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Verhüttung von Zinkerzen Gegenstand der Erfindung ist die Reduktion
zinkhaltigen Guts in brikettierter Form.
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Aus oxydischen Zinkerzen stellte man Zink bisher hauptsächlich durch
Reduktion in Zinkdestillationsöfen mit vielen kleinen Muffeln her, :die an kleine
Kondensatoren angeschlossen sind. Dfie einzige Öffnung jeder Muffel ist während
der Reduktion durch die Kondensatoren verschlossen, durch die der Zinkdampf und
J'ie ihm begleitenden Gase horizontal hindurchstreichen. Man hat auch die Anordnung
von ikleinen stehenden Muffeln vorgeschlagen, die mittels Laufkrians von oben beschickt
und von unten durch Herausnahme eines Pfropfens entleert werden können. Auch kontinuierliches
Arbeiten, z. B. in einem steh.enyden Rohr, das unten durch einen Wasserverschluß
sorgfältig abgedichtet ist, ist in Vorschlag :gebracht worden. In allen Fällen,
wo in Muffeln mit Außenbeheizung gearbeitet wurde, waren aber stets Verschlüsse
für jede üffnung, mit Ausnahme des zum Kondensiator füli,reri.Llen Gasauslasses
vorgesehen, weil man annabin, daß nur auf diese Weise der gesamte Zinkdampf zulin
Übertritt in den Kondensator gezwungen und kein Luftzutritt erfolgen könnte. Die
Konstruktion solcher Verschlüsse, insbesondere für die Abstic:höffnung, bot erhebliche
Schwierigkeiten. Während das Abdichten der B(,s.chick ungsöffnung einfach ist, weil
die kalte Beschickung sich sofort mit Zinkoxyd und Zinkmetall zusetzt, die dann
in der Re-Juktion wieder ;gewonnen werden, ist die Ab-dichtung der Albstichöffnung
für die ltückstände wesentlich schwieriger, da diese gewöhnlich klebrig verschlacken,
an der Muffelwand hängenbleiben und erst durch häufiges Abkratzen entfernt werden
müssen.
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Es wurde nun :gefunden, daß anan auch in 'einer Muffel -mit mehreren
Öffnungen, die den Eintritt und Austritt von Gasen gestatten, eine Bewegung der
Gase .ausschließlich nach ,dem Kondensator :hin erzielen und dadurch ohne Zinkverlust
von der Verwendung besonderer mechanischer Verschlüsse absehen, .den Eintritt von
unerwünschten Luftmengen ver-h,indern und den Lufteintritt an geeigneter Stelle
herbeiführen kann, wenn man das Abströmen der Zinkdämpfe aus der Muffeil in den
Kondensator .durch .Schornsteinzug fördert und die Gasgeschwindigkeit, z. B. durch
einen Zugregler, so regelt, @daß an einem oder mehreren Punkten der Muffel bzw.
des Kondensators ein bestimmter Gasdruck aufrechterhalten wird.
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Die Stärke des Schornstein@zuges hängt davon ab, wie hoch die Durchtrittsöffnung
des
Kondensators über der Ausbringöffnung bzw. einer sonstigen unverschlossenen
Üffnung der Muffel liegt, ferner von dir Ternperatur in der Muffel, dem Kondensator
und etwaigen Zwischenstellen. Der absolute Gasdruck und der Differentialgasdruck
während des Betriebs sowie die Gasmenge, die durch den Differentialgasdruck in Bewegung
gehalten wird, hängt wieder von dem Gesamtwiderstand ab, der der Gasbewegung im
Ofen entgegenwirkt. In der Hauptsache ist dieser Widerstand durch Größe und Form
der Muffel und des Kondenisators und durch die Durchlässigkeit der Beschidcurng
in der Strömungsrichtung bedingt. Dagegen eignet sich der Gasauslaß des Kondensators
zur Regelung des Gasdrucks in der Muffel., z. B. vermittels eines Schiebers b@zw.
durch eine Regelung des Abstandes des Gasauslasses von der Ausbringöffnung. Mit
diesem Mittel läßt sich der Druck in der Muffel derart regeln, claß entweder gar
,kein Gas oder aber eine vorausbestimmte Luftinen ge durch d'ie Muff.e,l ein- bzw.
.austritt.
