DE1174079B - Verfahren zur Gewinnung von Feinzink durch Mehrfachdestillation - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C 22 b

Deutsche KL: 40 a-19/32

Nummer: 1174 079

Aktenzeichen: D 42384 VI a / 40 a

Anmeldetag: 31. August 1963

Auslegetag: 16. Juli 1964

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Gewinnung von Feinzink in einem Arbeitsgang durch Reduktion von ZnO bzw. ZnO-haltigen Erzen, die gegebenenfalls auch größere Anteile an Blei enthalten können, mit kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln, Kondensation des entstandenen Zinkdampfes mit Hilfe von flüssigem Zink bzw. flüssigem Blei und anschließende Raffinationsdestillation des flüssigen Zinks. Bei kleinen Anteilen an Blei wird mit flüssigem Zink, bei größeren Anteilen an Blei wird mit flüssigem Blei kondensiert. Die Kondensation des Zinkdampfes mit Hilfe von flüssigem Zink bzw. flüssigem Blei erfolgt in bekannter Weise in Sprüh- oder in sogenannten »bubble«-Kondensatoren.

Es ist bekannt, daß man aus Rohzink durch einfache Destillation in Muffeln ein genügend reines Zink gewinnen kann, wenn die Siedepunkte der Verunreinigungsmetalle genügend hoch über dem Siedepunkt des Zinks liegen, wie es beim Pb, Sn und Fe der Fall ist. Dabei reichern sich die Verunreinigungsmetalle im Destillationsrückstand an. Der Rückstand kann entweder zur Fabrikation von ZnO verwendet oder in den Zinkreduktionsofen zurückgegeben werden.

Diese bekannte Gewinnung von Feinzink aus Rohzink durch Destillation bei einer Atmosphäre erfordert aber einen sehr erheblichen Energieaufwand, nämlich die Aufheizwärme des Rohzinks von 500 bis 600° C auf seinen Siedepunkt (906° C) und die Verdampfungswärme des Feinzinks. Unter Einrechnung der Wärmeverluste ist für diese Raffinationsdestillation ein Wärmeaufwand von etwa 550 bis 570 kcal pro Kilogramm Reinzink erforderlich.

Das Ziel des angemeldeten Verfahrens ist es, diesen Energieaufwand zu ersparen bzw. erheblich zu vermindern. Das wird dadurch erreicht, daß die dem (Zinkdampf + CO)-Gemisch bei der Kondensation zu flüssigem Zink (im weiteren Primärkondensation genannt) zu entziehende Wärme, nämlich bei Kondensation mit Hilfe von flüssigem Zink die Abkühlungswärme des Zinkdampfes und des CO sowie die Kondensationswärme des Zinkdampfes bzw. bei Kondensation mit Hilfe von flüssigem Blei ein Teil dieser Wärme zusammen mit der bei einem Ausseigern des im Blei gelösten Zinks abzuführenden Wärme, nicht wie üblich durch Wasserkühlung weggeführt, sondern zu einer unmittelbar anschließenden Raffinationdestillation des Zinks genutzt wird. Um das erforderliche Wärmegefälle zu erhalten, wird die Raffinationsdestillation im Vakuum, also bei niedrigerer Temperatur durchgeführt.

Es ist zwar von der Vielfacheindampfung wäßriger Verfahren zur Gewinnung von Feinzink
durch Mehrfachdestillation

Anmelder:

Duisburger Kupferhütte, Duisburg

Als Erfinder benannt:
Dr. Oskar Emert, Mülheim/Ruhr,
Dr. Hermann Schunck, Bonn,
Dr. Alfred Dietrich, Duisburg

Lösungen bekannt, durch den kondensierenden Dampf einer Destillationsstufe die Verdampfungs-

ao wärme einer mit niedrigerem Druck arbeitenden nachgeschalteten zweiten Destillationsstufe zu dekken. Dieses Verfahren kann aber nicht auf den obigen Fall der Reinzinkgewinnung übertragen werden. Der aus dem Zinkreduktionsofen strömende Zinkdampf, durch dessen Kondensation die Verdampfungswärme für die nachgeschaltete Raffinationsdestillation geliefert werden soll, führt nämlich noch Verunreinigungen mit sich. Diese müssen laufend aus dem Prozeß ausgeschieden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren, das durch Kombination einer primären Zinkkondensation mit einer Zinkraffinationsdestillation unter Vakuum gekennzeichnet ist, wobei die bei der Primärkondensation des Zinkdampfes mit Hilfe von flüssigem Zink abzuführende Wärme bzw. bei einer Primärkondensation mit Hilfe von flüssigem Blei ein Teil dieser Wärme zusammen mit der bei einem Ausseigern des im Blei gelösten Zinks abzuführenden Wärme zur Raffinationsdestillation des Zinks verwendet wird, behebt die obengenannte Schwierigkeit einer laufenden Entfernung der metallischen Verunreinigungen auf folgende Weise:

