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Vorrichtung zum Oxydieren von Blei Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Oxydation von Blei mit einem vorzugsweise als senkrechter Schacht ausgebildeten
Verbrennungsraum und einer oben am Verbrennungsraum angebrachten Bleizuführung mit
konzentrisch um die Bleizuführung schräg nach unten gerichteten Druckgasdüsen.
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Die Oxyde des Bleies, insbesondere das unter dem Namen Mennige bekannte
Pb304, zählen zu den ältesten Mineralfarben, und es sind eine Reihe von Verfahren
und Vorrichtungen bekanntgeworden, diese Verbindungen herzustellen.
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Da die Bildung der Bleiglätte (Pb0) stark exotherm verläuft, jedoch
die Mennige bei Temperaturen oberhalb 550° C Sauerstoff abspaltet, wird bei nahezu
allen Verfahren als erstes Oxydationsprodukt Bleiglätte erhalten, die dann in einem
zweiten Verfahrensschritt zu Mennige oxydiert werden kann. Jedoch ist auch die primär
erhaltene Bleiglätte bereits ein vielseitig verwendetes Handelsprodukt und kann
entweder direkt als Pigment verwendet werden oder als Ausgangsprodukt für die Fabrikation
anderer Mineralfarben dienen.
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Von besonderem Interesse sind solche Vorrichtungen, mit Hilfe deren
das Blei in flüssigem und versprühtem Zustand oxydiert wird, da hierbei ein relativ
feinteiliges Oxyd gebildet wird.
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So ist z. B. in der deutschen Patentschrift 291564 eine Vorrichtung
beschrieben, welche eine Bleizuführungsdüse aufweist sowie eine Dampfdüse vorsieht,
welche in Richtung des ausfließenden Bleistrahles gerichtet ist. Dabei wird eine
flache Düse verwendet, so daß sich der mit Kohlensäure und Essigsäuredampf angereicherte
Wasserdampf flach ausbreitet. Mit einer solchen Vorrichtung ist es aber nicht möglich,
eine Bleiglätte zu erzeugen, welche sowohl gleichmäßig wie feinteilig ist, denn
die Zersprühung ist ungleichmäßig. Insbesondere in den Randgebieten des Strahles
entstehen nur verhältnismäßig grobe Teilchen.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1074 023 ist eine Vorrichtung zur
Herstellung von Oxyden leichtschmelzender .Metalle, insbesondere von Bleioxyden,
bei der flüssiges Metall unter Druck durch Düsen in eine Kammer eingespritzt sowie
zerstäubt wird und auf einen Gasstrahl eines Oxydationsmittels trifft, bekannt.
Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch zwei übereinanderliegende gleichachsig
angeordnete rotationssymmetrische Kammern, die durch einen in Richtung der Achsen
der Kammern verlaufenden engen Kanal miteinander verbunden sind, sowie tangential
in jede Kammer einmündende Düsen und eine in Achsrichtung liegende Austrittsöffnung
der Kammer. Das erhaltene Oxydpulver ist verhältnismäßig grobkörnig. Ein besonderer
Nachteil der Vorrichtung besteht darin, daß das Blei unter Druck stehen muß. Es
ist außerdem nachteilig, daß die Oxydation des Bleies direkt an der Zerstäubungsdüse
erfolgt, da das entstehende hocherhitzte Bleioxyd sehr korrosiv ist.
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Eine weitere Vorrichtung, allerdings zur Oxydation von Zinn, ist in
der deutschen Patentschrift 880 747 beschrieben. Hierbei fließt das aufgeschmolzene
Metall von unten nach oben in den Verbrennungsraum und wird von Preßluft hohen Druckes
zerstäubt, wobei die Luft in eine Wirbelbewegung versetzt wird. Mit dieser Vorrichtung
können jedoch nur verhältnismäßig geringe Oxydmengen hergestellt werden. Eine Oxydation
von Blei ist in dieser Vorrichtung nicht ohne weiteres möglich.
