Verslag behorende bij het fabrieksschema ter bereiding van zink uit zinkertsen

INHOUD.

Verslag behorende bij het fabrieksschema ter bereiding van ~ink uit zinkertsen.

C.Been en R.M.Soemantri.

/ I.Eigenschappen,toepassingen,productie en verbruik van zink.

II.Voorkomen,concentratie en transport van zinkertsen. III.Overzicht.der methoden voor zinkbereiding.

IV.Keu?:e van capaciteit en werkwijze der fabriek. V.De fabriek en het prmces.

Vl.Sinterafdeling.

VII. Destillatie afdeling.

~ VIII.Residuverwerkingsagdeling. IX.Litteratuuropgave. X.Materiaal- en energiebalans'en.

0 ,

, ,

r~:=,!

l

_ETI

~

Î .

o

0

I. Eigenschappen,toepassingen,productie en verbruik van zink. Zink behoort tot de zware metalen.Het metaal heeft een blauw-achtig witte k+'é.;ar. Enkele constantèn van zink zijn:

mol.gew.

s.g.

smeltpunt kookpunt

65,38 7,13 419,4 9060C.

Koud zink is brms en kan niet worden gewalst.Bij100-1500 wordt zink zo buigzaam en soepel,dat men het tot-bladen kan walsen tot een dikte van 0,05 mm,maar bij 2500 wordt het weer bros.

Aan droge luchtblootgesteld,is zink stabiel.ln een vochtige omgeving of in koolzuur-en zuurstoghoudend water wordt het oppervlak echter bedekt door een laagje ZnC03.3Zn(OH)2 dat het zink tegen verdere oxydatie beschermt.

In gesmolten toestand vormt zink een chemische verbinding met ijzer,die oolt na afkoeling behouden blijft.Vandaar,dat het zink uitgebr~ide toepassing vindt in de ga~iek.Dit is

één van de voornaamste toepassingen van het zink, daar het een ~ u~~aan~fend dekmataal is.Verderwordt zink

veelt~gebruikt voor legeringen, waarvam. m'essing (Cu-Zn) en bronB~ (Cu-Zn-Sn) wel het grootste deel uitmaken.

Totaal

Ook wordt zink nog toegepast als gietmetaal,extractiemiddel voor edele metalen~goud en zilver uit looderts),bij de berei-ding van sommige geneesmiddelen e.d.

Zinkoxyde wordt gebruikt in de rubberverwerkingsindustrie (autobanden) em verfindustrie (z1Ü.Ilkwit,miet giftig).

Het wereld zinkverbruik was in het jaar 1936 alsvolgt:

Tabel.1. V'vv' galvaniseren 43

%

legeringen 25

_%

walszink' 1(;)

_%

gietwerk 14

_%

andere toepassingen 8

_%

(verf-,rubberind. )

Enkele cijfers omtrent de wereld zinkproductie (in 1000 ton) Tabel 2.

1935

_1ill

_1.lli.

1940

1 .348'.645 1.667.868 1.678.085 1.760.000

Nederland 13.747 24.645 20.534

Momenteel produceett Nederland ongeveer 35.000 ton per jaar in haar enige fabriek te Budel (N.Brabant).

o

/-2-

'L

In de zinkindustri;lbestaat een slechte verho~~~~~ . tussen de gebi~ waar het erts wordt gewonnen,en waar het wordt verwerkt. Slechts 63 % van de grondmtoffen wordt ook in het land,waar ze gewonnen worden,verwerkt.

De oorzaak hiervan is,

ten eerste,dat het erts concentraat een hoog Zn gehalte bevat:

50-60% Zn en -in het geva~dat he~ erts uit zinksulfide bestaat

wat meestal het geval is- ook nog 30-32% zwavel.Het is dus een zeer rijke grondstof,waardoor de transportkosten een hoog per-centage van ,de productiekosten mogen uitmaken,

ten tweede,dat de bereiding van zink een zo grot~ ervaring en

goed geschoold personeek vereist,dat het voordeliger is het

erts elders te laten verwerken,dan terplaatse een ffabriek op te zetmen.

II.Voorkomen,concentratie en transport van zinkertsen

_..

•

,

Zink komt in 'de natuur niet vuor in gedegen toestand maar in

de vorm van sulfidische en oxydische ertsen;zuivere zinkertsen komen niet voor.Het grootste gedeelte van de heden ten dage

gedolven zinkertsen zijn sulfidisch.Oxydische ertsen treft men nog maar weinig meer aan. Vaak treft men naast

zinkerts,lood-erts en ook kop~re:bts aan.

Zinksulfide komt dikwijls samen met ijzersulfide voor in~e

vorm van marmatiet en christophiet,terwijl men in de ertsen

van de sulfidische zinkmmmeralen meestal één of meer sulfiden van de volgende metalen:lood,koper,ijzer,cadmium,mangaan,co-balt vindt.

De voornaamste bij zinkertsen voorkomende ganggesteenten zijn:

kwarts,allttminiumsilicaat,calcüum-en magnesiumcar~naat,gips, bariet.

Het ruwe zinkerts bevat slechts 3-10% Zn.~er concentrat~wordt 'het erts eerst gemalen en vervolgens~aneen flotatieproces on-,

derworpen.Komen er naast ainksulfide nog belangrijke

hoeveel-heden andere sulfiden voor,dan kam men deae sulfiden door se-lectieve flotatie scheiden.Op deze wijze krijgt men een zo zuiver mogelijke grondstof,soms wel met gehalten aan ZnS van

90-93%.Voor bijmengsels blijlf:C dan slechts 7-10% over'."

Enkele voorbeelden van samenstellingen van zinkconcentraten:

i • 1 .L

o

o

-3-Tabe13,p. Maagdenburg(Dtsl) Zn 60-62 Rbbçl 1 ,.0 ~u Fe 0,06 3,0 S Cd Mn Co 32-33 0,2-0,25 0,015 0,002 Joplin

(usi)

5~,26 0,7 0,05 2,23 30,42 0,3 6,01 spoor Trail (Canada) 51 , 1 3,5 0,14 11 ,4 32,8 0,16 j., 1.1j CaO Si0_{2 H2}

9...

0,1

'i

0,22 1 ,

°

3,95 9-10.

De samenstellingen varieren dus nog wel,als gevo~g van verschil in ertssoort'em mogelijkheid voor een mëBr of minder

doorge-. .

voerde scheiding. Zo is het bi jv. essenti~el, dat erts dat g'esin-terd moet worden een bepaald percentage ijzer en lood bevat voor een goed verlopen van het proces.Deze metalen kunrien n~tuurlijk ook op andere wijze worden toegevoegd.

Het vodhtgehalte van het ertsconcentraat wordt voo~erzending eerst door drogen tot 3-5% gebracht. Vooral voor landen ~et een

daN

koud. jaargetijde is dit 'essentieel,daar het materiaal~moèilijk

uit de transportmiddelen zou zijn te verwijderen door vastvriezen.

'B~~~ het hier transport van zeer fijn materiaal betreftt,dienen byzóndere maatregelen te worden genomen om verlies door verstui-ving te voorkomen. Indien transport over land plaats vindt,-het-zi j per sp90r hetvindt,-het-zi j per vracht'wagen, worden wel speci~le kipwa-gens gebruikt,die het erts direct vanaf de mijn zonder overladen èàr®;t in de voorraadbunkers kuIuLen storten.

Ter overlading in de bunkers bij de fabriek wordt wel pneumatisch tranàport toegepast.

(korreldiam. tot 5 mm,stortgewicijt 1,5

ton/m3,vochtigh!~6%)

Met de variatie in de chemische samenstelling en physische eigen-schappen der gronàstoffen,waartoe ook zinkhoudende afvalstoffen van andere metaalindustrieen en oud metaal kannen behoren,wisse-len ook de verwerkingscondities,hetgeen de zinkbereiding niet vergemakkelijktyuooral omdat het vaststellen van de condities een kwestie is van ervàring en niet van berekening.Dit stelt daarom ook grenzen aan de automatisering van het bedrijf.Elke gronàstof stelt weer andere eisen ten aanzien van de gunstigste temperatuur, verblijf tijden in de ~mverse apparatuur,de benodigde bijmengsels e.d.

Soms kan men door beschikbare ertsssoDrten te mengen,de proces-omstandigheden zo constant mogelijk houden.

~-, l

o

III.Overzicht der methoden voor zinkbereiding.

Zink kan op diverse manieren worden gewonnen.Deze zJ.Jn allen variaties van één der twee principieel verschillende methoden:

a) de pyrometallurgische ( destillatie of droge) 'metlj.ode.

b) de hydroelectrometallurgische (electrolyse of natte) methode. De gang van zaken van elk der methoden is in het kort alsvolgè: Bij de p~rometallurgisclj.e methode wordt het erts e~t ~

goed mogelijk geroost,dwz. van zwavel beYrijd.Hierbij gaat het

-

-.