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Zweckmäßlig wird gemäß der Erfindung ein Schornsteinzug von 7,5 m
verwendet. Man kann zwar schon mit 2,5 m arbeiten, aber dann ist die Gasströmung
schwer zu regeln. Zweckmäßig ist ferner die Beschickung derart durchlässig für die
entwickelten Gase und der Widerstand, der der Gasströmung durch den Kondensator
entgegenwirkt, so niedrig, claß die Reged,ung des Gasdrucks in der Muffel mittels
einsfacher Drosseleinrichtungen, z. B. einer Klappe oder eines Ventils, erfolgen
kann, die in einem vom Kondensator ins Freie führenden Rohr angeordnet ist. Die
Beschickungsöffnun.g der Muffel wird zweckmäßig mit einem Verschluß versehen, der
besonders bei stehenden Muffeln leicht gangbar gehalten werden kann. Dagegen bleibt
die Ausbringpffnung offen, soweit sie nicht von der erschöpften Beschickung selbst
verschlossen wird, und der Ein- und Austritt der Gase oder Luft durch diese Öffnung
wird lediglich durch Regelung der Gasströmung mittels des Sch:oTnsteinzuges geregelt.
Bei ,ler Herstellung von reinem, bleiarmem ineta.llischem Zink empfiehlt es sich,
der Muffel geregelte Mengen reduzierender Gase, wie Wasserstoff, Kohlenoxyd, Öldämpfe
usw., zuzuführen. Wo es nicht so sehr auf den Bleigeholt des Zinks ankommt, kann
man unter Umständen auch geregelte Luftmengen durch lie Üffnun,g eintreten lassen.
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Die Zeichnung veranschaulicht zwei beispielsweise Ausführungs@forinen
von Ofen zur Durchführung des Verfahrens.
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Fi-g. i ist ein- Schnitt durch einen Ofen mit 5tchender Muffel, Fi.g.2
ein solcher durch einen Ofen mit Kettenförderung nach Art eines Wanderrostes.
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Beim Ofen nach Fig. i ruht die stehende zylindrische Muffel io lediglich
an ihrem Fußende auf und ist im übrigen! völlig unabhängng vorm Ofen beweglich.
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Die Ofenkonstruktion ruht auf einer Metallplatte 28, die den Betonunterbau
abdeckt und über einer Schicht von Wä rnaeisoliermaterial 2o die Muffel io trägt.
Unter dieser ist in der Platte eine öffnung von gleicher lichter Weite vorgesehen,
an die sich ein Metallzylivder 3o anschließt, der die Muffel unter der Platte fortsetzt
und durch einen -in senkrechter Richtung einstellbaren Ansatz 21 verlängert oder
verkürzt werden kann. Unter diesem .ist ein Drehtisch 31 angeordnet, der die Beschickung
der Muffel io stützt und von denn die Rückstände mittels eines Abstreifers 22 abgenommen
werden können. Der Tisch ist teilweise von einem R.and22' umgeben, der ein Abfallen
der Beschickung nach der falschen Seite verhindert. Zur Abführung der durch -den
Abstreifer 22 abgeworfenen Rückstände dient ein nicht Förderband.
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Der frei durch .den Ofen hervorragende Nluffelkopf trägt ein zyl.imd.risches
Gußs.tüc'k 32. Um den Zylinder 'herum .liegt eine Schicht von verhärtetem Koh;leteig
34 innerhalb eines Metallzylinders 35, der noch mit Staubkohle umschichtet 'stein
.kann. Der Zylinder 32 mit seinem Koh'lemantel 34 folgt den Bewegungen des Muffelkopfes.
Unten ist der Zylinder zweckmäßig .mit Staubkohle umgeben., die einen beiweglichen
Absch.luß zwischen clean Zylinder und dem Ofen bildet. Oben trägt der Zylinder 32
eine Beschickungsvorrichtung in Form eines umgekehrten Blechtrichters 40. Der Zylinder
32 ist mit hart gewordenem Kohl'eteig und Staubkohle 43 ausgefüllt, in #lie der
Rand einer Kappe 44 eingreift.
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Von dem Metallizyli.nder 32 sind ZweigrOh.re 45 seitlich abgezweigt,
die mit Graphitröhren 46 ausgefüttert sind und zu Kondensatoren führen, von denen
nur der eine dargestellt ist.
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Der Korndensator ist mit einer Blechhaube 53 überdeckt, die in der
Staubkohleinschicht 51 abge,die'htet ist und eine Öffnung init senkrechtem Abzugsröhjr
54 aufweist, in dein ein Ventil 55 angeordnet ist. In die Haube 53 ragt ein a.urf
Druck ansprechendes Instrument 56 hinein, das zu ennein Manometer 57 und zu einem
Registrierapparat 58 führt. Ain tiefsten Punkt der Kammer 47 ist eine Ausbringöffnung
59 für Idas :geschmolzene Zink angeordnet, die innen durch einen Graphitpfropfen
6o tunid außen durch einen Schamottepfropfen 62, die durch eine Stange 61 verbunden
sind, verschlossen ist.
