CH647261A5 - Verfahren zur reduktion und rueckgewinnung von fluechtigen metallen aus metalloxid-haltigem material. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion und Rückgewinnung von flüchtigen Metallen oder deren Konzentraten aus Metalloxid-haltigem Material.
In der US-Patentschrift 4.072.504 ist beispielsweise ein Verfahren beschrieben, mittels welchem aus Metalloxid-haltigem Material Metalle rückgewonnen werden können, indem das Material zusammen mit einem Reduktionsmittel in einen mit Koks gefüllten Schachtofen eingeblasen wird. Gleichzeitig wird Wärmeenergie zugeführt, sodass 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. Dies resultiert vor allem daher, dass ein flüchtiges Metall nach seiner Reduktion und Verdampfung bei den bisher bekannten Einrichtungen erneut kondensiert oder wieder oxidiert wird, was zu Verstopfungen oder anderen Schwierigkeiten im Betrieb führt. In der Praxis hat sich daher herausgestellt, dass hauptsächlich aus der flüchtigen Gruppe reduzierte Metalle in den herkömmlichen Schachtöfen im oberen Teil des Schachtofens in unmittelbarer Nähe des Gichtes kondensieren, wodurch beträchtliche Betriebsprobleme entstehen. Ausserdem erfolgt bei herkömmlichen Schachtöfen, wenn beispielsweise Zink gewonnen wird, eine leichte Oxidierung, die zu der unerwünschten sogenannten Krätze, d.h. zu durch ZnO verunreinigtem Zinkpulver führt. Bekanntlich lässt sich dieses Problem äusserst schwer lösen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Reduktion und Rückgewinnung von flüchtigen Metallen aus Metalloxiden, die gleichzeitig Oxide flüchtiger und nichtflüchtiger Metalle enthalten, bei welchem 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 der Metalloxide zu Metall reduziert und geschmolzen oder verdampft werden, woraufhin das geschmolzene Metall vom Boden des Schachtofens entfernt wird, in der Weise zu verbessern, dass die aufgezeigten Schwierigkeiten einwandfrei behoben werden.
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°C 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. Plasmabrenner bezeichnet 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, 1970, S. 302,303).
Dies ergibt den 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 lassen sich die Metalldämpfe von diesem trennen. Auch die sogenannte Krätzebildung, von der eingangs die Rede war, wird auf diese Weise praktisch vermieden. - Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachgeordneten Ansprüchen 4 bis 9.
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 der Gicht 3 zwei Höhenanzeiger 5 und 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
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Einblasen eines Reduktionsmittels sowie ein weiterer Einlass 10 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 von 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 Metalloxidhaitigen Material vermischt eingeblasene Schlak-kenbildner sowie durch Asche des Reduktionsmittels entsteht. Die gasförmigen Produkte bestehen aus Zinkdampf und Reduktionsgas, dessen Zusamensetzung von dem verwendeten Reduktionsmittel abhängt. Naturgemäss enthalten die flüssigen und gasförmigen Reduktionsprodukte, 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 und 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 Reduktionsprodukte zum Boden bzw. zur Gicht des Schachtofens hindurchgehen, sodass 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, sodass die aufsteigenden Metalldämpfe daran gehindert werden, zu kondensieren.
Um sicherzustellen, dass vorstehende Bedingung d) erfüllt wird, wird Koks fortlaufend über die Höhenregler 5 und 6 in
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den Schachtofen eingefüllt. Ausserdem wird das gesamte Koksgestell auf einer Temperatur von über 1000°C gehalten.
Vorzugsweise wird 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 Kohlen-monoxid 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 erfindungsge-mässe Verfahren des weiteren erläutern.
Beispiel
Das zu reduzierende Metalloxid-haltige Material bestand aus dem Gichtstaub eines Elektrostahl-Ofens und hatte nachstehende Zusammensetzung:
43% Fe;03 26% ZnO 5% PbO 18%CaO 8% SÌO2.
Pro to Gichtgasstaub ergab sich nachstehender Verbrauch an Reduktionsmittel, Schlackenbildner und elektrischer Energie:
Reduktionsmittel: 30 kg Trockenkoks
90 kg Steinkohle Schlackenbildner: 50 kg BÌO2 Elektrische Energie: 1080 kWh.
Pro to Ausgangsmaterial ergaben sich nachstehende
Produkte:
330 kg Roheisen (3% C)
200 kg Zink
45 kg Blei
240 Nm3 Reduküonsgas
65% CO, 20% H2 und als Rest CO2,
H2O und N2
340 kg Schlacke mit
50% CaO
40% SÌO2
10% AI2O3.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zur Reduktion und Rückgewinnung von flüchtigen Metallen aus Metalloxiden, die gleichzeitig Oxide flüchtiger und nichtflüchtiger Metalle enthalten, bei welchem 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 der Metalloxide zu Metall reduziert und geschmolzen oder verdampft werden, woraufhin das geschmolzene Metall vom Boden des Schachtofens entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeenergie mittels zumindest eines Plasmabrenners zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schachtofen mit Trockenkoks gefüllt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsmittel gasförmige und/oder flüssige Kohlenwasserstoffe und/oder fester Koks verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel zusammen mit dem Metalloxid-haltigen Material zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel zusammen mit dem Plasmagas zugeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flüchtige Metall zur Gruppe Zink, Blei, Natrium und Kalium gehört.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofengicht gasdicht gehalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verdampfte Metall nach dem Ableiten aus dem Schachtofen kondensiert und zurückgewonnen wird.
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