ZnS over in ZnO.Het gerooste erts wordt verv.olgens gesin~e:rd

en gemalen.Deze beperkte samenklontering is nodig,omdat het gerooste materiaal te fijn is omemet gunstig gevolg te worden gedestilleerd,

Dit geschiedt door fret ges~~terde mate~iaal in een bepaàlde verhouding met gepoederde cokes te mengen enddit mengsel te verhitten.Men spreekt hier van destilleren,omdat de temperatuur waarbij het zink uit het oxyde kan vrijkomen, dus waarbij de

. 0

reactie ZnO

+

C --+ CO + Zn kan verlopem

(1200-1300

C),boven

het kookpunt van Bink ligt

(906

0C).Het metaal komt d~s in dampvorm vrij ,Deze d~p wo!dt vervolgens gecondenseerd.De vloeistof wordt afgetapt en tot platen gegoten.

Afhankelijk van de gevolgde destillatiemethode wordt een meer of minder zuiver metaal gewonnen.Het minder zuivere metaal moet voor vele toepassingen eerst verder gezuiverd worden door b.v. hernievrwde destillatie.

Bij de'hydro-electrometallurgische methode wordt het zinkerts

I

ook eerst geroost,maar nu zodanig,dat er een kleine hoeveelheid

t~~., zËlksu~~at on~~~~_!..

(3-5% ... )

.Het gerooste materiaal wordt

ver-~~volgens

met een verdunde oplossing van zwavelzuur uitgeloogd.

\ .

~ D~ze' oplossimg v~·zinksulfaat· wordt na filtratie

geelectroly-0(' .

seerd.Het op ''de Al-kathode neergeslagen zink moet dan nog worden omgesmolten en tot platen worden gegoten,Met deze

me-thode wordt

99,99%

zuiver zink verkregen.

Het grootste nadeel van deze methode is' echter het hoge ver-bruik a~ electrische stroom.Hier stáan geen byzondere voor-delen tegenover wat betreft besparing in arbeidskosten of ap-paraten.lntegendeel,er moeten 'zelfs byzondere maatregelen worden getroffen t.a.v. de boi}!.wmaterialen in die gèdeelten van de .fabriek.Waar kans is og het mmrscn van zwauwlzuur en _{. .} in .de e.lectrolyseafdeling waar zwavelz.uurdampen ontstaan t. g. v. gasontwikkeling aan kathode en anode,waartegen de arbeiders zich moeten besc~ermen.De uitloogafdeling moet in het koude jaargetijde ook worden verwarmd daar anders metaalsulfaten kunnen uitkristalliàere~.

o

-5-Enkele gegevenà:

Kwh .. per ton zink

-....:/U ' stroomrendement Rendement electrol. Pb verbxuik

0,7

-Tabel 4.

3400-3700

91-94

%

97

%

Al verbruik 4,5~4,7 kg/ton steenkoolverbr.

80

kg/ton Rend. omsmelten

95-97%

1 ,0 kg/ton Zn. Totaal rende

92-94%

Daar bij het ont%erpen van deze zinkfabriek enigs~ins rekening werd gehouden met plaatsing ervan in Neder1nd en,gezien de bo-vengenoemde bezwaren tegen de electrolytische methode,dienten-gevomge grotere teepassingsmogelijkh~den van een bedrijf op py-rometallurgische gronàslag,werd~ ~eze ~aatste werkwijze gekozen. E~ zijn in de pyrometallurgische werkwijze een aantal variaties mogelijk.Uitgaande van een verdeli~g van deze werkwijze in

3

af-delingen zullen de diverse mogelijkheden worden aangegeven en tegen elkaar worden afgewogen.

Deze 3 afdelingen zijn: 1. Roostafdeling. 2. Sinterafdeling~

3.

Destillatieafdeling.

1. De snelheid en volledigheid van de roosting der zinkconcen-traten is van een aantal factoren afhankelijk:

a) Grootte van de deeltjes (verhouding oppervlak tot volume). r Hoe groter het totale

oppervlak~hoe

kleiner de deeltjes,hoe

beter de roosting zal verlopen.Aan de fijnheid zijn echter grenzen gesteld' i.v.m. de stofvorming.

b) Het karakter van het oppervlak van het deeltje.

Een poreus deeltje roost sneller af dan een deeltje met glad opp.

c) Het chemische karakter der deeltjes (mineralogische samenst) Het gedrag der verschillende sulfiden t.a.v. het roostproces is niet hetzelfde.

Zn Zn

y

d) Aan ... wezigheid van mineralen die geen ertsen zijn' (ganggesteenten) ()

,;\~

Deze verlagen nl. de temp. waarbij sintering

o~treeàt.

\

~~ e) De roosttemp. zelf.Hoe hoger de temp,hoe sneller de roosting.

~~~' ~

f) De snelheid waarmee 'de b§nodigde luchthoeveelheid kan worden ~I . \ ,

~ ~'/ aangevoerd.

e", \J\{)-Á g) De snelheid van afvoer van de roostgassen.

~~ h) Het contact tussen de luchtzuurstof en de vaste deeltjes. Het roosten geschiedt al van oudsher in ovens.Bestond de oven vroeger uit een enkele haard,waar de arbeiders het erts over het rooster moesten voortbewegen,tegenwoord'ig kunnen moderme ovens tot

12

haarden bevatten. Het erts komt er van boven\in en doorlooRt mbv.~ automatische roermechanismen alle haarden. De temperatuur loont daarbij langzaam op,bereikt in het midden

e'en maximum en zakt dan weer.Max. temp.

930

oC.Min. temp

700-800

0C daar bij lagere temperatuur in de anderste haarden anders sul-faatvorming optreedt(zie hoofdstuk1Z).Onder in de oven wordt lucht geleid.Lucht en erts bewegen zich dus in tegenstroom door de oven.

Een variatie hierop is de z.g. "flash roosting,waarbij het erts in roterende, bi jna horizontaäili:',liggende ovens (zoals, in è.@ ce-mentindustrie) wordt ontzwaveld:Dit systeem wordt slechts in

enkele gevallen toegepast.

De laatste jaren is echter de ontwikkeling van de roostovens in een nieuw stadium getreden door toepassing van het fluid-bed principe welke grotê voordelen biedt7

Allereerst wordt hierdoor de capaciteit per m2

roosto~pervlak

ongeveer verhonderdvoudigd. Andere voordelen 3ijn:

@rote warmteoverdracht en dientengevolge grote reactiesnelheid. Hoger toelaatbare è:emp (1000-1050oC),ïn het algemeen bevordering van de punten e), f) ,g ) ,h) •

Eenvoudige constructie,minder plaatsruimte,minder materiaal. Er zijn geen bewegende mechanismen die aan hoge tempa:eatuur wor ...

den blootgesteld.

Het erts hoeft van tevoren niet gedroogd of vermalen te worden. Het proces in een oven met,fluid bed is selfsupporting.In een () haardoven bestaat 10% van de voeding uit brandstof (steenkoOl).

\

He~,

proces kan in een oven met "fluid bed

à~a

minute worden

stop-gezet en gedurende een periode van

4-5

uur worden onderbroken indien noodzakelijk.Door daarna lucht en materiaal toevoer we:er aan te zetten wordt het proces direct hervam.

De bediening eist in het algemeen slechts 1'arbeider per oven. Er zijn minder temp.metingen nodig en de controle apparatuur is centraal ondergebracht.

Een over- en onder~elasting van 10% is in het algemeen mogelijk. (Bij een haard oven moet de lucht en materiaal toevoer nauwkeu-rig worden geregeld om de juiste temp.

i~stand

te houden).

Benodigde luchtovermaat is 10-20% (haardoven 100%),waardoor dus se S02conc. in de gas,sen gr2.!er is.De gasreinigingsapparatuur kan dientengevogge ook kleinere afmetingen hebben.

Het grootste nadeel bij de oven met fluid bed is de grote slij-tage van die delen,welke aan

de(het~~troom

zijn blootgesteld zoals het vuurvaste binnenwerk van de oven en de buizen van het

\

koelsysteem en het stoomproductieapparaat.Deze kunnen echt~r~J

2

hiertegen worden beschermd door

~

elk een tweede buis

van~en

slijtage bestand materiaal aaa te brengen.

:1

2:.

Sinterafdeling.

Voor het sinteren,dat dus dient ome een meer grofkorrelig pro-duct te verkrijgen,de laatste resten zwavel,en het grootste ge ... deelte van het Cd en Pb te verwijderen,hetgeen moodzakelijk is _... vaor het destillatieproces en de zuiverheid van het te produce-ren zink~gebruikt men een oneindige band ,die is opgebouwè. uit segmenten.Elk segment bestaat uit een rechthoekig raam'opgevuld

,

r---~-~.-

,

o

-7'-met staafjes die uitsparingen ver~onen,zodat de bovenkant een rooster vormt waar het materiaal op komt te liggen.

Elk segment is'voorzienvan

4

wielenr,ltwee aan elke kant,die over een rail IOREn.De bovenkant van dè bandt loopt met taar

~IIIIIIIIIIII ~

111111111111lt

f i" ot •.

onderzijde over een smalle· plaat die op de rand van de eronder gebouwde af-zuigkasten is aangebracht.

Tussen bewegende band en stilstaande "plaat wordt mechanisch oliesmering

onderhouden, opdat een zo luchtdichtmmo-gelijke afsluiting wordt verkregen. Het geheel is een vrij eenvoudig,ro-buust apparaat, dat zeer bedrijfszekeri is. Kapotte roosterstaaf jes kunnen op' eenvoudige wijze zonder stopzetten van het apparaát worden vervangen.

Aan het begin. van de bovenloop der band bevindt zich een stortim-richting en vlak saarachter een brander,om het materiaal aan te steken,geschikt voor gas- of oliestook.

De voortschrijding der techniek heeft hier en daar wat verfijning aangebracht zoals een vertragingskast voor het

voortbewe~ingsme-\

chanisme en de banden zijn in alle maten en voor tal van doel-einden.leverbaar.

Essemtiele veranderingen in opzet en uitvoering ~an get apparaat zijn echter niet opgetEeden.

]JI.Destillatie

afdeling-Het destilleren ,van het zink,dus de reductie van ZnO tot Zn met behulp van koolsto~,kan oW twee manieren gebeuren:

a) in aardewerk retorten. b) in eléctrische ovenS.

Bij de eerste methode bevindt het zinkoxyde zidh met de kool-stof in retorten,cylindrisch of ovaal van doorsnede,met afme-tingen 2 x 0,25 x 0,4

m,en~van

vuurvast aardewerk zijn gemaakt. De charge van de retort wordt indirec§ v~rhit.De rookgassen van

de oven mogen nl. niet in contact komen met zinkdamp

ob

het ~lomibare zink daar dit anders weer tot ZnO wordt geoxydeerd en

verontreinigd wordt.

o

De zinkdamp komt vanuit de retort in een daarvoor geplaatste opvanger,eveneens van aardewerk en condenseert daar.Niet gecon-denseerde zinkdamp wordt in een verlengstuk of allonge,gemaakt van blik van 1-1,5 mm dikte",in de vorm cv.an zinkstof opgevangen. Eén en ander ziet er schematisch alsvolgt uit:

L~ _ _ _ _ ~~ _ _ _ _ _ _ _ _ _

De opening tussen condensor en retort wordt met klei afgedi"cht, zodat deze verbinding, gemakkelijk kan wor'den, verbrokenwanneBt' de retorten moetén worden leeggemaakt om opnieuw te worden gevuld.met het "mengsel van kool en zinkowyde.De allonge wordt over de tuit-vormig toelopende opening van de opvanger geschoven.

De ovens waar deze retorten zich in bevinden,kunnen verschillende afmetingen hebben en verschillend geconstrueerd zijn,al naar ge-lang de soort.Deze onderlinge afwijkingen betreffen verschillen in verhittingsmethoden.Er zijn er,die 1000 van deze retorten kan-nen bevatten.Meestal worden ze gemaakt voor een capaciteit van

200-300 retorten.De oven is over de lengte verticaal in 2

helf-" "

ten verdeeld, die Ireriodiek worden verhit. De andere helft dient

o

dan als voorverwarmingsruimte voor

de~

ucht di"e voor de

verbran-drIl! :eRRNDJio r

r-ding~nodig is.In deze helften b~vinden zich de retorten in een aantal (3-4) lagen,elk een 20-30-stuks,boven elkaar.

De destillatie van een charge duurt 24 uur.In deze tijd worT den de oondensors 2~3 ~eer af-getapt.Dan worden de conden-sors weggehaalà en de retorten geleegd,gecontroleerd op barst-en,gerepareerd met klei of zo-no~ig ~ervangen en weer gevuld. Dit gebeurt met diverse soorten

schuif jes ,haken en scheppen,die van lange stelen zijn voorzien terwijl'het stoken gewoon

door-tLG 4 gaat.Een eenmaal aangestoken

re-

-9-paraties.Bij afkoelen nl. is de kans voor het optreden van barsten in de ovenwanden zeer groot.De werktemp. is h~~roon­ geveer 1200o~.Het steeds aan en uitmaken is' ook niet economisch. De arbeiders moetem voor het bedienen van de ovens,dat niet

automatisch kan gebueren,~r vlak voor staan,en zijn dienten-gevolge blootgesteld aan een enorme hitte uitstraling.De werk-tijden van de arbeiders zijn dan ook hieraan aangepast.

De levensduur·van de gewone retorten,die bestaan uit'kleiaarde

~

O%'Chamotte 30% en cokes 10%,is 20 t5t 30 dagen. Gebruikt men

voor de fabricage carborundum (65%) en kleiaarde (35%),hetgeen

(

ze aanzienlijk duurder maakt ,'dan wordt de levensduur ongeveer et een factor 5 vergroot.~elk materiaal men kiest,hangt

na-~~ \ tuurlijk af van economische factoren en ligt voor elk geval weer

,\"'4-

~ ande:es. .

~~'

De condensors gaan slechts een dag of tien mee bij goede behan-:-\"\ '\:

