothermic reduction of zinc oxide to zinc
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink und einen Drehrohrofen zu dessen Umsetzung,  The invention relates to a process for the carbothermal reduction of zinc oxide to zinc and to a rotary kiln for its conversion,
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik ist die ca rbo th r mi sehe Reduktion von Zinkoxid als ein traditionelles Verfahren bekannt, welches den eingebrachten Kohlenstoff als chemisches From the state of the art, the novel method of reducing zinc oxide is known as a traditional process which uses the introduced carbon as chemical
Reagens und zugleich als Heizmittel der endothermischen Reaktion benutzt. Die hierfür notwendige Temperatur zum Ablauf der endothermen Reaktion liegt über 1000°C, wenn eine intensive, leistungsfähige Produktion erzielt werden soll. Wenn hierzu statt z.B. fast reiner Holzkohle kostengünstige aber verunreinigte Kesselkohle verwendet werden soll, dann ist der spezifische Verbrauch hoch und die entstehenden Abgase bei Feuerung mit Luftsauerstoff müssen aufwendig gereinigt werden. Leider ist es Realität, dass solche Schmelzhütten oft an Betriebsorte versetzt werden, wo die Abgaskontrollen weniger streng sind. Reagent and also used as a heating agent of the endothermic reaction. The necessary temperature for the endothermic reaction is above 1000 ° C, if an intensive, efficient production is to be achieved. If instead of e.g. Almost pure charcoal cost-effective but contaminated boiler coal is to be used, then the specific consumption is high and the resulting exhaust gases when fired with atmospheric oxygen must be cleaned consuming. Unfortunately, it is a reality that such smelters are often moved to locations where the emissions controls are less stringent.
Um den hohen spezifischen Kohleverbrauch zu senken, wurde von mehreren Forschungsanstalten versucht, konzentrierte Sonnenenergie in den Heizprozess zu integrieren. Eine erfolgreiche Produktionstechnik wurde jedoch niemals entwickelt. In order to reduce the high specific consumption of coal, several research institutes tried to integrate concentrated solar energy into the heating process. However, a successful production technique has never been developed.
Auf abe der Erfindung On abe of the invention
Aus den Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert die die vorliegende Erfindung initiierende Aufgabe ein Verfahren zur carbothermischen Zinkoxid Reduktion vorzuschlagen, welches konzentrierte Sonnenenergie nutzt, um den hohen Kohle- verbrauch zu reduzieren. Zudem soll das Verfahren trotz der hohen Temperaturen zuverlässig ablaufen.  From the disadvantages of the described prior art, the object initiating the present invention results in proposing a process for the carbothermic zinc oxide reduction, which uses concentrated solar energy in order to reduce the high coal consumption. In addition, the process should run reliably despite the high temperatures.
Beschreibung description
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink dadurch, dass die Wärmezufuhr für die endotherme Reaktion durch die Kondensation von einem in den Öfen, eingehlasenen Zinkdampf, welcher als Heizdampf wirkt, erfolgt. Der Zinkdampf hat den Vorteil, dass er als Heizmittel nicht nur die Dampfenthalpie abgeben kann, sondern auch die Kondensationsenthalpie abgibt, welche beim Obergang in den flüssigen Aggregatszustand freigegeben wird. Das flüssig gewordene Zink vermischt sich mit der im Ofen vorhandenen Zinkschmelze zum Endprodukt. Voraussetzung für dieses Verfahren ist das Vorhandensein einer ausreichenden Energiequelle, welche flüssiges Zink verdampfen kann. Bevorzugt wird als Ofen ein Drehrohrofen eingesetzt, wenngleich sich auch ein Schachtofen oder ein Röstofen zur Umsetzung des Verfahrens eigenen würde. The solution of the problem is achieved in a method for carbothermic reduction of zinc oxide to zinc in that the heat for the endothermic Reaction by the condensation of a in the furnaces, eingehlasenen zinc vapor, which acts as heating steam takes place. The zinc vapor has the advantage that it can not only give off the enthalpy of steam as a heating medium, but also gives off the enthalpy of condensation, which is released during the transition to the liquid state of aggregation. The molten zinc mixes with the molten zinc in the furnace to the final product. The prerequisite for this method is the presence of a sufficient source of energy, which can evaporate liquid zinc. A rotary kiln is preferably used as the furnace, although a shaft furnace or a roasting furnace would also be suitable for implementing the method.
In einer besonders bevorzugten Ausf ührungsform der Erfindung wird ein Teil der Zinkschmelze als der Zinkdampf rückgeführt. Dadurch lässt sich ein geschlossener Heizkreislauf realisieren, in welchem die Zinkschmelze verdampft wird und in dem. Ofen wieder kondensiert wird. In a particularly preferred embodiment of the invention, a portion of the molten zinc is recycled as the zinc vapor. This makes it possible to realize a closed heating circuit in which the molten zinc is evaporated and in the. Oven is condensed again.
