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Verfahren und Vorrichtung zum Kondensieren von Zinkreduktionsdämpfen
Die übliche Art der Kondensation von Zinkreduktiongdämpfen, dIebekanntlxch wechselnde,
aber stets sehr erhebliche Mengen an Kohlenoxyd enthalten, erfolgt -in der Regel
dadurch, daß man sie in einem Kondensator bis in die Nähe des Zinkschmelzpunktes
abkühlt, so daß sich die Hauptmenge des Zinks in Form eines flüssigen Bades ansammelt.
Die Restgase, die noch schwebende Zinktröpfchen enthalten, werden dann in einer
intensiv -gekühlten, meist aus Blech gefertigten Verlängerung des Kondensators,
_ der sogenannten- Allonge, weitergekühlt, in.. der - der Rest des Zinks - in Form
von Zinkstaub anfällt: Der Bedarf an Zinkstaub ist meist nur gering, es ist deshalb
erwünscht; so viel Zink wie möglich unmittelbar in flüssiger -Form zu gewinnen,
doch ergeben sich hierbei erhebliche praktische Schwierigkeiten, die sich durch
bekannte abgeänderte Bauweisen der Kondensatoren nur zum Teil beheben lassen.
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So hat man schon. vorgeschlagen, einem kammerförmig ausgebildeten
Zinkkondensator eine intensivgekühlte metallische Bodenplatte zu geben, doch besteht
dabei . die Gefahr, daß die Zinkdämpfe unter den Zinkschmelzpunkt abgekühlt werden,
ehe sich die in ihnen enthaltenen Zinktröpfchen zu einem zusammenhängenden Zinkbad
vereinigt haben. Ein anderer Vorschlag geht dahin, eine Kondensatorkammer mit gegeneinander
versetzten Prallplatten auszusetzen, die die Zinkdämpfe zu einem abwechselnd nach
oben und unten gerichteten Zickzackweg zwingen. Die Vereinigung der schwebenden
Zinktröpfchen miteinander soll dadurch gefördert werden, doch reicht diese Maßnahme
allein, aus Gründen, die im folgenden noch erörtert werden sollen, nicht aus, um
das erwünschte Ergebnis zu sichern.
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Man hat auch schon vorgeschlagen, die Kondensation von Zinkdämpfen
m einem langgestreckten Kondensatorschlauch vorzunehmen, durch dessen, Doppelmantel
Heizgase hindurchgeleitet werden sollen. Die Kondensationstemperaturen sollen dabei
in einer nicht näher bekannten Weise geregelt werden.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, Zinkredüktionsdämpfe, wie sie
in Form eines kontinuierlichen Stromes von modernen Zinkreduktionseinrichtungen,
insbesondere aus kontinuierlich betriebenen vertikalen Zinkreduktionsretorten, abgegeben
werden, bis auf einen geringen unvermeidlichen Rest an Zinkstaub in Form geschmolzenen
Zinks zu gewinnen. Sie beruht auf der Beobachtung, daß die rechtzeitige Vereinigung
der Zinktröpfchen miteinander in erheblichem Maße davon abhängt,
daß
Kohlendioxyd in dem Gas in erheblicher Menge nicht vorhanden ist und auch möglichst
wenig Gelegenheit hat, sich nach der Gleichung 2C0---- C+CO.
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bei Temperaturen von etwa goo bis 700° zu bilden. Es ist anzunehmen,
daß in diesem Temperaturintervall die flüssigen Zinktröpfchen sich allmählich mit
einem Zinkoxydhäutchen umgeben, das zwar sehr dünn ist, die Vereinigung der Tröpfchen
miteinander aber doch erheblich erschwert. Jedenfalls könnte festgestellt werden,
daß die Kondensation des Zinks in flüssiger Form ganz erheblich erleichtert wird,
wenn die Gase das Temperaturgebiet von etwa goo bis etwa 700° möglichst rasch durchschreiten.
Am günstigsten ist es, die rasche Abkühlung der Zinkreduktionsdämpfe noch weiterzutreiben
und die Hauptmenge des Zinks in einem Kondensator rasch niederzuschlagen, dessen
Kühlung eine sehr lebhafte ist. Prallplatten und sonstige mechanische Hilfsmittel
zur raschen Vereinigung gebildeter Zinktröpfchen erweisen sich dabei als sehr wertvoll.