~~~~ deling.De kapotte retorten en condensors zijn edhter door het

ge-~~ bruik zo zinkrijk gewordën(zinkgehalte van meer dan 60%),dat deze

o

0

worden verpulverd en in bepaalde verhoudingen met de charge wor-den vermengd,evenals het o~evangen zinkstof,de tras en een ge-

----.

1

deelte van de Räumasche.Daar dmt aardewerk materiaal zeer

.gevoe .gevoe .gevoe .gevoe .gevoe

-lig is voor stoten wordt het ter plaatse gefapriceerd. Enkele gegevens van het proces zijn:

Tabel 5.

Zinkopbrengst zonder verwerking afvalprod. 60%

11 _met

zuiverheid van het zink verbruik aan retorten/ton

11

"

condensors

"

11 _brandstof

"

"

"

levensduur van de oven manuren/ton geprod. Zn in 11 geprod. 11

"

% v.d.

Capaci tei t VA NEE N GE MIDPE L1H 0 Vê N.

11 90-93% 98% Zn 2-3 6-10 3 ton charge _35-45 3-5 jaar 20-25 20-40 ton voeding/dag --7-14 ton Zn/dag. Een belangrijke verbetering van deze methode in economisch o~

zicht en bezien vanuit bedieningsstandpunt,zijn de ovens met staande retorten, waarbij de destillatie continu verloop;t-Deze retorten zijn meestal van carborundum gemaakt.Dit materiaal is goed warmtegeleidend,h'eeft een relatief kleinet uitzettingsco-efficient dan het normaal gebruikt~ keramisc~materiaal en is goed bestand tegen slijtage.

o

I-\ltt"- bOIl~w:-"aanzicht".-;l.si_ alsvogt:

De horizontale doorsnede is rechthoekig met ,afmetingen

van 0,3-1,5 à 2m.

De retorten worden van boven-af door een trechter gevoed met briketten. Deze bestaan uit geroost erts,koolstof in

de vorm' van poederkool en een bindmiddel zoals hars,teer, pek of een bisulfaatoplossing

fî

G !i

indien men dit van een papierfabriek'kàn betrekken.

Deze stoffen worden goed gemengà,wwarna het mengsel wordt be-vochtigd en tot briketten geperst.Voor' d~t·alles is dus een aparte inrichting nodig met mengers en persen.Deze briketten

_..

worden vervolgens gedroogd en in een verticale oven verhit, waardoor de kool in cokes overgaat.Door deze cokesvorming vormt zich in de briket een soort skelet,waardoor de briketvorm tij-dens de reductie goed behouden blijft.De slakvorming en het aanbakken van het materiaal aan de ovenwand word~Nhierdoor te-gengegaan.

De "verkoltingsoven" wordt verhit door het bij de destillatie ont-stane CO' gas àat eerw~ is gereinigd.Dit ontsnapt met de zink-damp uit de verhitte massa,waarna in het bovenste gedeelte van de retort,dat een iets lagere temp. heeft de zinkstof wordt af-gescheiden en een gedeelte van het lood condenseert,dat naar ~ beneden druipt en in de Räumasche komt. Via een omgebogen buis

~~ '\ komen de 2Zinkdampen en het gas in de condensor, waar de zinkd8.!lp

~ ~ ~"\}( . .

