DD160114A5 - Verfahren zur rueckgewinnung von fluechtigen metallen aus metalloxid-haltigem material - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Reduktion und Rueckgewinnung von fluechtigen Metallen aus Metalloxiden, bei welchem metalloxidhaltiges Material gleichzeitig mit einem Reduktionsmittel in einen Schachtofen eingeblasen wird, wird der Schachtofen fortlaufend mit Koks gefuellt halten und dem Schachtofen Waermeenergie in einer derartigen Menge zugefuehrt, dass zumindest einige der Metalloxide zu Metall reduziert und je nachdem, ob das Metall nichtfluechtig oder fluechtig ist, geschmolzen oder verdampft werden, woraufhin das geschmolzene Metall vom Boden des Schachtofens entfernt wird. Das verdampfte Metall wird als Metalldampf zusammen mit einem Gasstrom durch den Schachtofen nach oben gefuehrt, waehrend der Koks im Schachtofen, durch welchen das verdampfte Metall hindurchstroemt, auf einer Temperatur von ueber 1000 Grad C gehalten wird. Der obere Bereich des Schachtofens und die Gicht werden zwecks Verhinderung einer Kondensierung des verdampften Metalls mit Koks abgeschirmt sowie das verdampfte Metall vom oberen Bereich des Schachtofens abgeleitet.
Description
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Berlin« den 2· 4· 81
58 457 26
AP C 22 Β/226 096
Verfahren zur Rückgewinnung von flüchtigen Metallen aus Metalloxid-haltiqem Material
Die Erfindung ist in der Metallurgie zur Rückgewinnung von flüchtigen Metallen oder deren Konzentraten aus Metalloxidhaltigem Material anwendbar·
In der US-PS 4 072 504 ist beispielsweise ein Verfahren beschrieben, mittels welchem aus Metalloxid-haltigem Material Metalle zurückgewonnen werden können, indem das Material zusammen mit einem Reduktionsmittel in einen mit Koks gefüllten Schachtofen eingeblasen wird* Gleichzeitig wird Wärmeenergie zugeführt, so daß zumindest ein Teil des Metallgehaltes zu Metall reduziert wird und das nichtflüchtige Metall bzw« die nichtflüchtigen Metalle geschmolzen werden· Das geschmolzene Metall und die Schlacke werden dann am Boden des Schachtofens aufgefangen, wo sie entfernt werden können«
In neuerer Zeit besteht jedoch ein Bedürfnis für ein Verfahren zur Rückgewinnung flüchtiger Metalle wie beispielsweise Zink, Blei, Natrium und Kalium aus Rohprodukten oder Erzen, welche einen wesentlichen Prozentsatz an Oxiden von Eisen und anderen nichtflüchtigen Metallen enthalten« Oies resultiert vor allem daher, daß ein flüchtiges Metall nach seiner Reduktion und Verdampfung bei den bisher bekannten Einrichtungen erneut kondensiert oder wieder oxydiert wird, was zu Verstopfungen oder anderen Schwierigkeiten im Betrieb führt·
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In der Praxis hat eich daher herausgeetellt, daß hauptsächlich aus der flüchtigen Gruppe reduzierte Metalle in den herkömmlichen Schachtofen im oberen Teil des Schachtofens in unmittelbarer Nähe der Gicht kondensieren, wodurch beträchtliche Betriebsprobleme entstehen. Außerdem erfolgt bei herkömmlichen Schachtöfen, wenn bsp. Zink gewonnen wird, eine leichte Oxidierung, die zu der unerwünschten sogenannten Krätze, d. tu zu durch ZnO verunreinigten Zinkpulver führt. Bekanntlich läßt sich dieses Problem äußerst schwer lösen.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Rückgewinnung von flüchtigen Metallen aus Metalloxid-haltigem Material so auszubilden, daß ein kontinuierlicher technologischer Prozeß, insbesondere ohne Störungen, beispielsweise Verstopfungen, gewährleistet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduktion und Rückgewinnung von flüchtigen Metallen aus Metalloxiden, bei welchen Metalloxid-haltiges Material gleichzeitig mit einem Reduktionsmittel in einen Schachtofen eingeblasen wird, der Schachtofen fortlaufend mit Koks gefüllt gehalten wird, dem Schachtofen Wärmeenergie in einer derartigen Menge zugeführt wird, daß zumindest einige Metalloxide zu Metall reduziert und je nachdem, ob das Metall nichtflüchtig oder flüchtig ist, geschmolzen oder verdampft werden, woraufhin das geschmolzene Metall vom Boden des Schachtofens entfernt wird, in der Weise zu verbessern, daß eine Kondensierung des verdampften Metalls bzw. bei der Zinkgewinnung eine Oxidierung vermie-
den wird·
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Dabei wurde überraschenderweise festgestellt, daß die bisher auftretenden Schwierigkeiten dadurch überwunden werden können, wenn die flüchtigen Metalle nach der Reduktion mit Hilfe eines Gasstromes als Metalldampf dazu gebracht werden, durch den Schachtofen nach oben zu strömen» Dabei wird der Teil der Säule aus dem Reduktionsmittel (d. h* Koks). durch welchen der Gasstrom hindurchströmt, auf einer Temperatur von über 1000 0C gehalten, und die heiße Säule schirmt oder trennt den oberen Teil des Schachtofens einschließlich der Gicht vom Gasstrom ab. Normalerweise wird als Koksfüllung für den Schachtofen getrockneter Koks verwendet« Nach einer bevorzugten Durchführungsform der Erfindung wird die Wärmeenergie mittels zumindest eines Plasmabrenners zugeführt· Als Plasmabrenner bezeichnet man bekanntlich Lichtbogendüsenbrenner, aus denen ein Plasmastrahl mit hoher Temperatur austritt, wobei in den Plasmastrahl pulverförmiges Material eingeblasen werden kann (vgl· Lueger, Bd, 16, Lexikon der Verfahrenstechnik, Stuttgart 1970, S, 302, 303)·
