DE1234395B - Verfahren zur Trennung von Metallgemischen aus leicht- und schwerfluechtigen Komponenten, insbesondere zur Raffination von Rohzinken - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C22b

Deutsche Kl.: 40 a-19/32

Nummer: 1234 395

Aktenzeichen: G 43473 VI a/40 a

Anmeldetag: 30. April 1965

Auslegetag: 16. Februar 1967

Zur Raffination von Rohzink ist es bekannt, einen indifferenten Gasstrom von niedrigem Druck über das Schmelzbad zu führen und das entstehende Metalldampf-Gas-Gemisch von der Oberfläche des Metallbades abzuziehen. Bei einer derartigen Oberflächenverdampfung ist die für eine technische Anwendung entscheidend wichtige Geschwindigkeit der Metallverdampfung sehr gering und das abgezogene Trägergas infolgedessen nur unvollständig mit Metalldampf gesättigt. Dieses trifft auch zu bei einer anderen Arbeitsweise, bei der vorgewärmtes Trägergas bei Atmosphärendruck auf die Schmelze geblasen wird. Bei diesen Verfahren dient das Trägergas, ebenso wie bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Entfernung von flüchtigen Bestandteilen, wie Zink und Cadmium, aus Aluminiumlegierungen, bei dem inertes Gas in die Metallschmelze eingeführt wird und brodelnd in der Schmelze aufsteigt, lediglich als Mittel zur Fortführung der über bzw. in der Schmelze gebildeten Dämpfe.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Trennung von aus leicht- und schwerflüchtigen Komponenten bestehenden Metallgemischen, insbesondere zur Raffination von Rohzink, bei dem die leichter flüchtigen Bestandteile, wie Zink und Cadmium, bei unterhalb des Siedepunktes dieser Bestandteile liegenden Temperaturen sowie unter Verwendung eines Trägergases verdampfen, das gebildete Gas-Metalldampf-Gemisch abgezogen und die Metalldämpfe anschließend kondensiert werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darm, daß das einem Behälter zufließende Metallgemisch, beispielsweise Rohzink, nach bei der Metallentgasung bekannten Verfahren durch ein Steigrohr in einen Verdampferraum gesaugt und in den unteren Teil des Steigrohres über die Verdampfungstemperatur aufgeheiztes Trägergas, ζ. B. Stickstoff, eingeführt wird, während die nicht verdampfte Metallschmelze durch ein Fallrohr wieder in den Rohzinkbehälter zurückfließt. Bei dieser Arbeitsweise tritt die mit Trägergas gemischte Metallschmelze in Form einer Fontäne in den Verdampferraum ein, in dem das Trägergas unter Versprühen und Verdampfen der Metallschmelze zur Expansion gelangt. Das Versprühen der Schmelze durch Herbeiführung einer Expansion des Trägergases ist wirkungsentscheidend. Es hat zur Wirkung, daß eine praktisch vollkommene Sättigung des Trägergases mit den Metalldämpfen erzielt wird und daß mit Verdampfungstemperatufen gearbeitet werden kann, die weit unterhalb der normalen Siedetemperatür der flüchtigen Metalle, wie z. B. des Zinks, liegen. In Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung Verfahren zur Trennung von Metallgemischen
aus leicht- und schwerflüchtigen Komponenten,
insbesondere zur Raffination von Rohzinken

Anmelder:

Dr.-Ing. Hans Grothe, Baden-Baden, Hochstr. 1

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Hans Grothe, Baden-Baden

kann die gesamte Trägergasmenge in den unteren Teil des Steigrohres eingeführt werden. Vorteilhaft verfährt man jedoch in der Weise, daß nur eine in der Regel geringe Menge Trägergas, die ausreicht, im Verdampferraum eine genügend hohe Fontäne von flüssigem Rohmetall zu erzeugen, in das Steigrohr, der übrige Teil des Trägergases dagegen so in den Verdampferraum eingeführt wird, daß das Gas durch das versprühte Rohmetall hindurchströmt. Bei einer derartigen Arbeitsweise sind der Wärmeaustausch und die Sättigung des Trägergases mit den Dämpfen der flüchtigen Metalle, wie Zink und Cadmium, nicht wesentlich weniger wirkungsvoll, als dies der Fall ist, wenn das gesamte Trägergas in das Steigrohr eingeführt wird. Der Vorteil liegt jedoch darin, daß sehr erheblich an Energie gespart wird, weil der größte Teil des Trägergases nicht auf den höheren Gegendruck im unteren Steigrohr verdichtet zu werden braucht.

Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand der Zeichnung, die in den Fig. 1 und 2 in schematischer Darstellung zwei Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens zeigt, nachfolgend näher erläutert:

Die in F i g. 1 wiedergegebene Einrichtung besteht aus einem Schmelzbehälter 1 mit Austragschleuse 1 a für die nicht verflüchtigten Metallbestandteile, einem darüber angeordneten Vakuumkessel 2, zwei Kondensatoren 3 und 4, einem Kreislaufgebläse 5 und einem Gaserhitzer 6. Von dem Vakuumkessel 2 sind zwei Rohrstutzen 7 und 8 nach unten geführt, die mit ihren unteren Enden in den Schmelzbadbehälter 1 ragen. Oben in dem Vakuumbehälter sind Prallkörper 9 angeordnet. Die die Anlage bildenden Vorrichtungen sind durch Rohrleitungen 10, 11 und 12 miteinander verbunden.

In die Anlage können naturgemäß noch weitere etwa erforderlich werdende Vorrichtungen, wie zu-

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Claims (7)

sätzliche Kühler, Filtervorrichtungen od. ä., eingebaut sein. Die Arbeitsweise der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung wird nachfolgend an dem Beispiel der Raffination von Rohzink erläutert: Aus dem Schmelzbadbehälter 1, in dem kontinuierlich zufließendes Rohzink flüssig gehalten wird, wird ständig Schmelze über die beiden Rohrstutzen 7 und 8 in den unter Grobvakuum von beispielsweise 20 bis 30 Torr stehenden Verdampfungskessel 2 ge- xo saugt und gleichzeitig in das eine der beiden Rohre, und zwar in das Steigrohr 7, ein im Gaserhitzer 6 aufgeheiztes inertes Trägergas, z. B. Stickstoff, unten tangential eingeführt, das ein lebhaftes Aufwärtsströmen der Metallschmelze im Steigrohr bewirkt. Beim Eintreten in den Verdampfungskessel expandiert das Gas infolge des Druckabfalles, und das Gemisch aus Gas und Schmelze springt fontänenartig in den Verdampfungskessel, in dem eine weitgehende Sprühverdampfung der leichtflüchtigen Komponenten und eine nahezu vollkommene Sättigung des Trägergases mit Zink- und Cadmiumdampf stattfindet, während die nicht verdampfte Schmelze zurückfällt, sich in dünner Lage auf dem Boden des Verdampfungskessels sammelt und von dort über den Rohrstutzen 8 in den Schmelzbadbehälter 1 zurückfließt. Die zurückfließende Metallschmelze sammelt sich in dem Schmelzbadbehälter und bewirkt hier eine Erhöhung des Bleigehaltes des Schmelzbades. Wird infolgedessen die Sättigungsgrenze des Zinks für Blei im Schmelzbad überschritten, so scheidet sich Blei aus, das über die Sperre 1 α kontinuierlich abgezogen werden kann. Aus dem Verdampfungskessel tritt das Gemisch aus Trägergas, Zink- und gegebenenfalls Cadmiumdampf über die Leitung 11 nacheinander in die Kondensatoren 3 und 4, in denen Zink und Cadmium abgeschieden und gewonnen werden. Das aus den Kondensatoren austretende Trägergas wird, nachdem es vorher zur Abscheidung von Metallnebeln und Cadmiumstaub zweckmäßig noch durch weitere Kühler und gegebenenfalls Filtereinrichtungen geführt worden ist, über das Gebläse 5 und die Leitung 12 in den Gaserhitzer 6 und aus diesem über die Leitung 10 im Kreislauf in den Verdämpfer 2 zurückgeführt. Bei der beschriebenen Arbeitsweise wird die Verdampfungstemperatur im Kessel 2 weit unterhalb der Siedetemperatur des Zinks unter Normalbedingungen gehalten, vorzugsweise zwischen 500 und 600° C, so daß praktisch kein Blei verdampft. Bei den zur Zeit üblichen Destillationsverfahren zur Zinkraffination, bei denen die Verdampfung bei Temperaturen über 907° C erfolgt, ist der Anteil des verdampfenden Bleies wesentlich höher, weil das Verhältnis P|n: P°,b mit steigender Temperatur sehr stark abnimmt: 55O0C 36700 9000C 2220 1100° C 800 üblichen Verfahren liegt darin, daß auch die Trennung von Zink und Cadmium bei der fraktionierten Kondensation einfacher und billiger wird, weil infolge der um mehr als 350° C niedrigeren Temperatur der Trennfaktor P£d: P£n erheblich günstiger ist: Po . poCA ' ±7.n SOO0C 4,76 5000C 10,2 60 Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt daher keine Einrichtung zur Abscheidung des verdampften Bleies wie z. B. die sogenannte Bleisäule bei den Destillationsverfahren mit Rektifizierkolonnen. Ein weiterer Vorteil gegenüber den Die zur Verdampfung von Zink und Cadmium erforderliche Wärmemenge wird durch Überhitzung des Trägergases über die Verdampfungstemperatur und Überhitzung des Rohzinks gedeckt. Die Kondensationsvorrichtungen können wegen der relativ niedrigen Arbeitstemperaturen aus billigeren und leichter formbaren Werkstoffen hergestellt werden als bei der üblichen Raffination durch Destillation unter Atmosphärendruck. Die in F i g. 2 der Zeichnung dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der in F i g. 1 wiedergegebenen dadurch, daß zur Einführung des Trägergases in das System nicht nur eine Leitung 10 vorgesehen ist, über die das Trägergas tangential in das Steigrohr 7 eingeführt wird, sondern noch eine weitere Leitung 13, über die das Trägergas unmittelbar in den Verdampfungskessel 2 eintritt. Bei einer in dieser Weise ausgebildeten Einrichtung wird in das Steigrohr nicht die gesamte Trägergasmenge, sondern nur ein kleiner Teil des Trägergases eingeführt, der ausreicht, im Verdampferraum eine genügend hohe Fontäne von flüssigem Rohmetall zu erzeugen, während die Hauptmenge des Trägergases oberhalb des Metallspiegels 14 so in den Verdampferraum eingeleitet wird, daß das Trägergas durch das versprühte Rohmetall hindurchströmt. In der in F i g. 2 gezeigten Ausführung ist weiterhin der Schmelzbadbehälter zweiteilig ausgeführt. Er besteht aus einem als Schmelzofen ausgebildeten Teil 1 b und aus einem durch Überlauf mit ihm verbundenen, als Seigerofen ausgebildeten Teil Ic, der mit einem Kühlsystem (nicht gezeichnet) und der Siphonsperre la zur Ableitung des ausgeseigerten Bleies ausgerüstet ist. Bei dieser Ausführung scheidet das aus dem Verdampfer durch das Fallrohr 8 in den Seigerofen abfließende, an Blei angereicherte Metall bei der Abkühlung am Boden des Seigerofens Blei ab, wenn die von der Temperatur abhängige Sättigungsgrenze für Blei in flüssigem Zink überschritten wird, während das sich darüber sammelnde flüssige Zink über den Überlauf in den Schmelzofen 1 b tritt. Durch die Aufteilung des Schmelzbadbehälters in einen Schmelzofen Ib und einen Seigerofen lc wird erreicht, daß das im Steigrohr 7 zum Verdampfer 1 hochsteigende Rohzink nicht mehr Blei enthält, als zur Erzielung eines bleiarmen Feinzinks bei der Kondensation zulässig ist. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Trennung von Metallgemischen aus leicht- und schwerflüchtigen Komponenten, insbesondere zur Raffination von Rohzink durch Verdampfen der flüchtigen Bestandteile, wie Zink und Cadmium, im Vakuum und bei unterhalb des Siedepunktes dieser Bestandteile