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Schließlich ist in der deutschen Auslegeschrift 1240838 ein Brenner
zur Oxydation von Metallpulver vorgeschlagen worden, welcher durch symmetrische,
rings um eine zentrale Zuführung für das in einem Trägergas suspendierte Metallpulver
angeordnete Düsenkanäle für die Zufuhr von Heizgas und Sauerstoff, deren Längsachsen
mit der Längsachse der zentralen Zuführung für das Metallpulver einen Winkel von
15 bis 40° bilden, gekennzeichnet ist.
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Mit keiner der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen ist es jedoch
möglich, Bleioxyd niedriger Teilchengröße herzustellen und gleichzeitig zu gewährleisten,
daß die gebildeten Bleioxydteilchen in etwa gleiche Größe haben. Der vorliegenden
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, geringe Teilchengröße, Gleichmäßigkeit
der Teilchengröße und hohen Durchsatz von Blei in der Vorrichtung zu vereinen.
Dies
gelingt durch eine Vorrichtung mit einem vorzugsweise als senkrechter Schacht ausgebildeten
Verbrennungsraum und einer oben am Verbrennungsraum angebrachten Bleizuführung mit
konzentrisch um die Bleizuführung schräg nach unten gerichteten Druckgasdüsen, welche
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Druekgasdüsen auf gleicher Höhe mit der Bleizuführung
oder niedriger als diese angeordnet sind und daß die Düsenrichtungen mit der senkrecht
nach unten gerichteten Flußrichtung des Bleies einen Winkel von 5 bis 20°, vorzugsweise
10 bis 12°, einschließen.
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Will man das zur Oxydation benötigte sauerstoffhaltige Gas als Druckgas
zur Zersprühung ausnutzen, ist es vorteilhaft, die Düsen so auszubilden, daß sie
mit sauerstoffhaltigem Gas beaufschlagbar sind.
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Zusätzlich sollen dabei Zuführungen für das Heizgas vorgesehen sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß zusätzlich unterhalb der Bleizuführung
angeordnete Austrittsdüsen für Heizgase vorgesehen sind. Hierbei hat sich besonders
eine Heizgaszuführung bewährt, bei der die Heizgasdüsen konzentrisch auf den Brennbereich
gerichtet sind. Vorzugsweise sind dabei die Heizgasdüsen schräg nach unten gerichtet
und insbesondere etwas oberhalb der Vereinigungsstelle der Druckgasstrahlrichtungen
angeordnet.
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In einer besonderen und bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist die obere Abdeckung des Verbrennungsraumes von einer als Druckgaszuführung
dienenden Hohlscheibe aus Metall gebildet, welche die Druckgasdüsen trägt. Diese
Hohlscheibe weist dabei zweckmäßig auf ihrer Oberseite oder ihrer äußeren Mantelfläche
einen Anschlußstutzen auf, an welchen die Druckgaszuführungsleitung angeflanscht
werden kann. Die Zuführung der Druckluft erfolgt dabei zweckmäßig in zum Umfang
der Hohlscheibe tangentialer Richtung. Hierdurch wird eine gleichmäßige Ausbildung
der Druckgasstrahlen gewährleistet.
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Ebenso ist es vorteilhaft, daß die unterhalb der Druckgasdüsen durch
die Anordnung der Austrittsdüsen für das Heizgas sich ergebende Ringkammer eine
lichte Weite aufweist, die vorzugsweise etwa gleich der lichten Weite des Verbrennungsraumes
ist.
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Vorzugsweise wird das flüssige Blei durch eine zentrale Öffnung der
Druckgasdüsen tragenden Ringscheibe in den Ofen eingespeist. Es hat sich dabei als
zweckmäßig erwiesen, die Bleizuführungseinrichtung mit einem Siphonverschluß zu
versehen, um den Ofen gegen den Eintritt von Fremdluft zu schützen.
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Die Durchmesser der Druckgasdüsen müssen ungefähr dem Druck angepaßt
sein, mit dem die Druckgasstrahlen in den Verbrennungsraum geleitet werden. Wenn
auch bei gleichem Düsendurchmesser durch Erhöhung des Gasdruckes die Zersprühung
des Bleistrahles begünstigt wird, so gibt es doch eine Grenze dieses Druckes, oberhalb
dessen die Teilchengröße der zersprühten Bleipartikeln wieder anwächst. Möglicherweise
ist dies auf die stärkere Abkühlung der Oberfläche des Bleistrahles zurückzuführen.