~~

7/

condenseert.Het gas wordt verder geleid naar de verRokings'oven

~~~ en wordt daar verbrand.Aan .de onderkant van de retort wordt de ~ ~"",~ slak continu afgevoe~d.Op deze wijze wordt. goedkoper en

zuiver-1 •

t

\tr der zink geproduceerd. Enkele gegevens zijn: . Tabel 6.

steenkoolverbruik/ton geprod. Zn manuren

p

E. R tö N G ~ pI? 03>.2","

capaciteit staande retort

levensduur , , ( carborundum)

2,4 of; () N, 8-10

6 ton. brikettenl~AG 3-5 jaar

Nog een andere,veel op de voorgaande methode gelijkende wijze van destilleren is die wa8rbij men gebruik maakt van grote continu werkende ovens die electriàch worden gestookt.

De oven is ook hier cylindrisch van vorm,heeft een stalen wand en vuurvast binnenwerk en is opgebouwd uit een aantal ringvor-mige secties,die onafhankelijk van elkaar zlJn bevestigd en ook elk apart kunnen worden verwijderd uit de kolem,hetggen r6~ara­ tiewerkzaamheden zeer vergemakkelijkt.

o

De oven wordt aan de bovenkant continu gevoed met een mengsel van geroost erts en cokes ~ät eerst i~ een roterende voorwar-mer is voorverhit op 850oC.Brandstof voor deze voorverhitting

is het van de destillatie afkomstige g~s,na reiniging en com-pressie.De oven 'wordt zodanig gevuld,dat de g:toteHcjdeeltjes, zijnde voornamelijt{ de cokesdeeltjes ,maar het midden rollen en

ELt:e.(.r.!i~e.h

aldus zorgen voor een "cokeszuil" die goedl\geleidend is.

In het midden van de oven ontstaat dan de hoogste temp (1400oC) In de "bulk" is de temp. 1200oC,aan de waild 900oC.

De overmaat cokes die wordt gebruikt,stabiliseert de electrische stroomdoorgang en dientengevolge de verhitting.

eJ2w

~e gassen en zinkdampen komen vanuit de oven in~specüaal

gecon-strueerde condensor,dÉ gevuld is met vloeibaar zink,zodat gas e n ? zinkdamp er doorheen moeten, ~aarbi j de zinkd~p condenseert. .

t

=: . Voor dennodig~ trek zorgt een zich achter de condensor

bevinden-..

-

-

-

-

.----~ vacuUWpomp.De condensor wordt met water gekoeld.

Ret vloeibar.e zink in de condensor wordt periodiek afgetapt. Van de onderkant van de oven wordt de slak vontinu afgevoerd. De ovens moeten na 75-100 dagen worden stilgelegd voor sçhoon-maak en reparatie van de vuurvaste binnenbekleding.Dit duurt _{_.}

"

meestal 10-15 dagen.

Enmge gegevens van de electrisch verhitte oven:

Capaciteit Productie

Zuiverheid van het Zn Verbruik aan electroden

Tabel 7.

Verbruik aan vuurvaste ste~n en metsel-kalk per ton gep:tod. Zn

Verbruik aan corborundum (bekleding) Stroomverbruik

Cokesverbruik in % v.d. voeding " per ton geprod. Zn (omgerekend op steenkool)

Manuren per tom geprod. Zn

Rendement zonder verwerking residu

"

met

"

"

50-85 ton/dag 17-25 99,9%

"

2 kg/ton Zn 24 kg, 2 kg/ton Zn. 2550 KWh/ton Zn 3e 0,5 ton 0,83ton '.'1

4i/4'

50-70 % 90-92 %.

Het spreekt vanzelf dat men steeds bezig is de metljoden voor de zinkbereiding te vereenvoudigen en de techniek te ver~teren. Dit heeft geleid tot een aantal werkwijzen welke variaties zijn van de beschreven pyrometaililurgische methode.Een tweetal varia-ties zijn de volgende:

zoda-nig voorbehandeld,dat mEn korrels krijgt van bepaalde grootte eIIb,Van goede mechanische sterkte.Deze worden in een fluid bed oven doodgeroost en zijn dan direct geschikt voor de destillatie. In feite is dus voor de sintering de ertsvoorbehandeling in de plaats gekomen.Dit schijnt echter het roostproces in een yluid bed te bevorderen.Er is dan natuurlijk ook minder stofvorming. Het %age Zn in het uitgangsmateriaal wordt waarschijnlijk kl~i­ ner door het toegevoegde bindmiddel.

De andere methode schakelt de roosting uit.Roosten en sinteren geschiedt gelijktijdig op een Dwight L19yd sintermachine van grote afmeting,door het erts meerdere malen aan deze behandel-ing te onderwerpen.Deze methode is echter nie~'9P alle ertsen toe ,te passen. Bijv. niet op ertsen met ~en relatief hoog ijzer-gehalte,daar dan gemakkelijk zinkferriet wordt gevormd.

IV.Keuze van capaciteit en werkwijze der fabriek.

Het vaststellen van de capaciteit van een op te richten zinkfa-() briek is geen eenvoudige zaak. Het tegen elkaar afwegen van de

talrijke factoren die hierin een rol spelen zou een grondige studie daarvan met zich brengen.Dit valt uiteraard buiten het bestek van dit project.

o

Wel kan worden gezegd,dat Nederland zich in dat opzicht in een niet al te gunstige positie bevindt,daar het grenst aan landen waar een gevestigde en goed ontwikkelde zinkindustrie bestaat. Nederland bezit een zinkfabriek te Budel die per jaar ongeveer

35.000,ton zink levert,waarmee de nederlandse behoeften onge-veer worden gedekt.Het zink is echter van geringe zuiverheid

(97-98%) ,daar men er nog met horizontale retor'ten ovens volgens het oude systeem werkt en niet verder 3uivert.

Dit zink is practisch alleen geschikt voor ge galvanische indus-trie.De geprojecteerde fabriek mi is berekend o:Q.l een maximam capaciteit van 300 ton concentraat per dag.Dit betekent een maximum p~oductie van 150 ton zink per dag of 50.000 ton per

jaar. Hierbij' is gedacht aan het dekken van de nederlandse be-hoeften.Deze fabriek zou dus in de plaats van die in Budel moe-ten komen.

\ Hoewel de capaciteit misschien iets aan de hoge kant is,is een \ dergelijk productievermogen toch wel op zijn plaats in eEn streek \ of land waar zinkmijnen van enige betekeni~ aanwezig zijn,in

\ welk geval tevens geldt,dat één groot bedrijf economischer is dan di verse kleinere •..

Bij het maken van een keuze uit de verschillende mogelijke werk-wijzen moest allereerst worden beslist of de "droge" of "natte" weg zou worden gevolgd.Kiezen is eigenlijk niet.het juiste woord.

-13-I -13-I

Het is nu eenmaal een feit~at de natte methode alleen lonend is daar waar goedkope electrische energie wordt geproduceerd en dit in voldoende hoeveelheid.Daar gebieden waar aan deze eisen worden voldàan en die tevens geschikt zijn· .1vo,or het plaatsen van een

zinkfabriek,weinig voorkomen en bovendien rekening werd gehouden met de mogelijkheid van vestiging van de fabriek in Nederland, zal het duidelijk zijn dat de electrolytische methode werd ver-worpen.

Bij het maken van een keuze uit de mogelijke apparatuur voor de droge methode is getracht de volgende factoren zo goed mogelijk tot ljun recht telsten kómen:flexibiliteit,bedrijfszekerheid,vei-

_.

ligheid,automatisering en hygiene.

Dit heeft geleid tot het vorgende processcijema: Roosten in een oven met fluid bed.

Sinteren met de gebruikelijke apparatuur. Destilleren in electrothermische ovens.

Hoewel het mogelijk schijnt de sintBring in vele gevallen over te

o

slaan door voorbehandeld erts in een'flu±d bed te roosten,is dit niet voor alle ui~gangsstoffen,waaronder afvalstoffen en residuen hetgeval.Men is dan'geWwongen depsintering in èe schakelen het-geen ook het geval is als de roosting van het voorbehandelde erts om één of andere reden misloopt.

Daar de raffinerende werking van de sinterband t.a.v. de elimine-ring van zwavel en de naast zink voorkomende metalen,waarbij te-vens aan het materiaal een goede constitutie voor de destillatie wordt gegeven,oNovertroffen is,en dit apparaat eenvoudig,robuust en uitermate bedrijfsze~er is,werd het voor deze fabriek onmis-baar geacht-·

Dat de keuze van een roostoven is gevallen op een oven met fluid

_.

bed was practisch onvermijdelijk.De voordelen,vergeleke~~en

normale haardoven zijn enorm,vooral wanneer de ongeveer~ grotere capaciteit en de relatief eenvoudige uitvoering,wordèR bescijouwd.Mag het systeem dan nog enigszins capricieus zijn,de reeds zo vele toepassingen welke zich nog steeds uitbreiden 4& in allerlei· takken van de industrie geven toch wel het nodige

. '1 , vertrouwen. IM '