Die untere Muffelöffnung ist ,gemäß der
Erfindung offen und lediglich mit den erschöpften Teilen der Beschickung ausgefüllt,
so daß zwischen 'diesen Gas ein- und austreten kann, soweit es der Schornsteinzug
zuliißt.
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Das Innere der Muffel to, der Gasauslaß -1.6, clie Verteilerkammer
47, die Kanäle 49 im Verdichter, die Haube 53 und der Gasauslaß 54 sind derart miteinander
verbunden, d;aß die Gase kontinuierlich hindurchs.treichen können. Der senkrechte
Teil dieses Gasweges wirkt bei der Erwärmung auf die Arbeitstemperatur als Kamin
und .erzeugt einen.. Zug, dessen Stärke von der Höhe des Gasweges abhängt. Z. B.
;kann ein Höchstzug von 12 bis 1 q. mm Wassersäule dadurch aufr echterlialten werden,
daß die ins Freie führende Üffnung des Gasauslasses aus dem Ver'dich.ter etwa 15
m über der Abstichöffnung der Muffel ro Biegt, in die Gas eintreten und aus der
Gas austreten kann. Ein solcher Schornsteinzug genügt :reichlich in Anbetracht der
Durc'hlä.ssigkeit d,er Beschickung und -des Kondensators.
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Wenn man nicht, z. B. durch Betätigung des Ventils 55 im Gasausilaß
5q., die Gasströmung drosselt, wird bei der Abstichöflnung der Muffel Luft eingesaugt
werden, !bis die durch die Apparatur streichende Gasmenge so groß ist, d@aß der
ihrem Durchfluß geleistete Widerstand dem gesamten Schornsteinzug gleich ist. Durch
Einstellung des Ventils 55 kann man die eintretende Luftmenge regeln bzw. ganz abdrosseln.
Zweckmäßig regelt man (den durch den Schornsteinzug .hewirkten Gasdurchfluß mittels
des Ventils 55 derart, .daß man in der Haube 53 einen bestimmten Gasdruck einstellt
uniaufrechterhält. Der den oberen Teil des Ofens bedienende Arbeiter hat die Ventüle
55 so einzustellen, daß dieser Gasdruck stets gleich bleibt. Nach dem Einfüllen
einer neuen Beschickungsmenge in die Muffel 1o muß Jas Ventil .etwas geöffnet werden,
um die während dieser Zeit verhältnismäßig große Gasmenge entweichen zu lassen.
In dem Maße, wie -die Gasmenge sinkt, wird das Ventil 55 derart eingestellt, daß
durch Drosselung der Du.rchffußwiderstand, allmählich wächist. Dabei wird der Arbeiter
durch die Angaben des Manometers 57 geleitet. Auch im oberen Teil des Einfülltrich.t@ers
.a-0 ist zweckmäßig ein druckempfindliches Instrument 56' angeordnet, das mit einem
Manometer 57' und einem Registr ier.apparat 58' verbunden ist. Durch Vergleich mit
den Drücken im Einfülltrichter und in der Haube 53 lassen sich dann alle etwaigen
Fehler in der Arbeit des Ofens leicht feststellen und beseitigen.
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Wenn Reinzink hergestellt werden soll, leitet man zweckmäßig reduzierende
Gase (Wasserstoff, Kohlenoxyd, Olgas o. dgl.) ein, indem man -das Enid,e Beines,
Rohrs in die aus der Retorte herausfallende Beschickung einführt und dem Rohr unter
entsprechendem Druck eine kleine Menge Öl zuführt, das in der heißen Beschickung
verdlampft und dadurch in geregelter -Menge in die Muffelt eingesaugt wird, daß
der Schornsteinzug durch entsprechende Einstellung des Ventils 55 geregelt wird.
Zweckmäßig wird etwas mehr C51 eingeleitet, als die Muffel einsaugen 'kann, und
der Überschuß um das untere Muffelende abbrennen gelassen, um deutlich zu machen,
daß keine Luft mit eintritt. Der Eintritt von Luft hat gowiß vorteilhafte Wirkungen
für die Reduktion, erhöht aber auch die Menge des mit dem Zink übergebenden Bleis,
und wird deshalb zweckmäßig verhindert, während reduzierende Gase einge,fühirt werden,
tun ein möglichst bleifreies Zink zu erhalten. Wenn es aber auf Bleifreiheit nicht
ankommt, empfiehlt es sich, eine bestimmte Luftmenge in die Muffel, einsaugen zu
.lassen.