Experimentell wurde bestimmt, daß z. B. bei einem Düsendurchmesser von 2,5 mm mit
Druckgas von 3 bis 5 Atmosphären, bei einem Düsendurchmesser von 2 mm mit Druckgas
von 4 bis 6 Atmosphären und bei einem Düsendurchmesser von 1,5 mm mit Druckgas von
7 bis 9 Atmosphären die besten Zersprühugnsresultate hinsichtlich Teilchengröße
erhalten werden. Schließlich läßt sich die Turbulenz im Verbrennungsraum noch dadurch
erhöhen, daß die Innenwandung des schachtförmigen Verbrennungsraumes Vorsprünge
aufweist. So können z. B. in einer horizontalen Schicht einzelne Steine der Ofenausmauerung,
z. B. jeder zweite oder dritte Stein, in den Innenraum vorgezogen sein, wobei die
vorspringenden Ofensteine zweckmäßig vertikal gegeneinander versetzt sein können.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich -geworden, hochfeinteilige
Bleioxyde -in hohen Raum- und Zeitausbeuten in wirtschaftlicher Weise bei gleichbleibender
und reproduzierbarer Qualität herzustellen.
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An Hand der Figuren ist eine mögliche und bevorzugte Ausführung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
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F i g. 1 stellt schematisch einen Verbrennungsofen dar, der an seinem
oberen Ende die Zersprühungs-und Verbrennungseinrichtung trägt; F i g. 2 zeigt die
Bleizersprühungs- und Verbrennungsvorrichtung in vergrößerter Darstellung; F i g.
-3 läßt eine mögliche Anordnung der Heizgasdüsen in der Ringkammer von der Unterseite
her erkennen; F i g. 4 zeigt die Unterseite der die Druckgasdüsen tragenden Ringkammer;
in F i g. 5 ist eine Ausführungsform der Ofenausmauerung dargestellt; in F i g.
6 ist ein siphonartiger Verschluß des Bleizuführungstrichters dargestellt.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, besteht eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus einem Schachtofen mit im wesentlichen senkrechtem
Verbrennungsraum 1. Seine Wände sind zur Wärmeisolierung und gegen Angriff von flüssigem
oder dampfförmigem Blei bzw. Bleioxyd in an sich bekannter Weise ausgemauert. So
kann der Verbrennungsraum 1 von einer im wesentlichen ringförmigen Wand begrenzt
werden, welche aus Magnesitsteinen gebildet ist. Die Außenausmauerung 4 kann mit
Feuerleichtsteinen ausgeführt sein, wobei zwischen der Innen- und Außenmauerung
eine Zwischenschicht 3 aus Teer-Magnesit eingestampft sein kann.
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Der Schachtofen trägt oben eine ringförmige Metallplatte 5, welche
eine zentrale öffnung aufweist, die im wesentlichen gleich dem inneren Durchmesser
des Verbrennungsraumes und der zentralen Öffnung 7 die Ringkammer 6 ist. Diese Ringkammer
6 ruht zentrosymmetrisch auf der Abdeckplatte 5.
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Sie trägt eine Anzahl von Heizgasdüsen, welche in dieser schematischen
Darstellung nicht gezeigt sind. Sie weist eine ebenfalls nicht dargestellte Heizgaszuführung
auf. Auf der Ringkammer 6 liegt in einer ringförmigen Nut 8 eine mit einer zentralen
öffnung versehene Hohlscheibe 9 auf, welche nicht dargestellte Druckgasdüsen und
eine Druckgaszuführung aufweist. Das geschmolzene Blei wird durch eine schematisch
angedeutete trichterförmige Bleizuführung 10 durch die zentrale Öffnung der Hohlscheibe
9 und die sich darin anschließende zentrale öffnung 7 der Ringkammer 6 in den Verbrennungsraum
1 eingeführt.
Der Schachtofen ruht auf einem Gestell 12 und weist
eine Abführung 11 auf, durch welche die Verfahrensprodukte abgezogen werden
können. Bei Inbetriebnahme des Schachtofens, d. h. vor Zündung des zersprühten und
zerwirbelten Bleies, können zuweilen grobere Bleipartikeln auftreten. Ebenso können
bei längerem Gebrauch des Ofens aus der Ofenausmauerung kleine Mauerstücke abbröckeln.