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Die weitere Kühlung der verbleibenden Dämpfe bis in die, Nähe des
Zinkschmelzpunkts soll hingegen sehr langsam erfolgen, denn eine Teiloxvdation ist
bei den in Betracht kommenden tieferen Temperaturen nicht mehr zu befürchten, während
die Vereinigung der verhältnismäßig wenig dichten Zinknebel eine erhebliche Zeitdauer
beansprucht. Auch hier sind mechanische Vorkehrungen zur Vereinigung der Zinktröpfchen
empfehlens-,vert.
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Demgemäß besteht die vorliegende Erfindung in erster Linie darin,
daß man den zinkdampfhaltigen Gasstrom durch einen zweiteiligen Kondensator leitet
und in dem ersten, verhältnismäßig schwach isolierten Kondensatorteil rasch unter
den Taupunkt des Zinks abkühlt. Nach Abscheidung der Hauptmenge des Zinks wird der
Dampfstrom nunmehr in einem zweiten, schwächer isolierten, aber auf einer Temperatur
über dem Schmelzpunkt des Zinks gehaltenen Kondensatorteil geleitet, in dem die
Restkondensation erfolgt. Der Boden des ersten Kondensatorteils kann geneigt sein,
und der aus diesem Kondensatorteil abfließende Zinkstrom kann auf dem Boden des
zweiten Kondensatorteils aufgesammelt werden. Dieser Boden wird dann zweckmäßig
als Sammelgrube ausgebildet.
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Wie schon erwähnt, ist es zweckmäßig, beide Kondensatorteile mit Prallpl.atten
aus-. zustatten, die den Gasstrom zu einem Zickzackweg zwingen und die Vereinigung
der schwebenden Zinktröpfchen miteinander beschleimigen. Empfehlenswert ist es,
einen waagerechten Zickzackweg vorzusehen, weil dabei nach aufwärts gerichtete Gasbewegungen,
die weniger günstig sind, vermieden werden. Auch kann man in einem solchen Fall,
in dem man die Prallplatten nicht ganz bis zum Boden des Kondensatorteils reichen
läßt, erzielen, daß der flüssige Zinkstrom in der Hauptrichtung des Gasstroms, aber
auf einem kürzeren Weg als dieser geführt wird. Die Prallwände können auch verstellbar
befestigt sein und mit ihren über die Kammerdecke reichenden Teilen als Kühlrippen
wirken.
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Zweckmäßig ist es ferner, die zweite Kondensatorkammer :etwas tiefer
als die erste anzuordnen und in den Kondensatorkammern einen nach abwärts gerichteten
Zug aufrechtzuerhalten, indem man die Abgase aus dein zweiten Kammerteil bis zu
einer hinreichenden Höhe über den Gaseinlaß in den ersten Kondensatorteil eznporführt.
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Eine Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigt Abb, i einen Grundriß und Abb. 2 einen Aufriß eines
zweiteiligen Kondensators. Die Abb.3, 4 und 5 sind Schnitte in den Ebenen 3-3, 4-4
und 5-5 der Abb. 2.
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Der erste Teil io des Kondensators stellt einen geneigt liegenden,
im Querschnitt (Abb. 5) etwa quadratischen Kanal dar, dessen Boden 12 und dessen
Wände 13 aus verhältnismäßig dünnen Platten, etwa aus Silicüuncarbid, bestehen.
Sie sind miteinander durch Nut und Feder vereinigt und mit Siliciumca.rbidzement
verkittet. Die Decke dieses Kanals wird von Querplatten 1_E gebildet, die in einigem
Abstand voneinander angeordnet sind und Raum für das Einsenken von Prallplatten
24 lassen. Diese reichen nicht ganz bis zum Boden des Kanals io und sind seitlich
gegeneinander versetzt; so daß sie dem Dampfstrom einen horizontalen Zickzackweg
aufzwingen, das rasche Abfließen des verflüssigten Zinks aber nicht behindern. Deckplatten
26 und 27 verschließen die verbleibenden Fugen. Eine von einem Ziegel 28' bedeckte
Reinigungsöffnung 28 ermöglicht die zeitweilige Reinigung. Der Einlaß 17 für die
ankommenden heißen Dämpfe ist sorgfältig eingedichtet. Der Kondensatorteil ruht
auf Trägern 16, die von einer nicht dargestellten Tragkonstruktion gehalten werden.
