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Verfahren zur Reduktion von Zink-, Blei- und ähnlichen, ein verdampfbares
ldetall enthaltenden Roherzen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Reduktion der Erze von verdampfbarem Metall, wie z. B. Zink, Blei,
Wismut, Arsen, Quecksilber u. a. m.
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Die Erfindung besteht darin, daß die aus Erz, Kohle und Kalkstein
o. dgl. bestehende Beschickung in eine Reduktionskammer in der Nähe ihres unteren
Endes eingeführt und dann. im Inneren derselben durch ständig heißer werdende Zonen
hochgeleitet wird, daß nach Sammlung der sich entwickelnden Gase und der verdampften
Metallbestandteile die Metallbestandteile abgeschieden und die bei der Reduktion
entwickelten Gase einer bzw. mehreren an der Reduktionskammer anliegenden Verbrennungskammern
zugeleitet werden, in der bzw. in denen sie nach der Vermischung mit Luft verbrannt
werden, wodurch die für die Reduktion erforderliche Hitze erzeugt wird, und daß
das taube Gestein am oberen Ende der Reduktionskammer ausgetragen wird. Dadurch,
daß die Beschickung in 'der Reduktionskammer von unten nach oben bewegt wird, brauchen
die heißesten Teile der Beschickung nicht von einem der Hitze ausgesetzten Rost
getragen zu werden, sondern sie werden viehmehr von den unteren Teilen der Beschickung
getragen, für welche die Erhitzung nicht unerwünscht, sondern geradezu erwünscht
ist. ` Die Erfindung besteht ferner darin, daß die bei der Reduktion entwickelten
Gase bei der Verbrennung in den neben der Reduktions; kammer angeordneten Verbrennungskammern
entgegen der Bewegung der Beschickung von oben nach unten geführt werden, so daß
ohne weiteres die Reduktionskammer im oberen Teil heißer ist als im unteren Teil.
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Um .aus der Beschickung der Reduktionskammer eine zur Aufrechterhaltung
des Reduktionsvorganges genügende Menge von verbrennbarem Gas zu gewinnen, wird
gemäß der Erfindung der Beschickung ein überschuß an Kalkstein zugesetzt, wobei
neben der Bindung der Schwefelbestandteile der Erze zu Schwefelcalcium Kohlenmonoxyd
erzeugt wird.
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Es sind zwar schon Verfahren bekannt, bei denen die Erze von unten
nach oben bewegt werden. Jedoch weisen die bekannten Verfahren schwerwiegende Mängel
auf, die ihre allgemeine Einführung verhindert haben. Bei einem der bekannten Verfahren
müssen die Erze erst zerkleinert, dann mit einem Bindemittel vermischt und schließlich
zu Formsteinen gepreßt werden; durch diese Formsteine wird dann ein elektrischer
Strom geschickt, wobei durch den Strom die zur Verdampfung ;und Reduktion der Erze
erforderliche Hitze erzeugt wird. Die Herstellung der Formsteine und die Erhitzung
durch den
elektrischen Strom an Stelle der in der Erfindung beschriebenen
Verwendung der Roherze und ihre Erhitzung `durch die bei der Reduktion erzeugten-
Gase ist äußerst kostspielig und nur dort anzuwenden, wo die Erze sich zu einer
weitgehenden Zerkleinerung gut eignen und wo der elektrische Strom äußerst billig
ist. Nach einem anderen bekannten Vorschlag sollen die Erze durch eine Schnecke
in einem Schacht hochgedrückt werden. Im Gegensatz zur Erfindung sollen aber heiße,
die Reduktion bewirkende Gase den Erzen in demselben Schacht entgegenströmen, wobei
die Abgase und der Dampf dicht an der Einführungsstelle der Erze .abgeleitet werden.
Bei diesem Verfahren müssen die reduzierten, dampfförmigen Metallbestandteile über
die noch wenig erwärmten Erzbestandteile hinstreichen, so daß ein Niederschlag der
Metallbestandteile auf den Erzen unvermeidlich ist; außerdem bereitet es erhebliche
Schwierigkeiten, die heißen Gase ihrem natürlichen Bestreben entgegen von oben nach
unten zu bewegen.