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Die in. Fig. 2 dargestellte Anordnung weist einen wanderrostartigen
Kettenförderer als Sohle der langen Muff el66 auf. Diese wird von einer Ofenkonstruktion
67 überhöht, !fieren Heizkanal 68 sich über der Decke 69 der Muffel erstreckt und
durch Öffnungen 7o mit Brenngas und Luft be@sc'hickt wird; deren Verbr ennungspro,dukte
durch den Heizikanail und den Auslaß 71 zum Reku.perator ziehen. Die Temperatur
im, Heizkanal wird durch Pyr!on ieter 72 festgestellt.
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Am Beschickungsende des Ofens liegen nebeneinander ein Trichter 73
für zerkleinertes Material, ein Trichter 74 für erschäpfte Briketts und ein Trichter
75 für frische Briketts. Die beiden letztgenannten Trichter weisen Verschlüsse 76
auf. Das Ausbringende des Ofens isst von einem Gehäuse 77 mit Verschlußkl'appe 78
überdeckt, die ,gewöhnlich offen steht und zur Beobachtung des Wanderrostes.dient.
Der an diesem Ende aufwirbelnde Staub -wird zum größten Teil in denn Kamin 9 abgesogen.
Nahe -dem Beschickungsende der Red.uktionsikamimer 66 führt ein Gaska:na1 8o von
etwa gier gleichen Breite wie die Recluilctionsleammer,durch den Heizkanal 68 und
die darüberliegenden Schichten von Ofenbautnaterial zu zwei Abzweigungen. 81, von
denen jede in einen Kondensator führt. Oberhalb des Ofens ist der Gaskanal 8o mit
Staubkohle 82 überschich@tet, die in .einem Meta;l'lgehäuse 83 liegt. In den Gaskanal,
So ragt oben ein auf Druck ansprechendes Instrument 56' hinein, Idas m,i.t einem
Manometer 58' und einem Registrierinstrument 57' in Verbinfdunig steht. Die Zeichnung
stehlt nur den einen Kondensator dar, der im wesentlichen so eingerichtet
ist,
wie der in Fig. r dargestellte. Zwei weitere Kondensatoren sind ,in dem .abgebrochen
gezeichneten Teil des Ofens angeschlossen.
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Die Verteilungskammer: q.7' der Kondensatoren besteht aus einem Kohleblock
und hat kreisförmigen Querschnitt, ebenso iwie Idas darüber angeordnete Kanalbiind,el,
dessen Kanüle 49' konzentrisch angeordnet sind. Gegenüber dem Gas'ei.nlaß 8r ist
eine Reinigungsöffnung 5q. vorgesehen.
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Der Kettenfärid.erer 65 wird mit einer Schicht von fein verteiltem
Material aus dem Trichter 73 heschiittet, auf dieser wind eine Schicht von erschöpften
Briketts .aus Jem Trichter 74 abgelegt, die zum Teil in -die Feinschicht einsinken
und die frischen Briketts am Einsinken hindern sowie die erforderliche Gasd'urchlässigkelt
sichern. Am Aüstrittsenicie dies Ofens fallen die erschöpften Briketts. mit dem
Feinmaterial auf ein Sieb 85; das Durchfallen des Feinmaterials wird -wieder nach
Bediarf in den Trichter 73, die erschöpften Briketts in den Trichter 7¢ zurückgeführt.
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Der Reduktionsraum ist hier 18.m lang und' 31,m breit. Im Heizkanal
68 wird ain Beschicikunisenide dies Ofens eine Temperatur von etwa r3oo bis 1q.00°
C, ain Ausbringenide etwa r2oo° C aufrechterhalten. Die Feinschicht auf dem Kettenförderer
.ist etwa 12 bis 22 cm, die Brikettschicht etwa q.o bis 5o cm hoch. Innerhalb 24
Stunden wird der Ofen finit etwa 30 t Briketts beschickt. Die frische Beschickung
füllt den. Raum zwischen der Decke der Muffel66 und- den. d@arunterliegeniden Schichten
nahezu aufs unid wird durch den Kettenförderer langsam durch die ,huff-el geführt.