Dies ergibt dan bedeutenden Vorteil daß eine Kondensierung des flüchtigen Metalldampfes effektiv verhindert wird· Außerdem läßt sich in bekannter und wirtschaftlicher Weise der Gasstrom aus dem Schachtofen ableiten, und die Metalldämpfe lassen sich von diesem trennen· Auch die sogenannte Krätzebildung, von der eingangs die Rede war, wird auf diese Weise praktisch vermieden«
Das Verfahren zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß als Reduktionsmittel gasförmige und/oder flüssige Kohlenwasser-
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stoffe und/oder fester Koks verwendet werden* Vorteilhafterweise wird das Reduktionsmittel zusammen mit dem Metalloxidhaltigen Material zugeführt.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß das Reduktionsmittel zusammen mit dem Plasmagas zugeführt wird· Ein weiteres Merkmal des Verfahrens besteht darin, daß das flüchtige Metall zur Gruppe Zink, Blei, Natrium und Kalium gehört*
Weiterhin zeichnet sich das Verfahren dadurch aus« daß die Ofengicht gasdicht gehalten wird«
Schließlich besteht ein Merkmal des Verfahrens darin, daß das verdampfte Metall nach dem Ableiten aus dem Schachtofen kondensiert und zurückgewonnen wird·
Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen anhand der einen für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Schachtofen oder Reaktor im Schnitt zeigenden Zeichnung erläutert«
In der Zeichnung ist ein Schachtofen oder Reaktor 1 mit einem Reduktionsmittel 2, vorzugsweise Koks, angefüllt« Im oberen Teil des Reaktors 1 befindet sich eine Gicht 3, welche über dem eigentlichen Reaktor liegt und derart ausgebildet ist, daß sie fortlaufend bis zu einer vorgegebenen Höhe mit Koks gefüllt werden kann« Um diese vorgegebene Höhe automatisch herstellen zu können, sind in der Öffnung 4
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der Gicht 3 zwei Füllstandsanzeiger 5; 6 angeordnet« welche mit nicht dargestellten Füllorganen zusammenwirken· Vom oberen Teil des Reaktors 1 führt eine Leitung 7 zum Kondensator 8·
Zum unteren Teil des Reaktors führt ein Einlaß 9 zum Einblasen eines Reduktionsmittels sowie ein weiterer Einlaß IO zum Einblasen des Metalloxid-haltigen Materials· Außerdem ist ein Plasmabrenner 11 mit einer Speiseleitung 12 vorgesehen* Am Boden des Reaktors 1 sind außerdem ein Abstichkanal 13 für die Schlacke sowie ein Abstichkanal 14 für flüssiges Metall vorgesehen.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Einrichtungen dieser Art besteht die Koksfüllung im Schachtofen vorzugsweise aus getrocknetem Koks· Der bisher üblicherweise verwendete Koks hat einen Wassergehalt bis zu 6 %·
Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zu verarbeitende Material, welches beispielsweise Eisen- und Zinkoxide enthält, in die Reaktionszone des Reaktors 1 geblasen, in welcher es zusammen mit dem Reduktionsmittel sehr schnell erhitzt wird und derart reagiert, daß flüssige und gasförmige Reduktionsprodukte entstehen* Die flüssigen Reduktionsprodukte bestehen aus geschmolzenem Eisen und Schlacke, wobei letztere durch während des Betriebes getrennt zugegebene oder mit dem Metalloxid-haltigen Material vermischt eingeblasene Schlackenbildner sowie durch Asche des Reduktionsmittels entsteht« Die gasförmigen Produkte bestehen aus Zinkdampf und Reduktionsgas, dessen Zusammensetzung von dem verwendeten Reduktionsmittel abhängt· Naturgemäß enthalten die flüssigen und gasförmigen Reduktions-
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produkte, wenn in dem Ausgangsmaterial andere nichtflüchtige oder flüchtige Metalle enthalten sind, auch diese Metalle·
Die flüssigen Reduktionsprodukte sammeln sich am Boden des Schachtofens und können durch die Abstichkanäle 13; 14 entfernt werden, während die gasförmigen Reduktionsprodukte durch den Schachtofen in Richtung der Pfeile A nach oben steigen und durch die Gasleitung 7 abgeleitet werden»
Der Koks im Schachtofen bildet einen durchlässigen Schacht oder ein durchlässiges Gestell, durch welches die Reaktionsprodukte zum Boden bzw· zur Gicht des Schachtofens hindurchgehen, so daß der Koks folgenden Zwecken dient:
a) eine große Reaktions-Oberfläche zu bilden,
b) alles hindurchströmende feinteilige Material festzuhalten,
c) erforderlichenfalls als Reduktionsmittel zu dienen und dadurch zu garantieren, daß im gesamten Schachtofen Reduktionsbedingungen herrschen und
d) den oberen Teil des Schachtofens und auch die Gicht abzuschirmen, so daß die aufsteigenden Metalldämpfe daran gehindert werden, zu kondensieren.