Die Erfindung zeichnet sich, bevorzugt dadurch aus, dass der Teil der Zinkschmelze, welcher als .Zinkdampf rückgeführt wird, in. einem Kühlkreislauf eines Hochtempera- tur-Receivers zum Auffangen konzentrierter Strahlung, insbesondere Sonnenstrahlung, verdampft wird. Dies hat den Vorteil, dass der Kühlkreislauf des Receivers, welcher ohnedies Wärme abführen muss, zur Aufheizung des Teilstromes der Zinkschmelze herangezogen werden kann. Dadurch entsteht ein besonders umweltfreundliches Verfahren, da als Heizmittel anstatt von fossilen Brennstoffen die Sonnenstrahlung eingesetzt werden kann. Als konzentrierte Strahlung sind auch Röntgen- oder Gammastrahlen denkbar. The invention is characterized, preferably characterized in that the part of the molten zinc, which is recycled as .Zinkdampf, in. A cooling circuit of a high-temperature receiver for collecting concentrated radiation, in particular solar radiation, is evaporated. This has the advantage that the cooling circuit of the receiver, which in any case must dissipate heat, can be used for heating the partial stream of the molten zinc. This creates a particularly environmentally friendly process, as the solar radiation can be used as a heating medium instead of fossil fuels. As concentrated radiation and X-rays or gamma rays are conceivable.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Zinkschmelze indirekt verdampft, indem die Zinkschmelze mit einem Wärmetauscher in Kontakt gebracht wird, welcher Teil des Flüssigmetall-Kühlkreislaufes des Hoch temp ra tu r- R ecei v rs ist. Durch die indirekte Heizung können die Metallschmelzen örtlich voneinander getrennt bleiben. Der Flüssigmetall-Kühlkreislauf muss daher nicht zwangsläufig Zink enthalten. In another embodiment of the invention, the molten zinc is indirectly vaporized by contacting the molten zinc with a heat exchanger which is part of the liquid metal refrigeration cycle of the high temperature refrigerator. Indirect heating allows the molten metal to remain spatially separate. The liquid metal cooling circuit therefore does not necessarily contain zinc.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren in einem Drehrohrofen ausgeführt. Dadurch lässt sich das Verfahren kontinuierlich ausführen und ist dementsprechend wirtschaftlich. Dem Drehrohrofen ist es zu eigen, dass alle Edukt- bzw. Produktströme einfach aufzugeben, bzw. zu entnehmen sind. Als zweckdienlich hat es sich erwiesen, wenn die Zuführung eines Teils der Reaktanden. durch Pellets erfolgt, welche diesen Teil vorgemischt und verpresst enthalten. Die Pellets haben eine optimierte Zusammensetzung für die Zinkoxid Reduktion. Durch Änderung der Zusammensetzung lässt sich der Prozess steuern. Andere Reaktanden, welche Heissdampf und Luftsauerstoff sein können, müssen separat von den Pellets in den Drehrohrofen zugegeben werden. In a further preferred embodiment of the invention, the method is carried out in a rotary kiln. As a result, the process can be carried out continuously and is therefore economical. It is inherent to the rotary kiln that all educt or product streams are easy to dispense or to be removed. It has proved to be useful when the supply of a portion of the reactants. by pellets containing this part premixed and compressed. The pellets have an optimized composition for zinc oxide reduction. By changing the composition, the process can be controlled. Other reactants, which may be hot steam and atmospheric oxygen, must be added separately from the pellets in the rotary kiln.
Zweckmässigerweise ist als Kohle Kesselkohle mit hohem Schlackenanteil verwendbar. Der Nachteil der entstehenden Schlacken kann dadurch kompensiert werden, dass die Schlacken in der Zementindustrie verwertbar sind. Conveniently, charcoal with a high proportion of slag can be used as coal. The disadvantage of the resulting slags can be compensated by the fact that the slags in the cement industry are recyclable.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn in dem Ofen durch Reaktion des während der Reduktion von Zinkoxid entstehenden Kohlenmonoxids mit Wasserdampf Synthesegase hergestellt werden. Aus dem Synthesegas können wertvolle Ausgangsprodukte für die chemische Industrie hergestellt werden. Beispiele hierfür sind Wasserstoff und Methanol. Gasförmige Edukte und Produkte lassen sich in einem Drehrohrofen durch das Vorsehen eine Stopfbuchse einfach vornehmen. It proves to be advantageous if synthesis gases are produced in the furnace by reaction of the carbon monoxide formed during the reduction of zinc oxide with steam. Synthesis gas can be used to produce valuable raw materials for the chemical industry. Examples are hydrogen and methanol. Gaseous educts and products can be easily made in a rotary kiln by providing a stuffing box.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Reaktanden in einem Einführrohr in den Ofen aufgegeben, welches Einführrohr im Gegenstrom von den austretenden Produktgasen vorgewärmt wird. Die Wärme der Produktgase kann daher besonders wirtschaftlich genutzt werden, um die in dem Zuführrohr aufgegebenen Pellets vorzuwärmen. Dadurch lässt sich Heizenergie sparen. In a further embodiment of the invention, the reactants are introduced into the furnace in an introduction tube, which inlet tube is preheated countercurrently by the exiting product gases. The heat of the product gases can therefore be used particularly economically to preheat the pellets fed in the feed tube. This can save heating energy.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der Wasserdampf zur Steuerun des Synthesegas Prozesses in unterschiedlichen Temperaturen aufgegeben wird. Dadurch kann das Bou- douard-Gleichgewicht zwischen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid eingestellt werden.It proves to be advantageous if the steam for controlling the synthesis gas process is abandoned in different temperatures. This allows the bou- douard equilibrium between carbon monoxide and carbon dioxide to be adjusted.
Der Gasprozess kann auch zusätzlich durch die Teilrückführung von Produktgasen gesteuert werden. The gas process can also be controlled by the partial recirculation of product gases.
Zweckmässigerweise wird die erzeugte Schlacke, welche in der Zementindustrie angewendet werden kann, durch kurzzeitige Erhitzung von Restzink gereinigt. Dadurch sind saubere Produkte erhältlich, welche nicht durch andere Produkte verunreinigt sind. Conveniently, the generated slag, which can be used in the cement industry, cleaned by short-term heating of residual zinc. This provides clean products that are not contaminated by other products.
