DE1041699B

DE1041699B - Process for extracting zinc in an electric arc furnace

Info

Publication number: DE1041699B
Application number: DEN8739A
Authority: DE
Inventors: Robert Kerr Waring; Luther Delos Fetterolf
Original assignee: New Jersey Zinc Co
Current assignee: New Jersey Zinc Co
Priority date: 1953-06-02
Filing date: 1954-04-09
Publication date: 1958-10-23

Description

Verfahren zur Gewinnung von Zink im Lichtbogenofen Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Zink im elektrischen Lichtbogenofen.Process for the production of zinc in the electric arc furnace The invention relates focus on the extraction of zinc in the electric arc furnace.

Generationenlang war das Verschmelzen von zinkhaltigem Material, insbesondere zinkführender Erze, auf solche beschränkt, die verhältnismäßig wenig Eisen enthielten. Im Retortenprozeß, und zwar sowohl im belgischen Zinkofen als auch in den modernen öfen mit vertikaler Retorte, hatte die Anwesenheit verhältnismäßig großer Eisenmengen in der Beschickung, wie sie z. B. im Franklinit vorliegen, eine zu schädliche Wirkung auf die Retortenwände. Deshalb waren viele Erzvorkommen wegen ihres verhältnismäßig hohen Eisengehaltes nicht verwertbar.For generations there has been the amalgamation of zinc-containing material, in particular zinc-bearing ores, limited to those containing relatively little iron. In the retort process, both in the Belgian zinc furnace and in the modern one Vertical retort furnaces, had the presence of relatively large amounts of iron in the feed, as it is e.g. B. in Franklinit, too harmful an effect on the retort walls. Therefore, many ore deposits were proportionate because of their high iron content cannot be used.

Die Zahl der zinkhaltigen Erze, die mit Erfolg verhüttet werden können, wurde neuerdings durch die Entwicklung eines Verfahrens zum Schmelzen von zinkhaltigen Materialien mit mäßig hohem Eisengehalt in einem Elektroofen erweitert. Dieses sogenannte »Sterling-Verfahren«, das in den USA.-Patentschriften 2 598 741 und 2 598 745 beschrieben ist, erlaubt es nicht nur, zinkhaltiges Material von ziemlich hohem Eisengehalt zu verhütten, sondern es nutzt auch den Eisengehalt der Beschickung aus, um die Erzeugung eines kondensierbaren Zinkdampfes zu erleichtern. So wird in dem Sterling-Verfahren die hohe Wärmeaufnahmefähigkeit, die der Einsatz infolge der endotherm verlaufenden Reduktion der Eisenoxyde hat, zur Pufferung und Lenkung der Temperatur des Einsatzes und der anfallenden Schlacke ausgenutzt. Diese Temperaturregelung verringert die Verflüchtigung von Einsatz- und Schlackenbestandteilen, welche die Verdichtung des entwickelten Zinkdampfes in Form von Zinkstaub oder »blauem Pulver« an Stelle einer geschmolzenen Masse begünstigen.The number of zinc-bearing ores that can be successfully smelted has recently been due to the development of a process for melting zinc-containing Materials with moderately high iron content expanded in an electric furnace. This so-called "Sterling Process" described in U.S. Patents 2,598,741 and 2,598,745 is, it not only allows zinc-containing material of fairly high iron content to smelt, but it also takes advantage of the iron content of the feed to make the To facilitate the generation of a condensable zinc vapor. So will in the sterling process the high heat absorption capacity, which the use as a result of the endothermic course Reduction of iron oxides has to buffer and control the temperature of the insert and exploited the resulting slag. This temperature control reduces the Volatilization of feed and slag constituents, which cause the compaction of the developed zinc vapor in the form of zinc dust or "blue powder" instead of a favor molten mass.