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Es ist schließlich allgemein bekannt, bei der Verhüttung von verdampfbaren
Metallen der Beschickung Kalkstein und Kohle zuzusetzen. Diese Zusätze hatten ,aber
nicht wie bei der Erfindung den Zweck, eine für die Reduktion der Erze genügende
Menge von brennbarem Gas zu erzeugen, sondern nur den Zweck, schädliche Bestandteile;
insbesondere die Schwefelbestandteile der Erze, zu binden. Soweit bei den bekannten
Verfahren schon kleinere Mengen von brennbaren Gasen abfielen, ist allerdings auch
schon vorgeschlagen worden, diese Gase zur Vorwärmung der Beschickung, nicht aber
zur eigentlichen Erhitzung zu verwenden.
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Die Einzelheiten der zur Durchführung des Verfahrens dienenden Vorrichtung
ergibt sich aus dem nachfolgend beschriebenen und in der beiliegenden Zeichnung
wiedergegebenen Ausführungsbeispiel. Die linke. Hälfte der Zeichnung zeigt einen
Schnitt durch die Reduktionskammer und die rechte Hälfte einen Schnitt durch die
Verbrennungskammer.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, bestellt die Vorrichtung @u. a.
aus der Reduktionskammer io und einer ,daneben angeordneten Verbrennungskammer i
i. Die Charge gelangt durch einen Schacht 12 in ,einen Zylinder 14, aus dem sie
absatzweise durch einen horizontalen Stößel oder Kolben 13 einem Zylinder 15 oberhalb
eines senkrecht beweglichen Stößels oder Kolbens 16 zugeführtwird; bei der Aufwärtsbewegung
des Stößels 16 wird die Charge in das Innere der Verbrennungskammer hereingepreßt;
bei der Abwärtsbewegung des Stößels 16 wird der Inhalt der Reduktionskammer durch
den den Durchtritt nur in einer Richtung zulassenden, durch das Gestänge 18 gesteuerten
Verschluß 17 getragen. Die soeben beschriebene Beschickungsvorrichtung stimmt im
wesentlichen mit derjenigen der erwähnten älteren Erfindung überein und wird im
wesentlichen in der gleichen Weise tätig. Das taube Gestein wird durch eine Öffnung
20 abgeleitet, und die Gase und Dämpfe werden durch einen in dem Mauerwerk ausgebildeten
Schacht nach abwärts geleitet und einer Kammer 23 zugeführt, die durch einen Wassermantel
2 i gekühlt werden kann. Die Gase steigen aus der Kammer 23 durch einen zweiten
in dem Mauerwerk vorgesehenen Schacht 2q. nach oben und gelangen zu einem Hauptrohr
i, welches zur Versorgung der Verbrennungskammer i i mit Gas dient. In der Verbrennungskammer
werden die Gase verbrannt unter Zufügung der notwendigen Luft durch ein Rohr 26,
welches oben auf dem Ofen angeordnet ist. Die Verbrennungsluft kann vorgewärmt werden,
z. B. dadurch, daß sie durch einen Mantel hindurchgeleitet wird, der den zur Ableitung
des tauben Gesteins dienenden Schacht 20 ,umgibt.
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Für jede Retorte werden zweckmäßig mehrere Kondensations- und Schmelzkammern
hintereinander angeordnet, so daß vorzugsweise eine fraktionierte Kühlung und Kondensation
zur Trennung der bei verschiedenen Temperaturen verdampfenden Metalle; die in einem
Erz enthalten sind, angewendet werden können.
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Das Metallbad wird raffiniert, und .ein anderes Verfahren zur Trennung
der Metalle kann Verwendung finden, falls ein Blei-Zink-Erz gemäß dem neuen Verfahren
behandelt wird, bei welchem .sich infolge seines hohen spezifischen Gewichtes das
Blei von dem Zink trennt und die beiden Metalle in verschiedener Höhe .aus der Schmelze
abgeleitet werden können. -Irgendwelche in den .aus der Reduktionskammer kommenden
Gasen zurückbleibenden Metalldämpfe werden in der Verbrennungskammer oxydiert, darauf
in geeigneten Skrubbern und Staubabscheidern abgefangen und dann entweder mit der
übrigen Charge wiederum der Reduktionskammer zugeleitet oder zur Verwendung als
Oxyd zurückgehalten.