Die Erfindung zeichnet sich auch bevorzugt dadurch aus, dass der Teil der Zinkschmelze, aus welcher Zinkdampf rückgeführt wird, mit Zinn versetzt wird. Bei einer Zusammensetzung von 80% Zinn und 20% Zink kann sich ein Hutektikum bei 200 °C bilden. Dadurch lässt sich die in dem Kühlkreislauf befindende Zinkschmelze bis 200 °C flüssig halten. Auch lässt sich bei Erstarren der Schmelze, beispielsweise wenn Wartungsarbeiten notwendig sind, die erstarrte Legierung rasch wieder aufschmelzen. Zinkdampf ist sortenrein herstellbar, da Zinn einen höheren Siedepunkt besitzt. Wie bereits weiter obenstehend ausgeführt, ist es bevorzugt, wenn durch die Zusammensetzung der Reaktanden der Synthesegas Prozess und die Energiebilanz des Verfahrens gesteuert wird. Das Verfahren lässt sich daher im Vorhinein durch die Pellets- Zusammensetzung planen und kann in dem Drehrohrofen weitgehend automatisch ablaufen, ohne dass Prozessparameter im Nachhinein während des Betriebs eingestellt wer- den müssten. Weitere Reaktanden können Heissdampf und Luftsauerstoff sein, durch deren Zugabe sich der Synthesegas Prozess steuern lässt. The invention is also preferably characterized in that tin is added to the part of the molten zinc from which zinc vapor is recycled. With a composition of 80% tin and 20% zinc, a hutectic at 200 ° C form. As a result, the molten zinc in the cooling circuit can be kept liquid up to 200 ° C. Also, when solidification of the melt, for example, if maintenance work is necessary, the solidified alloy can quickly melt again. Zinc vapor can be produced according to type, as tin has a higher boiling point. As already stated above, it is preferred if the composition of the reactants controls the synthesis gas process and the energy balance of the process. The process can therefore be planned in advance through the pellet composition and can run largely automatically in the rotary kiln, without having to set process parameters afterwards during operation. Further reactants can be hot steam and atmospheric oxygen, by the addition of which the synthesis gas process can be controlled.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der rückzuführende Teil der Zinkschmelze in einem Speicher durch Metalldampf direkt o- der indirekt verdampft, welcher Speicher neben dem Metalldampl* mit einer elektrischen Heizung zusätzlich beheizbar ist. Die Heizung hat den Vorteil, dass Zink auch in abgekühlten Speichern beispielsweise durch induktives Heizen verdampft werden kann. Auch lässt sich der Zinkdampf durch die Heizung erhitzen. Die Heizung kann beispielsweise mit kostengünstigem Nachtstrom beheizt werden. Die Heizung, bevorzugt induktiv beheizte Heizrohre, kann auch ein Erstarren der Zinkschmelze verhindern und kann das Zink demnach flüssig halten. Dies funktioniert besonders gut, wenn es sich um oben ausgeführte Zink-Zinn- Legieru ng mit einem Eutektikum handelt. Die Zinkschmelze kann auch aus Zinkerzen geschmolzen werden, welche beispielsweise Eisen, Cadmium, Arsen, Calcium, Natrium, Kalium und andere Metalle enthalten können. Die Verdampfung in dem Speicher wirkt wie eine Destillation bei der Zinkdampf hochrein abdampft und Zink von den. arideren Metallen abgetrennt wird. In a further particularly preferred embodiment of the invention, the recirculated part of the molten zinc is evaporated in a memory by metal vapor directly o- indirectly, which memory with an electric heater is additionally heated in addition to the Metalldampl *. The heating has the advantage that zinc can also be evaporated in cooled stores, for example by inductive heating. Also, the zinc vapor can be heated by the heater. The heater can be heated, for example, with inexpensive night stream. The heating, preferably inductively heated heating pipes, can also prevent solidification of the molten zinc and can therefore keep the zinc liquid. This works especially well if it is a zinc-tin alloy with a eutectic. The molten zinc may also be melted from zinc ores, which may contain, for example, iron, cadmium, arsenic, calcium, sodium, potassium and other metals. The evaporation in the store acts as a distillation in which the zinc vapor evaporates very pure and zinc from the. is separated from other metals.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Temperatur des Zinkdampfes durch die Zugabe bzw. den Abzug von Zinkdampf und/ oder Metallschmelze in dem Speicher reguliert. Die Temperatur des rückzuführenden Zinkdampfes lässt sich daher in dem Speicher genau auf die benötigte Temperatur einstellen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Drehrohrofen zur Umsetzung des beschriebenen Verfahrens. Der Drehrohrofen zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich des zweiten Endes ein Rückführrohr angeordnet ist, durch welches der rückgeführte Zinkdampf in den Reaktionsraum aufgegeben werden kann. Der Drehrohrofen hat den Vorteil, dass das erfindungsgemässe Verfahren darin kontinuierlich ablaufen kann. Ein. weiterer Vorteil, liegt darin, dass der Drehrolirofen. wie ein Gegenstrom.- Wärmetauscher wirkt. Der Gasstrom strömt dabei vom zweiten zum ersten Ende und strömt dem Pellets-/ Zinkstrom entgegen. Das Verfahren in dem Drehrohrofen lässt sich besonders wirtschaftlich betreiben, da es auf cier gesamten Länge des Drehrohres zu einem Wärmeübergang von dem Gasstrom zu dem Fest/ Flüssigstrom kommt. In a further preferred embodiment of the invention, the temperature of the zinc vapor is regulated by the addition or withdrawal of zinc vapor and / or molten metal in the store. The temperature of the recycled zinc vapor can therefore be set in the memory exactly to the required temperature. Another aspect of the invention relates to a rotary kiln for implementing the method described. The rotary kiln is characterized by the fact that in the area the second end of a return pipe is arranged, through which the recycled zinc vapor can be fed into the reaction space. The rotary kiln has the advantage that the inventive method can run continuously therein. One. Another advantage is that the rotary kiln. as a Gegenstrom.- heat exchanger acts. The gas stream flows from the second to the first end and flows against the pellets / zinc stream. The process in the rotary kiln can be operated particularly economically, since there is heat transfer from the gas stream to the solid / liquid stream over the entire length of the rotary kiln.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Drehroh.ro- fens ist wenigstens die Innenwandung des Drehrohrs, welches mit dem Zinkdampf in Kontakt tritt, mit nichtoxidischen Keramikbaii teilen ausgekleidet. Dadurch lässt sich ein durch die Sauerstoffaffinität des Zinkdampfes begründeter„Ofenfras", also eine Zerstörung von herkömmlichen Ofenauskleidungen, verhindern. In a particularly preferred embodiment of the rotary straw according to the invention, at least the inner wall of the rotary tube, which comes into contact with the zinc vapor, is lined with non-oxidic ceramic baubles. As a result, a "Ofenfras" due to the oxygen affinity of the zinc vapor, ie a destruction of conventional furnace linings, can be prevented.