Het lijkt o~ het eerste gezicht misschien eigenaardig,dat voor de destillatie werd beslist ten gunste van het electrothermische proces,na hetgeen er over het verbruik van electrisc~e energie is gezegd,Een beschouwing echter van de kosten aan energie en ar-beidskrachten per ton gepEoduceerd zink van elk der methoden, toont een minimum voor de electrothermiscijemethode.

Aan deze getallen moet OVëRicE'NS, niet te veel waarde worden

ge-hecht.Zo staat bij de diverse opgaven b.v. nergens vermeld de calorische waarde van de gebruikte steenkool.

Soms ook blijkt het,dat bij eenzelfde steenkoolverbruik en bij toepassing van dezelfde metijode de ene fabriek meer kan produ-ceren dan de andere .Men Z€>iU dan weer moeten weten 1l1an!welk

ma-teriaal men uitgaat en wat de samenstelling ervan is. Sommige fa-brieken verwerken ook meer residu en afvalproducten dan andere, waardoor de productie per oven ~:p'er' . uur lager komt te liggen,hoe-wel het totaal rendement dan weer stijgt.ln hoeverre met al der-gelijke factoren rekening is gehouden, vindt men zelden of nooit vermeld.

De cijfers hebben dus weinig absolute waarde en geven slechts een indicatie omtrent de onderlinge ·verhouding.

De kosten ~:iDjn berekend naar een pri jsopgave van de Delftse ener-gmebedrijven: vetkolen fl. 65,- per ton

eleètriciteit 5,5-10,5 ct per Kwh

Horizontale retorten

cl

to~Îton

zink =

fl.195/ ton zink 20-25 manuren/ton Zn cap. per oven~

7-20 ton /dag rende 90-92% zuiverheid 98%

(mengers,persen en ovens voor aardewerk retorten en cond~nsors) Tabel 9. verticale retortén 2,4 to;;'ïton zink -fl.156/ton zink

~)b

~'() { 8-10 manuren/ton Zn

~

4 ton / retort/dA_&

~

90-92% 98-99%

mengers,persen en ovens voor briketten

EJectrotbermiscb 2550 kwh/ton zink + 0,8 ton kool/ton zink =fl •. 145.

4~5 manuren/ton Zn cap. per oven

17-25 ton / dag 90-92%

99,99%

De vergelijking valt royaal uit tèn gunste van de electrother-mische oven.Ook wat betreft de benodigde uitrusting naast de o-ven zelf,heeft de laatste methode het meest eenvoudige en 'miBst

om~angri jke apparaat NodlG. •.

Men moet ook nog in aanmerking nemen dat het zink afkomstig van ~ de eerst€twee methoden voor vele toepassingen nog moet wor-den gezuiverd waardoor de verhoudingen met betrekking tot de productiekosten nog meer in het voordeel van de electrotherm. destillatiemethoden zullen uitvallen.Gegevens omtrent de kosten van de zuivering konden niet worden'achte:ehaald.

De condtructie van de electrotherm. oven is relatief eenvoudig en verêist minder plaatsruimte.Het waren al deze factoren die tot de reeds vermelde keus hebben geleid.

De aanschaffings- en investeringskos;~p zlJn niet in deze be-~.J",- - .- . .-r".".- ' .. ,..--" _. ..

-.~chouwing bet·rokkem,daar dwzeniet bekend zijn .

.

- ..

---~~~::;~f1-/ ---~~~::;~f1-/ , -

~

I

~Il".

" .

l~ or~\

J.,.

( r

\otÜ~t"~\ IiWW~,

\

VA'"

-15-Het t~aBsport in het bedrijf,dat geheel automatisch is,ges-chiBdt

.~~esloten

transportbanden volgens het sleepketting-systeem. Daar het t~transporteren materiaal overwegend poeder-vormig is,zijn maatregelen getroffen tegen verstuiving daar dit materiaalverlies betekent en niet bevorderlijk is voor de gezondheid.De aan- en afvo~r naar de ovens is gesloten,de maaI-en zeefinrichtingmaaI-en zijn door stofkastmaaI-en omgevmaaI-en maaI-en de

voorraad-o

~

I

~~::::o~:s~;ef:~~;:k:~~:j:~:::e~~

het bereiden van zink op

t

\

plaatsen dme ver van se zinkmijnen zijn verwijder~,ligt,behal­ , ve in de waarde van het metaal zelf,in de omstandigheid dat

~

naast zink nog diverse andere waardevolle producten uit zinkerts kunnen worden gewonnen.De belangrijkste hiervan zijm:H

2S0

4

,Cd,Pb.

CdS en PbS wprdem nl. in practisch alle zinkertsen aangetroffen in hoeveelheden, die het rendabel maken de afvalstoffen hmerop te ver-werken.De andere s~lfiden komea veel minder verspreid voor en in

kleine~e hoeveelheden.Er is voor elk sulfide een grensconcentra-( ) tie boven welke men pas tot de winning van het betreffènde metaal

uit de afvalproducten overgaat.

~ Zwavelzuur wordt bereid uit S02 gas dat bij het roosten wordt

ge-0\

~ vormd.De aard van deze grondstof én de concèntratie ervan in het

\~

\0

gasmengsel zijn de redenen dat de zwavelzuurfabricage altijd bij ct

L\J~ ~

-~ sr~'de zinkfabriek zelf ~~vindt.De zwavelzuurwinning is dermate

Y

'~~ lucratief gezien de ~n~dstof/dat men nergens het

S02-_~..E

I gas verloren laat gaan.

~y

'\ <iJ . _~~ .o.,). _{Hetzelfde kan tegenwoordig worden gezegd voor de metalen lood en}

:l

~'\l".

y.~

..,"""-0'

cadmium.De grondstof hiervoor is het stof dat in de divers§; gas-reinigingsapparatuur wordt' neergeslagen. Zijn er lood- en cadmium-fabrieken in de omgeving dan zal het vaak meer rendabel zijn de grondstoffen aan deze industrieen te verkopen.

De bereiding van H

2S04,Cd,en Pb wordt hier niet behandeld: Zonodig WOrd~/II~Ok de cokes terplaatse gefa1brr-iceerd. .

Op de fabriek is ook een laboratorium aanwezig,dat er in de eerste plaats voor is)om de gang van het proces chemisch te vervolgen en te controleren.

Het is verder zeer aanbevelenswaardig dat de fabriek beschikt over een werkplaats met een goed e tecijnische staf voor het onderhoud _--... en reparatie van het materiaal en het experimenteren met verbe-termmgen pf nieuwe methoden.~, __________ _

Een zo volledig en anafhankelmjk mogelijk zinEfabriek kan der-halve uit de volgende afdelingen bestaan:'

A) Roostafdeling D) Residuverwerkings afd. G) Lood bereiding B) Sinterafdeling E) Zwavelzuurbereiding H) Cokes " C) Destillatie a f . F) Cadmium bereiding K) Laboratorium

. U

kb()~t

"I ')( '\ft

~

D.t'.M

~

\.\,

~ h'~:,

,V' \

lIJ

fJ~

.

~~y,~F

Alleen de eerst vier afdelingen zullen worden besproken. V.De fabriek en het proces.

A). Roost afdeling

Aanwezige apparatuur:

Overdekte betonnen bunkers van ongeveer 1000 ton inhoud waarin

~;l:~g::~e:~:n:r=:tw::::i!::~~:~f:en

continue voedingsmechanisme

~~

De ovens zijn van staal en hebben vuurvaste isililerende

binnenbe-Jer ,

kleding.

Hoo~te

8,6

m

~' Grootste diameter 3,0 m

Roosterdiameter 2~0 m

3 LaMont aggasketels met stalen wanden en vuurvaste isililerende Diameter stoomketel Lengte

_"

Stoomproductie Stoomtemperatuur Stoomdruk 3 circulatiepompen. 1,5 m 3,0 m 110 :eon/dag 2400C 35 atm. stofafscheider afmetingen 5 x 5 x 6 m werkspanning 40.000 V 4 ventilatoren,voor elke oven 1 en 1 achter de Cottrell. Een koelmante~ voor de ertsafvoer.

Sleepkettingtransporteurs voor afvoer erts en stof uit de Cottrell en terugvoer stof uit afgasketel.

Controle apparatuur centraal ondergebracht:

temp. schrijvers voor temp~raturen van het fluid bed (2 plaatsen)

~.

het gas

e

en

~de

eottrell stofafscheider ,h,et water in de stoomketel en geproduceerde stoom. '

Verder registratie van

~rdru~het fluid~bed,van

de stoomketel de geproduceerde stoom en de trek achter de Cottrell.

Het aangevoerde erts waarvan elk soort apart wordt apgeslagen, wordt met sleepkettingtransporteurs naar de voedingtanks van de ovens vervoerd.De voedingsregelaars zijn zo ingesteld,dat elke oven per dag 100 ton erts krijgt te verwerken.ln de oven heerst een temp. van 1000-1050oC.Hoewel mmn hogere temp. nog gunstiger zou zijn voor de reactiesnelheid,is dit de max. toelaatbare i.v.m. sintering.Gedurende de 2 uren,dat een ertsdeeltje gemiddeld in

deze oxyderende omgeving verglijft,wordt de zwavel verbrand tot S02 en wordt het zinksulfide omgezet in zinkoxyde.

Het gerooste erts9dat minder dan 1% S bevat en minstens 82% van zijn lood- en cadmiumgehalte kwijt is,verlaatJde oven door een opening in het rooster.