Im Falle der Primärkondensation mit Hilfe von flüssigem Zink wird das Reinzink bei der Raffinationsdestillation aus einer Schmelze verdampft, die als Verunreinigung z. B. Eisen enthält. Damit keine Ausscheidungen der metallischen Verunreinigungen entstehen, die zu Störungen im Betriebe führen, ist es vorteilhaft, die Konzentration der Verunreinigungen im Zinkkreislauf so zu wählen, daß diese Konzentration unterhalb der Löslichkeitsgrenze bleibt.

409 630/298

Im Falle der Primärkondensation mit Hilfe von flüssigem Blei wird das Zink durch Entzug der zur Raffinationsdestillation nötigen Wärme (Verdampfungswärme) im Sumpf der Raffinationsdestillation ausgeseigert und das ausgeseigerte Zink verdampft, so daß die Verunreinigungen im entzinkten Blei zurückbleiben. Von diesem entzinkten und den Hauptteil der Verunreinigungen enthaltenden Blei muß aus dem Prozeß so viel ausgetragen werden, wie in Form von Bleidampf aus dem Reduktionsofen in den Primärkondensator strömt. Da die Verunreinigungen sich im entzinkten Blei sammeln, werden sie mit diesem aus dem Prozeß ausgetragen.

Die aus dem Kondensator des Zinkreduktionsofen abzuführende Wanne wird bei einer Kondensation mit Hilfe von flüssigem Zink durch Umpumpen einer Zinklegierung mit einem hohen Gehalt an metallischen Verunreinigungen und bei einer Kondensation mit Hilfe von flüssigem Blei durch Umpumpen des Bleis zwischen dem Sumpf des Reduktionsofenkondensators und dem Sumpf des Feinzinkverdampfers auf letzteren übertragen.

In den Abb. 1 und 2 ist das Verfahren beispielhaft dargestellt.

Im Beispiel 1 (Abb. 1) dient als Kondensationsmittel flüssiges Zink, als wesentliche metallische Verunreinigung ist Eisen angenommen. Es können mit dieser Anordnung jedoch auch andere Verunreinigungen, z. B. Spuren von Blei und Zinn, entweder allein oder zusammen mit Eisen, auf die gleiche Weise entfernt werden. Vom Reduktionsofen 1 mit den Elektroden 2 strömt zum Primärkondensator 3, der mit flüssigem Zink gefüllt ist, ein (Zinkdampf + CO-Gemisch), aus dem der Zinkdampf durch den mit Hilfe des Impellers 4 erzeugten Zinkregen auskondensiert wird. Der Dampf enthält beispielsweise 0,018 Gewichtsprozent Eisen. Das CO wird durch die Leitung 5 abgeführt.

Die Fe-Konzentration im Sumpf des Primärkondensators 3, im Sumpf des Raffmationsverdampfers 6 und in den Verbindungsleitungen 7 wird z. B. auf 0,25 Gewichtsprozent gehalten. Diese Menge ist bei der Vakuumdestillationstemperatur von etwa 550° C (p_Zn = 3 Torr) im Zink noch löslich.

Über den Überlaufs wird laufend von dem mit der maximalen Absättigung von 0,25 Gewichtsprozent Eisen angereicherten Zink ein Anteil abgezogen, der sich zu dem verdampften und im z. B. mit Luft gekühlten Reinzinkkondensator 9 wieder kondensierten Reinzink wie 7,2:92,8 verhält. Die in die Apparatur gegebenenfalls eingedrungene Luft wird mit der mit einer Zinkdampffalle versehenen Luftpumpe 10 entfernt. Das abdestillierte Feinzink fließt über das barometrische Rohr 11 ab.