Zweckmässigerweise ist die von Keramikbauteilen freie Innen andung des Drehrohrs mit Schamott ausgekleidet. Die teurere Keramikbeschichtun wird also nur an den Stellen zur Auskleidung des Drehrohrs verwendet, an denen sie durch, den Kontakt mit Zinkdampf notwendig ist. Generell kann die Auskleidung auch als Verschleissschutz und Wärmedämmun wirken. Insbesondere eine Auskleidung des Einführrohres und des Rückführrohres wirkt als Schutz vor mechanischer und chemischer Zerstörung. Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der Bereich des Einführrohrs, welcher in den Reaktionsraum ragt, mit einem Spiralgang umgeben ist. Dadurch wird der Wärmeübergang am ersten Ende des Drehrohrofens von den Produktgasen auf die Pellets verbessert. Conveniently, the ceramic components of free inner lining of the rotary tube is lined with fireclay. The more expensive Keramikbeschichtun is thus used only at the points to the lining of the rotary tube, where it is necessary through, the contact with zinc vapor. In general, the lining can also act as wear protection and thermal insulation. In particular, a lining of the insertion tube and the return tube acts as protection against mechanical and chemical destruction. It proves to be advantageous if the region of the introduction tube, which projects into the reaction space, is surrounded by a spiral passage. This improves the heat transfer at the first end of the rotary kiln from the product gases to the pellets.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn in dem Rückführrohr innen liegende Graphitkörper vorgesehen sind, welche induktiv heizbar sind. Dadurch lässt sich die Zinkdampf-Überhitzung in dem Rückführrohr regeln. It proves to be particularly advantageous if internal graphite bodies are provided in the return pipe which are inductively heatable. This allows the control of the zinc vapor overheating in the return pipe.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen. Es zeigen in nicht massst bsgetreuer Darstellung: einen Längsschnitt durch einen Drehrohrofen, in welchem ein Verfahren zur carbotherrnischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink ausgeführt wird. Further advantages and features will become apparent from the following description of an embodiment of the invention with reference to the schematic representations. It does not show in full-scale faithful representation: a longitudinal section through a rotary kiln, in which a method for the carbothermal reduction of zinc oxide to zinc is carried out.
In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch einen Drehrohr ofen gezeigt, welcher gesamthaft mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Der Drehrohrofen 11 umfasst ein Drehrohr 13, welches um eine Drehachse 15 drehbar ist. Das Drehrohr 13 ist in der Mitte unterbrochen dargestellt, um. nicht die gesamte Länge des Drehrohrs 13 darstellen zu müssen und um die Übersichtlichkeit zu verbessern. Der Drehrohrofe 11 umfasst ein erstes Ende 17. Am ersten Ende 17 ragt ein Einführrohr 19 in das Drehrohr 13, durch welches die Reak- tanden in den Reaktionsraum 21 des Drehrohrs 13 aufgegeben werden. Dem ersten Ende 17 gegenüberliegend ist ein zweites Ende 23 vorhanden. An dem zweiten Ende 23 lässt sich das Produkt in Gestalt einer Metallschmelze abstechen. in dem Drehrohrofen 11 werden als Reaktanden Zinkoxid und Kohle aufgegeben. Da es sich bei der Reduktion von Ziiikoxid um eine endotherme Reaktion handelt, muss zum Ablauf der Reaktion Wärme zugeführt werden. Als Produkte entstehen, flüssiges Zink als Schmelze und Kohlenmonoxid: ZnO + C— * Zn + CO In Figure 1, a longitudinal section through a rotary kiln furnace is shown, which is generally designated by the reference numeral 11. The rotary kiln 11 comprises a rotary tube 13, which is rotatable about a rotation axis 15. The rotary tube 13 is shown interrupted in the middle to. not to have to represent the entire length of the rotary tube 13 and to improve the clarity. The rotary kiln 11 comprises a first end 17. At the first end 17, an introduction tube 19 projects into the rotary tube 13, through which the reactants are introduced into the reaction space 21 of the rotary tube 13. Opposite the first end 17 is a second end 23. At the second end 23, the product can be cut off in the form of a molten metal. in the rotary kiln 11 are given as reactants zinc oxide and carbon. Since it is the reduction of Ziiikoxid an endothermic reaction, heat must be supplied to the end of the reaction. The products formed are liquid zinc as a melt and carbon monoxide: ZnO + C- * Zn + CO
Da ein Kühlkreislauf eines Ho h temp era t u r-Rece i v e rs zum Auffangen konzentrierter Sonnenstrahlung eine ausreichend Wärmequelle darstellt, um flüssiges Zink zu verdampfen, kann dampfförmiges Zink zum Ablau der oben beschriebenen Reduktions- Reaktion als Heizmittel bereitgestellt werden. Es ist sogar ausreichend Wärmeenergie vorhanden, um überhitzten Zinkdampf herzustellen. Since a refrigeration cycle of a high temperature receiver for capturing concentrated solar radiation is a sufficient source of heat to vaporize liquid zinc, vaporous zinc may be provided as a heating medium to attenuate the above-described reduction reaction. There is even enough heat energy to produce superheated zinc vapor.