Diese sammeln sich am Boden des Schachtofens an und können dort durch eine angedeutete
Abstichöffnung 13 entfernt werden.
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Es ist natürlich möglich, die gedachten Achsen des Verbrennungsraumes
1 und der Abführung 11
nicht in einem rechten Winkel zueinander, sondern
z. B. in Form eines Viertelkreises auszubilden.
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Der obere Bereich des Schachtofens ist in vergrößertem Maßstab in
F i g. 2 dargestellt. Hierbei ist wiederum die Ringkammer 6 zu erkennen, welche
seitlich einen Anschlußstutzen 17 für die Zuführung von Heizgas aufweist. Das Heizgas
wird durch die konzentrisch angeordneten Düsen 16 in den Verbrennungsraum
geleitet. Auf der Ringkammer 6 sitzt die Hohlscheibe 9 in einer ringförmigen Nut
8, wobei in die zentrale Öffnung der Ringscheibe ein Bleizuführungstrichter 10 eingeführt
ist. Der Ringscheibe wird das Druckgas durch die tangentiale Zuführung 14 zugeführt.
Nicht dargestellt ist ein siphonartiger Verschluß, der den Ofen vor Fremdluft schützt.
Mit 15 sind die Druckgasdüsen bezeichnet, durch welche das Druckgas in den Verbrennungsraum
strömt.
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Zur Ausbildung einer gleichmäßigen Flammzone ist es zweckmäßig, die
Heizgasdüsen konzentrisch in der Ringkammer anzuordnen, wie dies in F i g. 3 dargestellt
ist.
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Eine mögliche Anordnung der ebenfalls um die Bleizuführungsöffnung
der Hohlscheibe 9 angeordneten Druckgasdüsen 15 zeigt F i g. 4. Die Achsen dieser
Druckgasdüsen schließen mit einer gedachten - bezogen auf die Unterseite der Hohlscheibe
-senkrecht verlaufenden Linie, welche durch die zentrale Öffnung der Hohlscheibe
führt, einen Winkel von 10 bis 12° ein.
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Aus F i g. 5 ist eine die Turbulenz erhöhende Ausmauerung des Ofens
ersichtlich. Hierbei sind jeweils die an dritter, sechster, neunter usw. Stelle
stehenden Magnesitsteine in den Verbrennungsraum hereingezogen. Durch Versetzen
der einzelnen horizontalen Steinlagen wird eine Ofeninnenfläche geschaffen, die
erheblich zur Aufrechterhaltung der Turbulenz des Gasstromes in der Verbrennungskammer
beiträgt. Schließlich ist in F i g. 6 ein siphonartiger Verschluß 18 des Bleizuführungstrichters
10 gezeigt. Entsprechend dem Zulauf von Blei aus der nicht dargestellten Schmelzvorrichtung
fließt das Blei in Pfeilrichtung aus dem Zuführungstrichter durch die zentrale Öffnung
7 in den Verbrennungsraum 1. Dabei ist es möglich, in dem Siphondeckel 18 ein Rohr
19 anzuordnen, durch welches zusätzliche Gase, z. B. reiner Sauerstoff oder zusätzliches
Heizgas, in den Verbrennungsraum eingeführt werden können.
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Entsprechend der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung fließt geschmolzenes Blei in dünnem Strahl durch die Zuführung 10 in
die zentrale Öffnung 7 der Ringkammer 6. Dabei gerät der Bleistrahl in die Vereinigungszone
der aus den Düsen 15 austretenden Druckgasstrahlen und wird zersprüht. In diese
Zone heftiger Turbulenz wird Heizgas aus den Düsen 16 zugeführt. Ist das
entsprechende Gemisch gezündet, so bleibt die Verbrennung bei gleichmäßiger Zufuhr
von Blei, sauerstoffhaltigem Druckgas und Heizgas aufrechterhalten. Das bei der
Verbrennung entstehende Bleioxyd wird durch die seitliche Abführung 11 aus dem Schachtofen
ausgetragen und kann bekannten Sammelvorrichtungen, z. B. Elektrofiltern, zugeführt
oder weiterverarbeitet werden.