Die für die Verdampfung des Reinzinks erforderliehe Wärme wird dem Sumpf des Raffinationsverdampfers 6 über das durch die eine Verbindungsleitung 7 mit Hilfe der Pumpe 12 umgewälzte Rohzink zugeführt.

Im Beispiel 2 (A b b. 2) dient als Kondensationsmittel flüssiges Blei., Diese Anordnung wird verwendet, wenn das Zinkerz erhebliche Mengen an Blei enthält.

Vom Reduktionsofen 1 mit den Elektroden 2 strömt zum Primärkondensator 3, der mit flüssigem Blei gefüllt ist, ein (Zinkdampf+Bleidampf+CO)-Gemisch, aus dem der Zinkdampf und der Bleidampf durch den mit Hilfe des Impellers 4 erzeugten Bleiregen auskondensiert werden, wobei sich das Zink im Blei löst. Das CO wird durch die Leitung 5 abgeführt. Das zinkhaltige flüssige Blei wird mit der Pumpe 12 durch die Verbindungsleitungen 7 und den Sumpf des Raffinationsverdampfers 6 umgepumpt. Durch die Herabsetzung der Temperatur infolge der Zinkverdampfung unter Vakuum wird das Blei abgekühlt und das Zink laufend ausgeseigert. Durch das Ausseigern des Zinks enthält das flüssige Blei im Verdampfer der Raffinationsdestillation nur noch Spuren von Zink. Das produzierte Blei wird über das barometrische Rohr 13 laufend abgezogen.

Im übrigen arbeitet die Anordnung wie die des Beispiels 1.

Durch Wahl der Temperatur der Primärkondensation und entsprechende Erhöhung der Lösungsfähigkeit von Zink für Eisen oder von Blei für Zink ist das Verhältnis zwischen dem abgezogenen Rohzink bzw. Blei, welche die Verunreinigungen enthalten, und dem im Raffinationskondensator gewonnenen Feinzink frei wählbar. Überdies gestattet eine Erhöhung der Primärkondensationstemperatur ein Wiederauflösen von Ausscheidungen in den Leitungen zum Raffinationsverdampfer. Die Verluste an Zinkdampf, die das Abgas aus der Primärkondensation mitführt, liegen dementsprechend niedriger oder höher.

Sind auch Verunreinigungsmetalle mit niedrigerem Siedepunkt vorhanden, z. B. Cadmium oder Quecksilber, so liefert die einfache Raffinationsdestillation ein Gemisch, z. B. aus Zinkdampf und Cadmiumdampf, das durch Rektifikation in bekannter Weise getrennt werden kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Feinzink in einem Arbeitsgang durch Reduktion von ZnO bzw. ZnO-haltigen Erzen, die gegebenenfalls auch Blei enthalten können, mit kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln, Kondensation des entstandenen Zinkdampfes mit Hilfe von flüssigem Zink bzw. flüssigem Blei, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation mit einer Zinkraffinationsdestillation unter Vakuum verbunden ist, wobei die bei der Primärkondensation des Zinkdampfes bzw. Bleidampfes bzw. die zwecks Ausseigerung des im flüssigen Blei gelösten Zinks abzuführende Wärme zur Raffinationsdestillation des Zinks verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zinkdampfkondensation mit Hilfe von flüssigem Zink die metallischen Verunreinigungen als Zinklegierung mit einem nahe unterhalb der Löslichkeitsgrenze liegenden Gehalt an Verunreinigungsmetall aus dem Prozeß entfernt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kondensatoi des Zinkreduktionsofens frei werdende Wärme mit Hilfe eines Umlaufs von flüssigem Zink mit einem hohen aber noch unter der Löslichkeitsgrenze liegenden Gehalt an metallischen Verunreinigungen zwischen dem Sumpf des Reduktionsofenkondensators (3) und dem Sumpf des Feinzinkverdampfers (6) auf letzteren übertragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zinkdampfkonden-

sation mit Hilfe von flüssigem Blei die metallischen Verunreinigungen mit dem entzinkten Blei aus dem Prozeß entfernt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Kondensator des Zinkreduktionsofens frei werdende Wärme mit Hilfe eines Umlaufs einer zinkhaltigen Bleilegierung zwischen dem Sumpf des Reduktionsofenkondensators (3) und dem Sumpf des Feinzinkverdampfers (6) auf letzteren übertragen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 630/298 7.64 © Bundesdruckerei Berlin