Erfindungsgemäss kann ein Teil des erzeugten Flüssigzinks bzw. der erzeugten Zinkschmelze 20 in den Reaktionsraum 21 als Zinkdampf 24 zurückgeführt werden. Nach erfolgter Aufheizung und Verdampfung durch den Energietransfer von einer Energiequelle über der Verdampfungstemperatur der Zinkschmelze, kann der Zinkdampf in den Reaktionsraum 21 eingeblasen. werden. Im Reaktionsraum 21 erfolgt die Kondensation und heizt die Ausgangsstoffe der Reaktion entsprechend auf. Kondensationsbereiche 26 sind in der Figur 1 als Wolken dargestellt. Es wird dadurch sofort ein intensiver Wärmeübergang an den Reaktanden bewirkt, was die Reaktion beschleunigt - im Vergleich zum Wärmeübergang bei einer herkömmlichen Heissgaserwärmung. Dies liegt daran, dass der Zinkdampf den Aggregatszustand ändert und beim Obergang zu flüssigem Zink die Kondensarionsenthalpie freigesetzt wird, wodurch die endotherme Reaktion angetrieben wird. According to the invention, part of the liquid zinc or the molten zinc 20 produced can be returned to the reaction space 21 as zinc vapor 24. After heating and evaporation by the energy transfer from an energy source above the evaporation temperature of the molten zinc, the zinc vapor can be blown into the reaction space 21. become. In the reaction chamber 21, the condensation takes place and heats the starting materials of the reaction accordingly. Condensation regions 26 are shown in FIG. 1 as clouds. This immediately causes an intense heat transfer to the reactants, which accelerates the reaction - in comparison to the heat transfer in a conventional hot gas heating. This is The fact that the zinc vapor changes the state of aggregation and the enthalpy of condensation is released during the transition to liquid zinc, whereby the endothermic reaction is driven.
Die Regelung des überhitzten Zinkdampfes 24 zum Heizen der Zone, in dem die en- dotherme Zinkoxid-Reaktion stattfinden soll, erfolgt unter anderem durch ein Rückführrohr 25 bzw. ein Heizrohr. Das Rückführrohr 25 ragt bevorzugt am zweiten Ende 23 in den Reaktionsraum 21. Der Zinkdampf 24 wird in eine Zone des Drehrohrofens 11 eingeblasen, die vorzugsweise mit nicht-oxidischen Keramikelementen 27 oder solchen mit hohem. A1203/MgO Anteil ausgestattet bzw. ausgekleidet sind. Dadurch wird die hohe Sauerstoff-Affinität des Zinkdampfs 24 in dem Drehrohr 13 ertragen und sogenannter„Ofenfras" kan vermieden werden. Die Aufgabe der Ausgangsstoffe kann durch Pellets 29 erfolgen, die im Einführrohr 19 aufgegeben werden. Die Pellets 29 enthalten die Reaktanden Zinkoxid und Kohlenstoff (Koks) vorgemischt und verpresst. Die Pellets 29 werden im Gegenstrom zum austretenden Synthesegas 31 vorgewärmt. Zum verbesserten Wärmeübergang kann ein metallischer Spiralgang 33 mit dem Einführrohr 19 verbunden werden, wenn die Zusammensetzung der Pellets 29 aus Zinkoxid und Koks erlaubt, dass diese stückig bleiben und nicht den Spiralgang 33 verkleben. Wenn, aus Kosten- und Verfügbarkeitsgründen minderwertige Kesselkohle statt Koks eingesetzt wird, können im Aufwärmungsprozess Sinterungsprozesse mit Teilflüssigkeit der Rohkohle ablaufen. Eine solche Mischung kann, jedoch auch gezielt zu Herstellung einer Schlacke 35 dienen, die Ausgangsprodukte für die Zementindustrie liefert. Werden solche Ausgangsprodukte eingesetzt, wird auf den Spiralgang 33 verzichtet und das Drehrohr 13 zwecks erweitertem Wärmeübergang einfach verlängert. Die gesamte Einfüh- rungs-und Gasreaktionszone des Drehrohrs 13 kann mit kostengünstigem Schamott 37 ausgekleidet sein, der bei entsprechendem u Iii tan teil auch als Verschleissschutz 39 dienen kann, insbesondere, wenn damit das Einführrohr 19 ausgekleidet ist. The regulation of the superheated zinc vapor 24 for heating the zone in which the endothermic zinc oxide reaction is to take place takes place, inter alia, by means of a return pipe 25 or a heating pipe. The return pipe 25 preferably protrudes at the second end 23 into the reaction chamber 21. The zinc vapor 24 is blown into a zone of the rotary kiln 11, preferably with non-oxide ceramic elements 27 or those with high. A1203 / MgO portion are equipped or lined. As a result, the high oxygen affinity of the zinc vapor 24 in the rotary tube 13 can be endured and so-called "oven-baked" can be avoided The feedstocks can be discharged by pellets 29, which are introduced into the introduction tube 19. The pellets 29 contain the reactants zinc oxide and carbon The pellets 29 are preheated in countercurrent to the effluent synthesis gas 31. For improved heat transfer, a metallic spiral passage 33 may be connected to the introduction tube 19 if the composition of the pellets 29 of zinc oxide and coke allow them to remain particulate and do not stick to the spiral duct 33. If, for cost and availability reasons, inferior boiler coal instead of coke is used, sintering processes with partial liquid of the raw coal can take place in the warm-up process Such a mixture can also serve to produce a slag 35, the starting materials for the cement Industri If such starting products are used, the spiral passage 33 is dispensed with and the rotary tube 13 is simply lengthened for the purpose of expanding the heat transfer. The entire introduction and gas reaction zone of the rotary tube 13 may be lined with low-cost fireclay 37, which may also serve as a wear protection 39 in case of a corresponding leakage, in particular if the insertion tube 19 is lined with it.