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Die herausragenden Enden der Prallplatten 24 dienen als Kühlrippen;
die Kondensation des Zinkdampfes findet demnach nicht nur an den Wänden des Kanals
io, sondern auch auf der Oberfläche der Platten 24 statt.
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Durch einen kurzen Schacht 2o ist die Kammer io mit einem zweiten
gemauerten Kondensatorteil i r verbunden, dessen Querschnitt
aus
der Abb. q. hervorgeht. Die Sohle dieser Kammer ist gewölbt und bildet einen Sumpf
für das in beiden Kondensatorteilen gebildete flüssige Zink, das zeitweilig oder
auch kontinuierlich durch die Stichöffnung 21 abgelassen werden kann. Diese Öffnung
dient auch gleichzeitig der Entfernung gebildeter, wenn auch geringer Zinkstaubmengen.
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Die Decke der Kammer i i ist ähnlich ausgebildet wie die der Kammer
io, doch sind die Prallplatten 29, die ebenfalls seitlich gegeneinander versetzt
stehen, in ihrem unteren Teil mit Fortsätzen 29' versehen, die den Kammerquerschnitt
annähernd abschließen. Die Kammer ist ferner durch Isolationen 30, 32 und 32' sorgfältig.isoliert,
das Ausmaß der Kühlung, das grundsätzlich weit geringer ist als das der Kammer io,
hängt im wesentlichen von der Fläche der durch die Isolierschicht hindurchragenden
oberen Enden der Prallplatten 29 ab. Um die Temperatur in der Kammer j e nach der
zu verarbeitenden Gasmenge regeln zu können, lassen sich die Platten 29 in ähnlicher
Weise verstellen wie die Platten 24 der Kammer io.
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Vom vorderen Ende der Kammer i i führt ein Kanal 23 zu dem Schornstein
22, der seitlich angeordnet ist (Abb. 3), so daß Raum für eine Reinigungsöffnung
38 bleibt. Diese wird mit einer Deckplatte 38' bedeckt gehalten. Die heißen Zinkreduktionsdämpfe,
die durch den Einlaß 17 einströmen und beispielsweise 5o % Zinkdampf und weniger
als i °/o Kohlendioxyd enthalten, mögen, werden in dem Kondensatorteil io sehr rasch
von etwa iooo° bis unter den Taupunkt des Zinks, der etwa bei 65o° liegen mag, abgekühlt.
Sowohl an den Wänden der Kammer als vor allem auch an den Prallplatten 24 kondensieren
große Mengen Zink, die auf die geneigte Bodenplatte 12 fallen und in Form eines
geradlinigen Stroms unmittelbar in die Kammer i i gelangen. Die Gase hingegen sind
gezwungen, um die Platten 2q. in horizontalem Zickzackweg herumzustreichen, wobei
sie die Hauptmenge der in ihnen enthaltenen Zinktröpfchen abgeben. Sie verlassen
die Kammer, nachdem sie die Hauptmenge des in ihnen ursprünglich enthalten gewesenen
Zinkdampfes abgegeben haben, über den Kanal 2o und unterliegen nun in der Kammer
i i einer weiteren langsamen Nachkühlung bei einer Temperatur, die grundsätzlich
noch über dem Schmelzpunkt des Zinks liegen muß und meist q.5o bis 55o° betragen
wird. Die Ansammlung größerer Mengen geschmolzenen Zinks auf dem Boden dieser Kammer
erleichtert die Sicherung einer solchen Temperatur. Die große Zahl der Prallplatten
29 erleichtert das vollständige Zusammenfließen schwebender Zinktröpfchen, so daß
die Gase, die über den Kanal 23 nach dem Schornstein 22 entweichen, trotz
ihrer immer noch über dem Schmelzpunkt des Zinks liegenden Temperatur nennenswerte
Zinkmengen nicht mehr mit sich führen.