liegenden Temperaturen sowie unter Verwendung eines Trägergases, Abziehen des gebildeten Gas-Metalldampf-Gemisches und anschließende Kondensation der Metalldämpfe, dadurch gekennzeichnet, daß das einem Behälter zufließende Metallgemisch, z. B. Rohzink, nach bei der Stahlentgasung bekannten Verfahren durch ein Steigrohr in einen Verdampferraum gesaugt wird, in den unteren Teil des Steigrohres über die Verdampfungstemperatur aufgeheiztes Trägergas, z. B. Stickstoff, eingeführt wird und die nicht verdampfte Metallschmelze durch ein Fallrohr wieder in den Rohzinkbehälter zurückfließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Raffination von Zink die Temperatur im Verdampferraum zwischen 500 und 600° C gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas nach der vorzugsweise mehrstufigen Kondensation der Metall- ao dämpfe im Kreislauf wieder verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil des erforderlichen Trägergases, der ausreicht, im Verdampferraum eine genügend hohe Fontäne geschmolzenen Metalls zu bilden, in das Steigrohr, die übrige Menge Trägergas dagegen unmittelbar in der Weise in den Verdampferraum eingeführt wird, daß das Gas die im Verdampferraum gebildete Metallfontäne durchströmt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Schmelzbadbehälter (1) mit siphonartiger Austragschleuse (la) und einem darüber angeordneten Verdampferkessel (2), von dem aus zwei in den Schmelzbehälter (1) tauchende Rohrstutzen — ein Steigrohr (7) und ein Fallrohr (8) — nach unten ragen und der über ein tangential in das Steigrohr mündendes Rohr (10) und weiterhin über eine Leitung (11), Kondensatoren (3, 4), ein Kreislaufgebläse (5) und eine Leitung (12) mit einem Gaserhitzer (6) in Kreislaufverbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl eine Zuleitung (10) für Trägergas in das Steigrohr (7) als auch eine Zuleitung (13) zur Einführung von Trägergas unmittelbar in den Verdampfungskessel (2) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzbadbehälter (1) aufgeteilt ist in einen mit dem Steigrohr (7) zusammenwirkenden Schmelzofen (Ib) und einen mit dem Fallrohr (8) zusammenwirkenden Seigerofen (lc), die durch Überlauf miteinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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