Der Drehrohrofen hat eine Gasreaktionszone 41 in der gemäss dem Boudouard-Gleich- ge wicht entstandenes CO mit den aus der Roh-Kohle ausgedünsteten Gasen und dem angebotenen Kohlenstoff reagiert. Dieser Reaktionsprozess kann durch Einbringen von Wasserdampf bei unterschiedlichen Temperaturen und ggf. durch Teürückführun von Synthesegasen gesteuert werden. Die notwendige Stopfbuchs-Zuführung 43 zur Einbringung des Wasserdampfes ist für die Auslass-Temperatur Stand der Technik, ebenso wie die mögliche Oberführung von Synthesegas in Methanol und dessen Absaugung 45. The rotary kiln has reacted with a gas reaction zone 41 in which CO produced in accordance with the Boudouard equilibrium reacts with the gases evolved from the crude coal and with the carbon offered. This reaction process can by introducing water vapor at different temperatures and possibly by Teückückführun of Synthesis gases are controlled. The necessary stuffing box feed 43 for introduction of the water vapor is state of the art for the outlet temperature, as well as the possible upper flow of synthesis gas in methanol and its suction 45.
Die Wärmeerzeugung durch Kondensation von überhitztem Zinkdampf kann auch aus solchen Wärme-Zwischenspeichern (51) erfolgen, die bereits soweit abgekühlt sind, dass Zink aus dem Kreislauf nicht mehr ausreichend verdampft werden kann. Diese können dann, mit billigem Nachtstrom elektrisch nachgeheizt werden, solange eine solche Produktion aufgrund der Nachfrage wirtschaftlich Sinn macht (z.B. Überschuss aus nächtlicher Windenergie). Umgekehrt kann in solchen Wärme-Zwischenspeichern (51) für die Teilrückführung des Zinks entstehendes Kondensat bis zu 200°C flüssig gehalten werden, wenn z.B. Zinn zugeführt wird, da eine Legierung mit einer Zusammen Setzung von 80% Zinn und 20 % Zink bei 200 °C ein Eutektikum besitzt. Mit der Restschmelze kann z.B. mit am Boden platzierten Heizrohren die Verdampfung neu gestartet werden, da nur Zinkdampf produziert wird (der Zinn-Siedepunkt ist grösser als ! 700°C). Die Heizrohre können auch durch innen liegende Graphitkörper induktiv geheizt werden. Geeignete im Rückführrohr 25 des Drehrohrofens 11 platzierte Induktoren können für die Regelung der Zn-Dampfüberhitzu n eingesetzt werden, wenn Graphit-Hülsen eingebaut werden. The heat generation by condensation of superheated zinc vapor can also take place from such heat buffers (51), which are already cooled to the extent that zinc from the circulation can not be sufficiently evaporated. These can then be electrically reheated with cheap night-time electricity, as long as such production makes economic sense due to demand (e.g., surplus from nocturnal wind energy). Conversely, condensate arising in such thermal buffers (51) for the partial recycling of the zinc can be kept liquid up to 200 ° C, e.g. Tin is supplied, since an alloy having a composition of 80% tin and 20% zinc at 200 ° C has a eutectic. With the residual melt, e.g. With the heating pipes placed on the floor, the evaporation can be restarted, since only zinc vapor is produced (the tin boiling point is greater than 700 ° C). The heating pipes can also be heated inductively by internal graphite body. Suitable in the return tube 25 of the rotary kiln 11 placed inductors can be used for the control of Zn-Dampfüberhitzu n when graphite sleeves are installed.
Der Aufbau einer Kette von Zwischenspeichern ist ebenfalls in Figur 1 gezeigt. Die Zinkschmelze 20 kann über eine erste Regulierung 47 in einen Produktions-Zwischenspeicher 49 oder in einen induktiv heizbaren Rückführungs-Zwischenspeicher 51 geleitet werden. Die beiden Zwischenspeicher 49,51 sind durch eine Schmelze-Überleitung 53 miteinander verbunden, um die Schmelzekonzentration regeln zu können. Der Rückführungs-Zwischenspeicher 51 ist mit einer induktiven Heizung 55 ausgestattet, welche neben der Aufheizung durch den Hochtemperatur-Reeeiver 57 ergänzend einsetzbar ist. So lässt sich der Zinkdampf überhitzen. Von Vorteil ist es auch, wenn Zinn als Siedever- zögerer in der Schmelze vorhanden ist, wodurch ein überhitzter Zinkdampf erhältlich ist über eine Einlass 59 kann in den Produktions-Zwischenspeicher 49 Schmelze ergänzt werden und über den Auslass 61 kann Schmelze aus dem Produktions-Zwischenspeicher 49 entnommen werden. Die Schmelze kann über den Auslass 61 dem ersten Umlauf-Zwischenspeicher 63 des Hochtemperatur-Receivers 57 zugeführt werden. Aus dem Hochtempera tur-Receiver 57 kann Schmelzerücklauf und Metalldampf in den ersten Umlauf-Zwischenspeicher 63 eintreten. Zur Regelung der Schmelzekonzentra tion und der Regelung der Dampfüberhitzung ist ein zweiter Umlauf-Zwischenspeicher 65 vorgesehen. Die Umlauf-Zwischenspeicher 63,65 sind durch einen ersten und zweiten Regler 67,69 in der Dampfphase und in d r Flüssigphase verbimden. The structure of a chain of latches is also shown in FIG. The molten zinc 20 may be passed via a first regulation 47 into a production buffer 49 or into an inductively heatable recycling buffer 51. The two latches 49, 51 are connected to one another by a melt transfer line 53 in order to be able to control the melt concentration. The return buffer 51 is equipped with an inductive heater 55, which can be used in addition to the heating by the high-temperature reeeiver 57. This allows the zinc vapor to overheat. It is also advantageous if tin is present as a boil-retardant in the melt, as a result of which overheated zinc vapor is obtainable. Via an inlet 59, melt can be added to the production buffer 49 and melt can be removed from the production buffer via the outlet 61 49 are removed. The melt can be supplied via the outlet 61 to the first circulating buffer 63 of the high-temperature receiver 57. Out the high tempera ture receiver 57 can melt back and metal vapor in the first circulation buffer 63 occur. To control the Schmelzenkonzentra tion and the control of steam overheating a second circulation buffer 65 is provided. The circulation latches 63, 65 are sealed by a first and second regulator 67, 69 in the vapor phase and in the liquid phase.