-17-Tijdens de reactie komt zoveel warmte vrij,dat gekoeld moettwordem. Hiertoe is in het bed een warmtewisselaë:ir als koelelement aangebracht. De warmteoverdracht is buitengewoon groot nl. 200-250 kcal/m2/h/oC Deze war~tewisselaar is aangesloten op de ketel en het gedwongen

circulatiesysteem.Ze produceren bij de gegeven ovenbelasting 110 ton stoom pep dag.ln de wand van de oven zijn ter hoogte van het bed 2 deuren aangebracht,die toegang tot het inwendige verschaffen Voor het aansteken van de oven is nog een brander aangebracht die met gas wordt gestookt.

De oven wordt naar boven toe iets wijder.De gassnelheid wordt hier dus kleiner waardoor wordt voorkomen dat er te veel materiaal zou worden meegevoerd.De meegesleurde hoeveelheid stof bedraagt onge-veer 5-10%.De helft hiervan wordt in de ketelruimte afgescheiden. Daar dit stof mog vrij veel zwavel bevat,wordt ijet naar de oven teruggevoerd.Het in de electrische stofvanger neergeslagen stof is rijk aan Cd en 'Pb,en wordt vervoerd naar de lood en cadmium-bereidings afdeling.

o

De lucht wordt onder in de oven geleid en via een verdeelkast re-. '1.tselmatig over het hele rooster verdeeld.De hoeveelheid aan te

voe-_~O~~

ren lucht kan worden geregeld

~.b.v.

een

omloopl~ding-:n

is

ge-~~

koppeld met de temp. van het bed.De druk kan op eenvoudige wijze worden ingesteld met een

kwikslot-Het rooster is ter vermijding van warmtespanningen uit een aantal

'I"'"

segmenten opgebouwà welke uit st~en gelegeerd metaal zijn ver-vaardigd.De hele kegelvormige onderbouw kan,iDElusief het rooster ter reiniging worden weggeklapt.

Omtrent een aantal het proces bevorderende physische factoren is reeds het een en ander megegedeeld.Vermeld zij nog dat vele ertsen bij verhitting dek~epiteren hetgeen de roosting zeer bevordert. () Zinksulfide vertoont deze eigenschap niet.

Thans zullen de chemische aspecten van het proces worden beschouwd: Een reactie,ook bevorderlijk voor het roosten,omdat deze het deel-tje poreus maakt,is het dissocieren van de verbinding vlg:

MenSn

++

.,

n MeS

+

~ S2 Vaa

In tabel 10 zijn een aantal eigenschappen van de in zinkerts voor-komende sulfiden verenigd.

Aannemende dat de bij de roosting optredende reacties op navol-gende wijze verlopen,ondergaan de diverse sulfiden bij de in de oven heersende omstandigheden de volgende reacties:

o .

(temp. 1000 C,atmosferische druk en oRYderende atmosfeer) 2 Me S + _{3 O2} > 2 MeO + 2 SO 2 V b

2 S02 + _{0 2} ! 4-2 S03 V c

MeO

+

S03 4 MeS0

4' V d

0

0,

~ Tabel 10.

naam dissocieren dekrepi min. ontbrand. sulfaat gevormd diss. sulfaat

sulfide (reactie Va) teren' temp.deeltjes vorming oxyde oxyde ontl.

grootte

e.

0, 1mm Vd,Ve -Vd

ZnS nee nee 650oC~ 500·C ZnO

--Y,-"

850

oe

FeS 2 ja(700) ja 250 Fe20₃ "',

.

--

";'", 400 '-~~r' 480 Fe S 1

_"

ja 250 Fe 304 . :: ,,', .. '''''~'' n n .... _+.gt~,

PbS nee nee 550 450 PbO' """'~~~": - - ~ , J,'! 900

Cu₂S, nee 250-300 CuO+Cu 20 '4CuO-- 600 , I 2Cu201- 02 ;) î CuS ja(500)

, !

CuFeS 2 ja(550) CuO , , "3Cu

₂

S. ja 400 4CuO-- ~ ~ Cu 20 -,.' Fe 2S₃ ja _2Cu20-r 02 600 r

i

Ag 2S 600 Ag20-- Ag + 02 900 I .

" _{~dS nee nee CdO vluchtig}

bij1000. 950 ,! FeAsS ja nee As 203 vluchtig l As 2S3 ja nee As205 bij 220 Sb

2S3 nee nee Sb203 vluchtig

Sb

205 bij 575

.

( "$

o

o

•

-18- '

Door lagere temp •. wordt reactie V e,door hogere reactie V b bevorderd. a) Zinksulfide als ZnS in~aleriet,wurziet en marmatiet.

Het warmteeffeat van de vier reacties is:

V b Vc 110.000 cal/mol 45.280 " V d

V

e 52.900 130.570 cal/mol

"

Het Zn§ dissocieert niet,het deeltje blijft dientengevolge dicht en moeilijk doordringbaar voor gassen. Daar het ook niet dekrepi-teert ligt de ontbrandingstemp. relatief hoog: 6500C (tabel 10) b) Ijzersulfiden als FeS₂ in pyriet,als Fe S 1 in magneetkies,als

n n+ FeS in marmatiet.

Pyriet en magneetkies dissoeieren Jen dekrep&teren. De oxydatie van pyriet loo~t alsvolgt:

4 FeS 2 -r 11

°

₂ , • _{2 Fe 20 3} + 8 S02 FeS 2

+

3 02 ~ _{FeS0 4} -t S02

V f

V g Het bij. de dissociatie ontstane FeS wordt alsvolgt geoRydeerd:

2 FeS + 3 02 • FeO

-r

2 S02 V h 2 S02;- 02 • • 2 S03 FeO

+

S03 ~ ,. FeS0 4 6 FeO

+

02 • 2 Fe 30 4 2Fe 304

+

S03 il 3 Fe 203"+ S02 4·FeO

+

02 » _{2 Fe 203}

V

i Vjj V k V 1: Vm Van de mogelijke oxydatieproducten van het FeS komen Fe₂0

3 en Fe

304 het meest voor,omdat:

1. FeO onder de oxyderende omstandigheden een onfuestendige ver-binding is en 2. ReS0

4 vanaf 480 0

C gemakkelijk dissocieert (V j). Het ijzer komt uiteindelijk in de slak terecht.

c) Loodsulfide als PbS in galeniet.

D~ssocieert en dekrep'teert niet.Ertsem met een hoog Pb gehalte

(tmt 5% soms) kunnen bij het roosten moeilijkheden opleveren daar ze gemakkelijk smeltbare "loodstenen" en bij 8.anwezigheid van ko-per "loodkoko-perstenen" vormen,en dientengevolge het erts tot samen-klonteren kunnen brengen.Be fluïde toestand van het materiaal in de oven gaat deze klontervorming echter sterk tegen.Verder toont het gedrag van PbS tijdens het roosten grote o~ereenkomst met dat van ZnS.

Het lood wordt in de vorm van het o~yde PbO, dat vrij vluchtig is voor ruim 80% uit het erts verwijderd en opgevangen in de elec-trische stofafschèider.De rest verdwijnt grotendeels tijdens het sinteren.Door deze twee operaties wordt het lood voor 98-99% .uit het erts geelimineerd.Dit is noodzakelijk daar anders het lood het zink verontreinigt.

d) Kopersul~iden: als Cu₂S in chalcosien en borniet,als CuS in

covellien,als CuF~S2 in chalcopyriet.

Met uitzondering van Cu 2S dissocieren alle kopersulfiden.

Daarbij wordt Cu 2S gevormd,àat aksvolgt wordt ~eoxydeerd:

. CU2 S+ 2

°

2 , C u O + 2 S02 V n

2 Cu 2S + 3

°

_{2 .} ~ _{2 Cu 20 + 2 S02} V 0

CuO is bij hogere temp. on~estendig e~alt uiteen volgens:

4 CuO - > _{2 Cu 20} ~ 02 ; V P

Bij de heersende omstandigheden ontstaat hoofdzakelijk Cu20.

Koper vervluchtigt niet tijdens de destillatie.Het komt in de

slak terecht.

e) Cadmiumsulfide als CdS,komt heel veel in zinkerts voor. Zowel

CdS als CdO zijn vluchtig. Tijdens het roosten wordt het cadmium

voor ruim 60% verwijderd.Het komt terecht in het stof in de

e-lectrische stofvangers.De rest verdwijnt grotendeels bij het

sin-ter-proces.

Cadmium wordt voor 99% en hoger uit het erts geëlimineerd,

het-( ) geen gunstig is daar het bij de destillatie anders weges haar

vluchtigheid de zinkdamp verontreinigt.

o

f)Z'ilversulfide als Ag2S in argentiet.

Het bij de oxydatie van Ag 2S te verwachten Ag 20 ontstaat niet

daar deze verbinding reeàs bij lage temp. dissocieert,zodat de

reactie wordt: Ag₂S

+

02 » 2 Ag + S02 V q

Bij aanwezigheid van veel S03 in de roostgassen wordt

zilversul-faat gevormd.ln een oven met fluid bed gebeurt dit n~.Het zou

trouwens bij 10000C weer dissocieren.Het eindproduct van de

roos-ting zal dus overwegend metallisch Ag zijn/cat

aanmerkelijk.ver-vluchtigt en in het afgescheiden stof terecht komt.Dit is mok het

geval bij het smnteren.De oorzaak hiervan is dat het zilver in

het concentraat na&st het lmmd voorkomt. Zoals reeds geaegd

ver-vluchtigt het lmodoxyde aanmerkelijk.Het voert daarbij het

zml-ver met zivh mee.Dit is een gunstige omstandigheid daar het

an-ders de zinkdamp zou verontreinigen bij de destillatie,waarbij

het voor het grootste gedeelte echter in de slak terecht komt.

g)Arseensulfide als FeAsS in. arseenkies en als AS2S3 in

auripgg-ment.

Beide verbindingen worden tot As 20 3 geoxy deerd,As 2S3 echter slechts

gedeeltelijk,daar het deels vervluchtigt.Bij de roosting wordt een

gedeelte van het vluchtige As

₂

8

₃ tot niet vluchtig As 20

5

geoxydeerd.

As 20 3

+

02 ~ _{As 205} V r

As 20 3

+

2 S03 ~' _{. As 205} + 2 S02 V s

AS2_{0 3} + 2 Fe₂0

~

As

°

+

4 FeO V t

3 2 5