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Das taube Gestein wird fortlaufend am oberen Ende der Retorte abgeleitet
und kann durch Zuführung von Dampf oder Wasser in der Weise behandelt werden, daß
irgendwelche von dem Gestein mitgeführte Brennstoffrückstände durch die Hitze des
Gesteins selbst in Kohlenoxyd und Wasserstoff umgewandelt werden. Das Gestein wird
dann weiter dadurch abgekühlt, daß es zum Vorwärmen der Verbrennungsluft Verwendung
findet,
und nachdem noch irgendwelche wertvollen, in ihm enthaltenen Bestandteile herausgezogen
sind, wird über dasselbe in irgendeiner zweckmäßigen Weise verfügt.
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Das Verfahren geht in folgender Weise vor sich Das natürliche Roherz
wird gemahlen und mit einer genügenden Menge Kalk oder Kalkstein oder anderen ,geeigneten
Oxyden oder Carbonaten und mit pulverisierter Kohle und Natriumchlorid oder anderen
verdampfbaren oder sich leicht zersetzenden Chloriden in solchen Verhältnissen gemischt,
daß unter Berücksichtigung der Zusammensetzung des Erzes und der thermischen Anforderungen
der Mischung die chemische Reduktion der einzelnen Bestandteile während der Hitzebehandlung
Kohlenmonoxyd und Wasserstoff mit oder ohne eine unbeachtliche Menge von Kohlendioxyd,
Schwefeldioxyd und Stickstoff zusammen mit Zink, Blei und anderen verdampfbaren
Metallen in Dampfform ergibt. Die Mischung wird in die Reduktionskammer in der schon
beschriebenen Weise eingeführt, und bei Erreichung des oberen Teiles der Kammer
wird das taube Gestein durch die Üffnung 2o abgeleitet. Die Gase und Dämpfe treten
in die Kammer 23 ein. Die Gase werden dann dem oberen Ende der Verbrennungskammer
zugeführt, während die Dämpfe in der vorher beschriebenen Weise behandelt werden.
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Die Gase erzeugen bei ihrer Verbrennung die erforderliche Hitze zur
Durchführung des chemischen Prozesses und zur Verdampfung des Zinkes, Bleies und
anderer verdampfbarer Metalle, außerdem für das Schmelzen und Raffinieren des kondensierten
Metalles.
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Die Verwendung von kohlensaurem Kalk oder Kalkstein oder anderer Oxyde
oder Carbonate dient einem doppelten Zweck: i. der Herstellung einer genügenden
Menge von CO., welche unter der Einwirkung der in der Charge enthaltenen
Kohle, gegebenenfalls mit anderen Kohlereaktionen, ein Gas ergibt, dessen Hitze
bei geeigneter Verbrennung gleich der Hitze ist, welche zur Behandlung der ganzen
Charge und für das darauffolgende Schmelzen und Raffinieren des Kgndensates erforderlich
ist, 2. als Mittel zur Vermeidung der unerwünschten Freimachung von Schwefeldioxyd
hi den Abgasen durch Umwandlung dieses Schwefeldioxydes durch Einwirkung und Verbindung
mit dem Kalk oder Kalkstein oder anderen `geeigneten Oxyden oder Carbonaten, die
mit dem Erz gemischt sind, zu einem S.uI-fid, Sulfit oder Sulfat, wobei die so -gebildeten
Sulfide, Sulfite oder Sulfate in dem tauben Gestein eingeschlossen bleiben.
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Die Verwendung der Erfindung macht das vorherige Rösten zum Austreiben
des Schwefels als Dioxyd oder der Kohlensäure in den Carbonaten überflüssig und
ergibt eine -wirksame und Wirtschaftliche Gewinnung von Zink, Blei und anderen derartigen
verdampfbaren Metallen aus den Erzen.
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Weiterhin gestattet die Erfindung die Gewinnung der ,gesamten für
das. Verfahren erforderlichen Hitze ,aus den Gasen, die durch die Reaktion gewonnen
werden (nachdem das Verfahren erst durch einen besonderen, von außen zugeführten
Brennstoff eingeleitet ist). Der Kalkstein oder andere Carbonate, die in der Charge
enthalten sind, dienen nicht nur dazu, die Gasmenge dem Hitzebedarf entsprechend
zu vermehren, sondern gleichzeitig zur Umwandlung der Schwefelbestandteile in Calciumsulfid,
-sulfit oder -sulfat an Stelle der störenden Umwandlung in Schwefeldioxyd.