Der überhitzte Dampf kann über einen dritten Regler 71 auf den Produktions-Zwischenspeicher 49 und. den Rückführungs-Zwischenspeicher 51 verteilt werden. Über den Heizdampfauslass 73 wird der überhitzte Heizdampf dem Drehrohrofen 11 zugeführt. The superheated steam can via a third controller 71 on the production buffer 49 and. the return buffer 51 are distributed. The superheated heating steam is fed to the rotary kiln 11 via the heating steam outlet 73.
Eine Zuleitung 75 kann elektrisch beheizt sein. Das Vorsehen von mehreren Zwischenspeichern 49,51,63,65 ermöglicht die genaue Regelung des überhitzten Heizdampfes 24. Die Zwischenspeicher sind jeweils in der Dampfphase und in der Fiüssigphase miteinander verbunden, wodurch sich die Schmelzekonzentration und die Heizdampf-Eigenschaften, insbesondere dessen Temperatur, regeln lassen. A supply line 75 may be electrically heated. The provision of a plurality of latches 49,51,63,65 allows precise control of the superheated heating steam 24. The latches are connected to each other in the vapor phase and in the Fiüssigphase, whereby the melt concentration and the Heizdampf properties, in particular its temperature, regulate to let.
Legende: Legend:
11 Drehrohrofen 11 rotary kiln
13 Drehrohr  13 rotary tube
15 Drehachse  15 axis of rotation
17 Erstes Ende  17 First end
19 Einführrohr  19 insertion tube
20 Flüssigziiik, Zinkschmelze 20 liquid, zinc melt
21 Reaktionsraum 21 reaction space
23 Zweites Ende  23 Second end
24 Zinkdampf  24 zinc vapor
25 Rückführrohr  25 return pipe
26 Kondensationsbereiche  26 condensation areas
27 Keramikelemente  27 ceramic elements
29 Pellets  29 pellets
31 Synthesegas  31 synthesis gas
33 Spiralgang  33 spiral course
35 Schlacke  35 slag
37 Schamott  37 fireclay
39 Verschleisssehu tz  39 Wear
41 Gasreaktionszone  41 gas reaction zone
43 Stopfhuchs-Zuführung 43 stuffing hopper feeder
45 Methanolabsaugung 45 methanol suction
47 Erste Regulierung  47 First regulation
49 Produktions-Zwischenspeicher 51 Rückführungs-Zwischenspeicher49 production buffers 51 feedback cache
53 Schmelze-Überleitung 53 melt transfer
55 Induktive Heizung  55 Inductive heating
57 Hochtemperatur-Receiver  57 high temperature receiver
59 Schmelzeeinlass  59 melt inlet
61 Schmelzeauslass  61 Melt outlet
63 Erster Umlauf-Zwischenspeicher 63 First circulating buffer
65 Zweiter Umlauf-Zwischenspeicher65 Second Circulation Buffer
67 Erster Regler 67 First controller
69 Zweiter Regler  69 Second controller
71 Dritter Regler  71 Third controller
73 Heizdampf au slass  73 heating steam is extinguished
75 Zuleitung  75 supply line

Claims

Patentansprüche claims
1, Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Zinkoxid zu Zink umfassend die folgenden Verfahrensschritte 1, A process for the carbothermic reduction of zinc oxide to zinc comprising the following process steps
Aufgabe von Zinkoxid und Kohle in einen Ofen als Reaktanden, Reduktion des Zinkoxids zu flüssiger Zinkschmelze (20) durch Verwendung der Kohle als Heizmittel und als Reaktand und  Zinc oxide and coal in an oven as reactants, reduction of the zinc oxide to liquid molten zinc (20) by using the coal as a heating agent and as a reactant and
Abstechen der flüssigen Zinkschmelze (20) aus dem Ofen als Produkt, dadurch gekennzeichnet,  Parting off the liquid molten zinc (20) from the furnace as a product, characterized
da ss die Wärmezufuhr für die endotlierme Reaktion durch die Kondensation von einem in den Ofen eingeblasenen Zinkdampf (24), welcher als Heizdampf wirkt, erfolgt.  Since the heat input for the endotlierme reaction by the condensation of a blown into the furnace zinc vapor (24), which acts as heating steam takes place.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Zinkschmelze (20) als der Zinkdampf (24) rückgeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that a part of the molten zinc (20) is recycled as the zinc vapor (24).
3.. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Zinkschmelze (20), welcher als Zinkdampf (24) rückgeiührt wird, in einem Kühlkreislauf eines Hochtemperatur- Reeeivers (57) zum Auffangen konzentrierter Strahlung, insbesondere Sonnenstrahlung, verdampft wird. 3 .. The method of claim 2, characterized in that the part of the molten zinc (20), which is returned as zinc vapor (24), in a cooling circuit of a high-temperature Reeeivers (57) for collecting concentrated radiation, in particular solar radiation is evaporated.