Het As 20 5 nu vormt met oxyden van andere metalen (ZnO,PbO,FeO,CuO)

arseenzure zouten,z.g. arsenaten:

3 MeO -t _{As 205} ---+ Me₃(As0₄)2 V u

Dit zijn zeer bestendige verbindingen,hetgeen de verwijdering

-20-Beperkte luchttoevoer zoals in deze oven het gev~l' is ,bevordert echter de vorming tot AS_20!.

Bij het verhitten van arsenaten met koolstof,zoals gedeeltelijk tijdens de sintering geschiedt,worden de arsenaten weer tot As

203 gereduceer'd, dat practisch volledig sublimeert en mn de stof terecht komt.

~)Antimoonsulfide als SbS

3 in sttbniet •

. Het antimoon gedraagt zich ongeveer analoog aan het arseen. Het trioxyde is iets minder' vluchtig en de neiging tot het vormen van antimonaten is geringer.Door de voorbewerk.ingen is het materiaal voor de d.esti~la tieoven doorgaans arseen- en an timoonvri j.

j ) Van de doorgaans slechts in"" geringe hoeveelheden voorkomende ganggesteenten blijven p.et kiezelzuur, de s"ilicaten en het bariet tijdens het roosten oilyeranderd.Kiezelzuur kan met metaaloxyden, met uitzondering van !nO,metaalsilicaten vormen die het' sinteren

bevorderen. Voor de vorming van zinksilicaten zijn hogere tempera-turen nodig.De.aardalkalic~rbonaten dissoc~eren in de'~ardalkali () oxyden en CO₂•

o

Al deze verbindingen"komen bij het destilleren in de slak terecht. Uit de roostoven komen de hete gassen in een afgasketel waar ze worden gekoeld tot 400oC.De afgasketel is in dit geval het belang-rijkste koelmiddel,waardoor tegelijkertijd het economisch rende-ment wordt verhoogd door de geproduceerde stoom. Een goede en dus

snekke koeling is mede van belang om de vorming van S03 in het

. 0

gasmengsel,die het beste verloont tussen 400-700 C,tegen te gaan. De gebruikte stoomketel is van het La Mgnt type.Elke roostoven heeft zijn eigen afgasketel met een eigen omlooysysteem.De La Mont ketel heeft een gedwongen circulatie.

De oven van de afgasketel is in twee delen verdeeld.De gassen komen eerst in een ruimte waar de stoom wordt oververhit.Hier bevinael'l zicg

Oor

rijen van elk 31' buizen (30/38) ,met een totale lengte van

'1'5.';1;J

ID.

Onder in deze ruimte buigt de gasstroom om en strijkt dan,weer naar boven gaande,langs 18 rijen van elk 3'1 buizen,met een

to-tale lengte ,van "7t,c9m,waarin het water wordt verdampt.Boven de uitstroomopening van deze oven ligt de ketel,waarvan

i

van het

oppervalk nog direct door de gassen wordD verhit.

Daar de hoeveelheid van de binnentredende gassen kan varieren als gevolg van een varieren van de belasting van de roostoven, zijn regelkleppen aangebracht waardoor een aantal verdampings-en oververhittingsThui~en kan worden uitgeschakeld.

Hiervoor wDrden z.g. La Mont kleppen gebruikt,die op het circu-latiesysteem zijn aangesloten en hierdoor gekoeld worden.

Dit geschiedt van buitenaf door met daartoe geëigende staven tegen àeze buizen t~loppen.Om in het inwendige van de oven te kunnen ko-men,zijn in de ovenwand deurtjes aangeuracht.Het neergeslag§1stof verzamelt zich onder in de ,conisch toelopende reservoirs van waar-uit het m. b.v.E~~fvoermechanisme r~gelmatig wordt afgevoerd en via een gesloten sleepketting-transporteur naar de roostoven wordt te-ruggevoerd.

~,

I

Er wordt 110 ton

s~oom

per 100 ton erts per oven geproduceerd van

9

.

ft

34

atm druk en

l40

C.

Voor de bediening van de combinatie van de oven en ketel is door-gaans maar 1 man nodig.De regelapp. is centraalondergewacht. Achter de ovens loopt een kanaal,dat de gassen voert naar de elec-trische gasreinigingsapp. van het Cottrell type,De temp.van het gas is voor dit apparaat aan grenzen gebonden.

(280-440

oC).

Bij hogere temp. treedt op de electroden een te snelle stofafzet-ting op.Het automatische reinigingssysteem kan dit niet verwerken en er treedt kortsluiting op.De reinigende werking wordt

uitgeoe-o

fend door een regelmatig ·1d.op:gen boven op de staven waar de draad-vormige electroden aan zijn bevestigd.

Bij te lag_e . Uemp. kan

S03

houdend vocht op de isolatoren neer~ slaan,dat tot hetzelfde gevolg leidt.

Het uit de Cottrell tredende gas wordt doorgestuurd ter bereiding van zwavel~uur.Achter de Cottrell bevindt zich een ventilator,die voor de juiàte trek ~orgt.Het neergeslagen stof dat zich onder in Cottrell ~erzamelt,bevat naast Zm veel lood en cadmium.Het wordt doorgestuurd ter verwerking oR: lood en cadmium.

Het zink wordt eveneens teruggewonnen en wordt in de vorm van zinksulfaatkristallen weer aan het te roosten erts meegegeven. VI. Sinterafdeling:

() De hier in gebruik zijnde apparatuur bestaat uit:

Voorraadbukkers voor de bestanddelen van het mengsel voor de sin-tering. Via een doseerinrichting monden deze uit in een gesloten schroef transportband welke de materialen stort in een menger,die bestaat uit ee~cylinderrdie om een stilstaande as/waaraan schoepen zlJn bevestigd,roteert en en welke is voorzien van een sproe~nrich­ ting die in de s~lstaande as is aangebracht en die het nodige wa-ter aan het mengsel toevoegt,waardoor dit ook enigszins kODrelig wordt.

Vanuit de menger komt het materiaal op een Dwight Lloyd sinterma-chine (afmetingen: lengte 16m, breedte 1 m) via een doseer-bunker die over de hele breedte van de band loopt.

Een ventilator die de lucht door de sinterende laag heen moet zuigen. (onderdruk

30-40

cm waterl~olom).

Een Cottrell gaszuiveringsapparaat met voorafgaand een conditio-neertoren voor het gas.Achter de Cottrell een ventilator voor trek.

t- \

Een

El~i~}i!m.Ohet

gesinterde materiaal tot deeltjes van

, I~' een geschikte afmeting te v~rmalen,met daaraan gekoppeld een zeef- /

) inrichting. . . , '

.~:

, ': "',

o

o

Het materiaa~ met een juiste korrelgrootte wordt 'op een gesloten transportband gestort err vervoerd naar de voorraadbunkers van de destillatie oven.

Op het instrumentenbord wordt geregistreerd:

temp., van het g;as voor de condi tioneerto:een en bij de Cottrell ui t-laat,een fmmwmeter(gas achter de ventilator) en een vacuum recorder bij de intree van de conditioneertoren.

Het voornaamste doel van het sinteren is om een geschikt materi-aal te verkrijgen voor de destillatie oven/d.w.z. deeltjes van geschikte grootte met voldoende mechanische sterkte,om niet te ver-~ulveren tijdens het proces in de destillatie oven.

Andere voordelen, die bij het sinteren worden verkregen, zijn de ver-dere eliminatie van lood en cadmium en evt. A~,Sb en Ag.

De bestanddelen voor de sintergand zijn:geroost erts,doorval van de zeef,kwarts zand,gemalen cokes,stof uit het gas van de

sinter-"

machine, stof van de residuverwerkingsafd. en stof uit het gas van de destillatieoven af.gescheiden.

Een voorbeeld van'een samenstelling is alsvolgt: Tabel 11.

1. geroost erts 181 ,6 260,0

.

10 3

2. kwarts zand 8,6 12,4

3.

doorval zeef einde sinterband 470,6 680,0

4. gepoederde cokes 30,8 44,4

5.

stof uit het gas van de sinter 17,2 24,8

6.

stof uit residuverwerking 13,6 19,5

7.

stof uit gas v.d. destill. 11 ,3 16,3

739', 1 k~/min 1057,4.103kg/dag In de menger worden deze bestanddelen zo goed mogelijk gemengà

opdat een zo homogeen mogelijk materiaal ~ordt verkregen.Om dit materiaal korrelig te maken,wordt nog water aan de inhoud toege-voegd.Het watergehalte kan tot 11% van het gewicht van het droge materiaal zijn. Hoeveel water moet worden toegevoegd es afhankelijk van de vochtigheid en de mate waarin het materiaal reeds gekorreld is.Het is een kwestie van praktijkervaring.

Uit de menger komt het materiaàl in een soort vultrechter,die over de hele bràedte van de band loopt en waarin zoveel materiaal aan-wezig moet zijn, dat een gelijkmatige verdeling overdde hele band wordt verkregen.

De sinterband is volgens het principe van Dwight Lloyd. Debreedte van de band is ruim 1 m e~ de lengte