Um sicherzustellen, daß vorstehende Bedingung d) erfüllt wird, wird Koks fortlaufend gemäß den Impulsen der Füllstandsanzeiger 5j 6 in den Schachtofen eingefüllt» Außerdem wird das gesamte Koksgestell auf einer Temperatur von etwa 1000 0C oder darüber gehalten«
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Vorzugsweise werden als Reduktionsmittel ein gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoff und eine feste Kohle verwendet« Diese können durch getrennte Düsen oder zusammen mit dem Metalloxid-haltigen Material oder auch als Teil des Plasmagases zugesetzt werden«
Das den Schachtofen verlassende Reduktionsgas wird einem Kondensator 8 zugeleitet, in welchem es abgetrennt wird und in ihm enthaltene Metalle in flüssiger Metallphase auskondensiert werden, welche dann durch einen Auslaß 15 abgeleitet werden können· Das im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestehende Restgas verläßt den Kondensator über eine Leitung 16 und kann entweder zur Vorreduktion des Metalloxid-haltigen Materials oder für irgendwelche anderen Zwecke verwendet werden»
Ein Zahlenbeispiel soll nachstehend das erfindungsgemäße Verfahren des weiteren erläutern«
Das zu reduzierende Metalloxid-haltige Material bestand aus dem Gichtstaub eines Elektrostahl-Ofens und hatte nachstehende Zusammensetzung:
| 43 % | Fe2O3 |
| 26 % | ZnO |
| e Qf | PbO |
| 18 % | CaO |
| 8 % | SiO^ |
2 ·
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Pro t Gichtgasstaub ergab sich nachstehender Verbrauch an Reduktionsmittel, Schlackenbildner und elektrischer Energie:
Reduktionsmittelt 30 kg Trockenkoks
90 kg Steinkohle Schlackenbildner: 50 kg BiO2 Elektrische Energie: 1080 kWh.
Pro t Ausgangsroaterial ergaben sich nachstehende Produkte:
330 kg Roheisen (3 % C) 200 kg Zink 45 kg Blei 240 Nm3 Reduktionsgas (65 % CO, 20 % H2 und als Rest
CO2, H2O und N2) 340 kg Schlacke mit 50 % CaO
40 & SiO2
10 %
Claims (9)
1» Verfahren zur Reduktion und Rückgewinnung von flüchtigen Metallen aus Metalloxiden, bei welchem Metalloxid-haltiges Material gleichzeitig mit einem Reduktionsmittel in einen Schachtofen eihgeblasen wird, der Schachtofen fortlaufend mit Koks gefüllt gehalten wird, dem Schachtofen Wärmeenergie in einer derartigen Menge zugeführt wird, daß zumindest einige der Metalloxide zu Metall reduziert und je nachdem, ob das Metall nichtflüchtig oder flüchtig ist, geschmolzen oder verdampft werden, woraufhin das geschmolzene Metall vom Boden des Schachtofens entfernt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das verdampfte Metall als Metalldampf zusammen mit einem Gasstrom durch den Schachtofen nach oben geführt wird, während der Koks im Schachtofen, durch welchen das verdampfte Metall hindurchströmt, auf einer Temperatur von über 1000 C gehalten wird, und daß der obere Bereich des Schachtofens und die Gicht zwecks Verhinderung einer Kondensierung des verdampften Metalls mit Koks abgeschirmt sowie das verdampfte Metall vom oberen Bereich des Schachtofens abgeleitet wird·
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Wasserstoffe und/oder fester Koks verwendet werden.
2« Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Wärmeenergie mittels zumindest eines Plasmabrenners zugeführt wird.
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3» Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schachtofen mit Trockenkoks gefüllt wird·
4# Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Reduktionsmittel gasförmige und/oder flüssige Kohlen-
5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Reduktionsmittel zusammen mit dem Metalloxid-haltigen
Material zugeführt wird*
Material zugeführt wird*
6· Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Reduktionsmittel zusammen mit dem Plasmagas zugeführt
wird·
wird·
7· Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das flüchtige Metall zur Gruppe Zink, Blei, Natrium und
Kalium gehört«
Kalium gehört«
8· Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Ofengicht gasdicht gehalten wird.
9# Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das verdampfte Metall nach dem Ableiten aus dem Schachtofen kondensiert und zurückgewonnen wird·
Hierzu 1 Seite Zeichnung
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