4. Verfahren nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkschmelze indirekt verdampft wird, indem die Zinkschmelze mit einem Wärmetauscher in Kontakt gebracht wird, welcher Teil des Flüssigmetall-Kühlkreislaufes des Hochtempera tur-Receivers ist. 4. The method according to claim 3, characterized in that the molten zinc is evaporated indirectly by the molten zinc is brought into contact with a heat exchanger, which is part of the liquid metal cooling circuit of the high tempera ture receiver.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Drehrohrofen (13) ausgeführt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the method is carried out in a rotary kiln (13).
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung eines Teils der Reaktanden durch Pellets (29) erfolgt, welche diesen Teil vor gemischt und verpresst enthalten. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the supply of a portion of the reactants by pellets (29) takes place, which contain this part before mixed and compressed.
7. Verfahren nach einem der vorangehender» Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohle Kesselkohle mit hohem Sc lackenanteil verwendbar ist. 7. The method according to any one of the preceding »claims, characterized in that charcoal with high Sc paint share is used as coal.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem. Ofen durch Reaktion des während, der Reduktion von Zinkoxid entstehenden Kohlenmonoxids mit Wasserdampf Synthesegase hergestellt werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the. Furnace by reaction of during the reduction of zinc oxide resulting carbon monoxide produced with steam synthesis gas.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf zur Steuerung des Synthesegas Prozesses in unterschiedlichen Temperaturen aufgegeben wird, 9. The method according to claim 8, characterized in that the steam for controlling the synthesis gas process is abandoned in different temperatures,
10, Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktanden in einem Einführohr (19) in den Ofen aufgegeben werden, welches F.inführrohr (19) im. Gegenstrom von den austretenden Produktgasen vorgewärmt wird. 10, Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reactants in an insertion tube (19) are introduced into the furnace, which F.inführrohr (19) in. Countercurrent is preheated by the exiting product gases.
11, Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Schlacke (35), welche in. der Zementindustrie angewendet werden kann, durch kurzzeitige Erhitzung von Restzink gereinigt wird, 11, method according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the generated slag (35), which can be applied in. The cement industry is cleaned by short-term heating of residual zinc,
12, Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Zinkschmelze (20), aus welcher der Zinkdampf (24) rückgeführt wird, mit Zinn versetzt wird. 12, Method according to one of claims 2 to 11, characterized in that the part of the molten zinc (20), from which the zinc vapor (24) is recycled, is added with tin.
13, Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Zusammensetzung der Reaktanden der Synthesegas Prozess und die Energiebilanz des Verfahrens gesteuert wird, 13, Method according to one of claims 6 to 12, characterized in that is controlled by the composition of the reactants of the synthesis gas process and the energy balance of the method,
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der rückzuführende Teil der Zinkschmelze (20) in einem. Speicher (51) durch Metall- dampf direkt oder indirekt verdampft wird, welcher Speicher (51) neben dem Metalldampf mit einer elektrischen Heizung (55) zusätzlich beheizbar ist. 14. The method according to any one of claims 3 to 13, characterized in that the recirculating part of the molten zinc (20) in one. Memory (51) is vaporized directly or indirectly by metal vapor, which memory (51) in addition to the metal vapor with an electric heater (55) is additionally heated.
15, Verfahre nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Zinkdampfes (24) durch die Zugabe bzw. den Abzug von Zinkdampf und/ oder15, according to claim 14, characterized in that the temperature of the zinc vapor (24) by the addition or withdrawal of zinc vapor and / or
Metallschmelze in dem Speicher (51) reguliert wird. Molten metal in the memory (51) is regulated.
16, Drehrohrofen (11) zur Umsetzung des Verfahrens gemäss der vorangehenden Ansprüche, umfassend ein Drehrohr (13) einen Reaktionsraum (21) bildend, 16, rotary kiln (11) for implementing the method according to the preceding claims, comprising a rotary tube (13) forming a reaction space (21),
eine Drehachse (15), um welche das Drehrohr (13) drehbar ist,  an axis of rotation (15) about which the rotary tube (13) is rotatable,
ein erstes Ende (17), ein Einführrohr (19) aufweisend, durch welches die Re~ ak landen aufgegeben werden können und  a first end (17) having an insertion tube (19) through which the landing can be abandoned and;
- ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende (23), an welchem das a second end (23), opposite the first end, on which the
Produkt (20) abstechbar ist, Product (20) can be torn off,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass im Bereich des zweiten Endes (23) ein Rückführrohr (25) angeordnet ist, durch welches der rückgeführte Zinkdampf (24) in den Reaktionsraum (21) auf- gegeben werden kann.  a return pipe (25) is arranged in the area of the second end (23) through which the recirculated zinc vapor (24) can be introduced into the reaction space (21).
17. Drehrohrofen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Imienwandung des Drehrohrs (13), welches mit dem Zinkdampf (24) in Kontakt tritt, mit nichtoxidischen Keramikbauteilen (27) ausgekleidet ist. 17. Rotary kiln according to claim 16, characterized in that at least the Imienwandung of the rotary tube (13) which comes into contact with the zinc vapor (24) is lined with non-oxide ceramic components (27).
18. Drehrohrofen nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die von Kera- mikbau teilen (27) freie imienwandung des Drehrohrs (13) mit Schamott (37) ausgekleidet ist, 18. Rotary kiln according to claim 17, characterized in that the parts of the ceramic tube (27) free imienwandung of the rotary tube (13) is lined with fireclay (37),
19. Drehrohrofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Einführrohrs (19), welcher in den Reaktionsraum (21) ragt, mit einem Spiralgang (33) umgeben ist. 19. Rotary kiln according to one of the preceding claims, characterized in that the region of the introduction tube (19) which projects into the reaction space (21) is surrounded by a spiral passage (33).
20. Drehrohrofen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rückführrohr (25) innen liegende Graphitkörper vorgesehen sind, welche induktiv heizbar sind. 20. Rotary kiln according to one of the preceding claims, characterized in that in the return tube (25) inner graphite bodies are provided, which are inductively heated.
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