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Gemäß ider Erfindung ist das Ausbringen-de der Reduktionskammer unverschlossen
und lediglich durch die erschöpften Briketts ausgefüllt, so daß Lwft oder anderes
Gas ein-und austreten kann. Ein solcher Ein- -und Austritt kann auch in gewissem
Maß durch die Feinschicht hindurch erfolgen und !könnte liier angesichts,der großen
Ausdehnung dieser Schicht schädlich wirken. .Gemäß der Erfindung sind .die Gasauslässe
55 der Kondensatoren zum mindesten 4,5 m über der Decke 69 der Muffel angeordnet,
wodurch ein wirksa:iner Schornsteinzug von. .etwa q, Mm erzeugt wird, der angesichts
des verhältnismäßig leichten Ein- und Austritts von. Gas und Luft r1ichlich genügt,
tim die Gasströmung von der Reduktionskammer zu den Kondensatoren zu gewährleisten
und gleichzeitig, wenn er nicht geregelt wird, in .die Muffel Luftinengen emzus.augen,
die -der Zinkausbeute hinderlich sein könnten.
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Infolgedessen -wirf auch ,hier wieder der Schornsteinau, in.i.ttells
der Ventile 55 so geregelt, daß in der Muffel noch ein kleiner Gberdruclc gegenüber
dier Außenluft .herrscht. Die Luft wird hierdurch am Eintritt in die iNIuffel, Zinkidiampf
:am Austritt aus i'hr mit Ausnahme durch den Gaskanal 8o verhindert. Der Druck in
den Kond lensatorlhauihen 53 soll so ,geregelt sein, daß ein ganz geringer Lufteinlaß
am Ausbringende der Muffel stattfindet und der äußerst schiwache Luftstrom, der
durch die Feinschicht hinJurchtritt, den an der oberen Grenze dieser Schicht auftretenden
Zink td@annpf .sofort zu Zinkoxyd verbrennt, das die Feinschicht wirksam verstopft.
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Gegebenenfalls kann der Boden dier Kettenförderer vollkommen mit reduzierendem
Gas, wie Wasserstoff, Kohlenoxyd, Üldämpfen usw., umgeben sein. Wird nun .durch
Öffnung der Ventile 55 idier Druck in den Hauben 53 gesenkt, so können -die reduzierenden
Gase durch die Feinschicht aufwärts und idurch die Ausbrinigöftnung der Muffel nach
Bedarf eintreten.
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Gemäß der Erfindung wird also,dier Druckunterschiieid benutut, ider
dadurch erzeugt wird, daß die obersten Gasauslässe hoch über dem Ausbringende der
Muffel liegen, um an diesem Ende einen Gasdruck izu-erzeugen, der einen mechanischen
Verschluß ersetzt. Dabei bleibt das Ausibringendie vollkommen offen, so -daß man
die erschöpfte Bescb,idkung mittels einfacher Vorrichtungen abführen kann. Wind
das Volum, der in der Redu'kti-onskaminer nahe dem Ausbringenide entwickelten Gase
oder der dein Hind'urch.strömien der Gase durch die Beschickung als Ganzes geleistete
Widerstand zu groß, so könnte unter Umständen der Druckunterschied zwischen dem
Auslaß über den Kondensatoren und -der Ausbringöffnun.g nicht genügen, um die erforderliche
Gasströmung zum Verdichter aufrechtzuerhalten, und es könnte dann aus dem Ausbringende
Gas verlorengehen. Ist ailiderer'seits die Beschickung sehr durchlässig und .die
entwickelte Gasmenge am Ausbringen(de verhältnismäßig klein, -die Drosselung am
Kondensator gering, .so kann 'der Druckunterschied so groß -werden, daß größere
Luftmengen -durch das Ausibringende hineingezogen werden könnten. Um immer einen,
guten Gasverschluß zu erhalten, ruß der Druckunterschieid stets derart geregelt
sein, d,aß aus dem Ausbringende der Muffel kein Gras ausströmt. Im Betrieibe -isst
;dies nicht vollkommen möglich, und es ist deshalb zweckmäßig, die Drosselung .am
Auslaßende der Kondensatoren genauestens auf die Menge entwickelter Gase einzustellen.
und den Strömungswiderstan'di eher zu niedrig als zu i hoch zu halten. Infolgedessen
.kann natürlich etwas Luft in die Reduktionskammer eintreten,
aber
solange ihre Menge geregelt ist, schadet sie der Verdichtung zu Metall nichts, während
andererseits bei einer zu starken Dros,selan,g Zinkdampf aus @d,er Austrittsöffnung
austreten und v erlorengehen würde.
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Ein wesentlicher Vorteil -der Erfi @dung liegt darin, daß die Beschickungsriickstänrde
trocken und gasdurchlässig sbleiben, was für die rasche Wärmeübermittelung Curch
die mit Wärme beladenen Reaktionsgase wichtig ist. Andererseits ermöglicht die dauernd
offen bleibende Ausbringöffnung eine genaue Kontrolle der Ofenarbeit.