.6

m.

o

De laagdikte oedraagt 25 tot 32 cm,afgankelijk van de physische toestand van het materiaal ( porositeit).'

Vlak'achter de stortinricht±ng bevindt zich de brander,in de vorm . ·van een kap,waarin" CO gas wordt verbrand',waarmee delaag,die zich

met een snelheid' van 1m/min voortbeweegt,wordt aangestoken.

De verbranding wordt onderhouden door de.kool,en·het nog aanwezige sulfide,dat echter wegens zijn g~inge hoeveelheid

«

1%) practisch geen rol speelt.Door de snelle gasafvoer en de hoge

temp.(1300-1600 oC) worden uit het nog aanwezige sulfide zo goed als geen sul-faten gevormd.Het aanwez,ige zand verlaagt het smeltpunt lifan het "mengsel en .~evordert het samenbakken.,

Behalve d~ oxydatieprocessan,die bij hoge temp. en groot luchtover-schot intensi~f verlopen,vinden tegelijkertijd nog reacties plaats als gevmlg van de wisselwerking van het ZnS

faat: ZnS

+.

2 ZnO ~ 3 Zn

+

2 S02 ZnS .

+ .

ZnS0

4 ;> 2 Zn -t 2 S02 ZnS -r t 3 ZnSO 4 !lP 4 ZnO

+

4 SO 2

Hieroij verorandt metallisch Zn tot ZnO.De

met zijn oxyde en sul-VI a

VI b

VI

c

olauwe vlam hiervan is gemakkelijk waar te nemen als men met een ijzeren staaf in de laag stoot.Dit ZnO zet zich in de onderste koelere lagen van de charge af.Zo er in het agglomeraat nog zwavel in de vorm van sulfaat aan-wezig is,dan is dit afkomstig van de aardalkalimetalen CaS0

4,BaS04 Ijzersulfide wordt tnt Fe₂0

3 en Fe304 geo~ydeerd.Meest Fe304,daar deze vorm boven 10000C hoofdzakelijk wordt verkregen. Hierdoor wordt gedeeltelijk verkàaard dat zinkferriet slechts in geringe mate

wordt' gevormd.Bij toenemende ijzerconcentratie neemt de vorming van zinkferriet toe.Deze vorming wordt echter weer belemmerd door de aanwezigheid van CaO en Si0₂,daar zich dan in eerste instantie calciumferriet en ijzersilicaat vormen.

() De vorming van zinksilicaten is steeds mogelijk,maar wordt terug-gedrongen d'oor de aanwezigheid van Fe-,Pb-,Cu-,en andere oxyden. De vorming van ferrieten en silicaten, evenals die van gemakkelijk smeltende oxydemengse~s leidt tot het sinteren van het gerooste concentraat.Het zinkagglomeraat mag niet wezenlijk smelten,daar h~door de destillatie wordt bemoeilijkt.Dank zij de hoge temp. treedt een aanzienlijke vervluchtiging op van As,Pb,Cd en Ag. PO wordt voor ong. 75% verwijder'd,Cd voor 95%.

Ter bespoediging van het VErvluchtigen van Pb en Cd kan men wat NaCl aan de charge toevoegen waardoor de vluchtige verbindingen PbC1

2 en CdC12 ontstaan.Zn vervluchtigt niffi als ZnC12 da~r het door waterdamp wordt ontleed:

ZnC1 2

+

_H20 ., ZnO

+

2 HCl VI d

Ook w@rdt wel in het midden van de sinterbánd een 2de orander ge-plaatst die 6.e chargennogmaals aansteekt.Het Cd wDrdt hierdoor practisch geheel verdreven.

-;' \ .

De snelheid waarmee de gassen uit de sinterlaag treden,varieert van 0,5-1,5 m3jsec.m2 roostopJ2:;' of wel 0,5-1,5 m/sec. eh heeft vaak de waarde van 1m/sec.

Dit betekent een totale hoeveelheid gas van 7-21 m3/sec. bij een . roostopp. van 14 m2.Dat is 25,2.10 3-75,6.10 3 m3/h.

Bij een zo groot mogelijke porositeit kan de laag zo dik mogelijk en de onderdruk zo klein mogelijk zijn,hetgeen electriciteitskos-ten spaart (exhauster)

Het poriënvolume kan 100-300% van het materiaal omvatten.

Een belangrijke voorwaarde voor de agglomererende roostin~ is een zo snel mogelijk verlopen van het proces.Deze snelheid is evenre-dig met het oppergkak van het te roosten materiaal.De roostsnel-heid in verticale richting bedraagt 1,5-2,0 cm/min.Een laag van

15 cm kan dus in 10 min. worden afgeroost.Snelheid van de band is variabel.Doorgaans 1m/min.

De snelheid van de waterverdamping tijdens het sinteren bedraagt gemiddeld 30-34 g~/m2sec en maximaal 85 gr.Dat is 3-8x zoveel als () de dampvorming in stoomketels •

o

. / .

De snelheid van het verliliop der endotherme processen in verticale richting(waterverdamping, verwijderen van CO₂ en S03) moet "grroter zijn dan die voor de wxotherme processen.

; .

Het proces van de agglomererende roosting begint met het aansteken van de bovenste laag der charge.Tengevolge van het doorzuigen van de luchtrschrijdt dit proces Naar benedenWB voort.

Het verbrandingsproces voltrekt zich volgens zones,de dikte waarvan slechts een klein gedeèlte van de totale laagdikte bedraagt.

Tussen de' verticale voortplantingssnelheid van~de ontbranding(V₁) en de -roostsnelheid(V2 ) moet een bepaalde afhankelijkheid bestaan en wel moet V₁ gelijk of iets groter ~jn dan V₂"

Is V 1

<

V

2"

dan zal wel de bovenste laag van de chargeijldie aangesto-ken wordt,sinteren,maar de daaronder gekegen laag wordt niet aan-gestoEen.

IsV₁

»

V₂,dan zal de hele laag practisch tegelijkertijd branden, en daardoor snel opwarmen en sinteren.

Is V₁

=

V

2 of weinig groter dan V2,dan verloopt de roosting nor-maal.Een schematisch beeld vm'het'proces is alsvolgt:

~ ~ ~ ~ ~ ~~ I

!

/1////Z77/

/7Z~/14

1 afgekoeld agglomeraat

; \. '\. \.,," \.." '\." \. \.. '-\. \.. \.. \ 2 heet agglomeraat ( voorwarming lucht)

(/ / / / / /77

//7/ /7

û'

3 !lon e van sin teren en roosten

;\ \ \ \. , \ " \. \.. \. \. \.. \\. \ 'S

4 zone van voorwarmen der charge

I 5 kou~e caarge

.

}

1 / / / / / / / / 7 7 / / / ) 6 rooster

De

hoe~eeltei~ ~eb~u!kte ~okes

bedraagt 3,4% van het mengsel.

0,5-3 mmo

Totale cokesconsumptie van het volledige proces bedraagt 0,75 ton per ton Zn.Hiervan wordt

.'

. '

-25-Aan het einde van de band, valt het gesinterde materiaal,dat soms tot grmte brokken is verenigd maar zeer bros is,op een maalinrich-;; ting,waarna het vvoró.t gezeefd.

I

Het materiaal met korrelgrootte< 0,6 mm wordt teruggevoerd om

op-nieuw aan het sinterpDoces te worden onderworpen.

Aldus wordt van 2,6-2,6 ton doorval geEecmrculeerd voor elke ton verkregen gesinterd product van goede korrelgrootte nl.0,6-1,25 mmo Brokken,groter dan 1,25 mm worden teruggevoerd om opniewW te worden gebroken.

H~

kt\.\vlrU'

VII. Destillatie afdeling.

De hier in gebruik zijnde apparatuur bestaat uit:

13 gasgestookte,horizmntale roterender voorwarmers,inwendig bekleed met vuurvaste steen, afmetingen: lengte 5" m, diam. ',2';) m.

13 electrische zinkovens,afmetingen:hoggte 12 m,inw.dàam. 1,4 m Deze verticale ovens z,ijn opgebouwd uit onafhankelijke secties

van elk 2 m hoog.Tussen deze secties zitten expanàieverbindings-() stukken.De bodemsectie rust op een stalen waterring.

o

Materiaal:stalen mantel, inwendig met chamotte bekleed. Capaciteit per oven:32 ton per dag.

13 condensors,één achter elke zinkoven.

Principe:jet-condensor(zinkdamp in contact met vloeibaar zink) afmetingen:lengte 4,6 m,doorsnee 58 x 85 cm(ovaal)

capaciteit: 13-15 .ton vloeibaar Zn/dA~

materiaal: gietstalen mantel,van binnen bekleed met speciale vuurvaste steen (carborundum),5 cm dik,en 3 lagen mica van elk 2,5 ~.Deze micalagen zijn nodig ter bescijerming van de stalem mantel tegen evt. lekken van Zn-damp door de vuurvaste steen heen.

Achter elke condensor bevindt zich een gaswasser,waar het CO gas direct met water wordt gekoeld,en waarin de~ nog aanwezige zink-damp neerslaat als fiJjn zinkstof("blue powder").

Uit ge gaswasser gaat het gas naar ,de gepakte kolom,gepakt met Raschig ringen of Berl~~adels, waar het gas verder gereinigd wordt

en van de laatste resten Zn wordt bevrijd.

Een vacuumpomp,aan het systeem aaagesloten,zorgt voor een continue afvoer van CO gas en Zn damp uit de oven,door de condensor,gaswas-seF en gepakte kolom ijeen.De pomp onderhoudt ongeveer een vacuum

van 50-60 cm Hg.

Uit de vacuumpomp gaat het gereinigde CO gas naaB een cpmpressor, waar het· tott1 ata wprdt opgeperst,en vandaar wordt gedistribueerd naar de verschillende afdelingen.