Zur Erzielung der obenerwähnten Temperaturlenkung wird beim Sterling-Verfahren die Menge des verwendeten Reduktionsmittels so bemessen, daß in der im wesentlichen zinkfreien Schlacke eine Mindestmenge von etwa 1,5% Oxyden des Eisens (als Fe gerechnet) zurückbleibt. Wenn der Gehalt der Beschickung an Eisenoxyden etwa 2 Gewichtsprozent nicht überschreitet, werden ihr noch Eisenoxyde zugeschlagen, um den erforderlichen Mindestgehalt der Schlacke an Eisenoxyden zu erreichen. Da andererseits während des Schmelzvorganges metallisches Eisen gebildet wird und dieses mindestens 1,5 oder 2 % Kohlenstoff enthalten muß, um bei der herrschenden, etwa 1450° C nicht überschreitenden Ofentemperatur schmelzflüssig zu bleiben, darf der Gehalt der Schlacke an Oxyden des Eisens etwa 6% (als Fe gerechnet) nicht überschreiten, weil sonst der sich ergebende übermäßig starke Oxydcharakter der Schlacke eine Entkohlung des Eisens in solchem Ausmaß bewirkt, daß sein Abstich bei der herrschenden Ofentemperatur nicht möglich ist.To achieve the temperature control mentioned above, the Sterling method the amount of reducing agent used such that in the substantially zinc-free slag a minimum amount of about 1.5% oxides of iron (calculated as Fe) remains behind. If the iron oxide content of the feed is about 2 percent by weight does not exceed it, iron oxides are added to make up the required To achieve the minimum iron oxide content of the slag. On the other hand during the melting process metallic iron is formed and this is at least 1.5 or 2% carbon must not contain at the prevailing, about 1450 ° C The content of the slag is allowed to remain molten above the furnace temperature of iron oxides do not exceed about 6% (calculated as Fe), otherwise the resulting excessively strong oxide character of the slag causes decarburization of the Iron to such an extent causes its tapping at the prevailing furnace temperature not possible.

Es ist nun festgestellt worden, daß es möglich ist, zinkhaltige Materialien mit verhältnismäßig hohem Zink- und niedrigem Eisengehalt so in einem elektrischen Lichtbogenofen zu schmelzen, daß ein kondensierbarer Zinkdampf ohne Regelung des Gehaltes der Schlacke an Oxyden des Eisens erzeugt wird, vorausgesetzt, daß gewisse andere Bedingungen eingehalten werden. So wurde festgestellt, daß die Verschmelzung zinkhaltiger ':Materialien mit mindestens 50% Zink (als Zn) in einem elektrischen Lichtbogenofen unter Zusatz einer solchen Menge an Reduktionsmittel erfolgen kann, daß keine wesentliche Menge der im Einsatz enthaltenen Oxyde des Eisens zu geschmolzenem metallischem Eisen reduziert wird, vorausgesetzt, daß der Gehalt der Schlacke an Eisenoxyden und das Kalk-Kieselsäure-Verhältnis dieser Schlackenbestandteile innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden. Durch Überwachung dieser Bedingungen in der Schlackenzusammensetzung können hochgradige zinkhaltige Materialien in einem elektrischen Lichtbogenofen erschmolzen werden, ohne daß eine merkliche Reduktion von Eisenoxyden zu geschmolzenem metallischem Eisen eintritt.It has now been found that it is possible to use zinc-containing materials with relatively high zinc and low iron content so in an electric one Arc furnace to melt that a condensable zinc vapor without regulation of the Content of the slag of oxides of iron is generated, provided that certain other conditions are met. So it was found that the amalgamation zinc-containing ': materials with at least 50% zinc (than Zn) in an electrical Arc furnace can be carried out with the addition of such an amount of reducing agent, that no substantial amount of the oxides of iron contained in the insert are molten metallic iron is reduced, provided that the content of the slag is at Iron oxides and the lime-silica ratio of these slag components within certain limits are kept. By monitoring these conditions in the Slag composition can contain high-grade zinc-containing materials in an electrical Arc furnaces can be melted without any noticeable reduction in iron oxides occurs to molten metallic iron.

Dementsprechend ist das Verfahren gemäß der Erfindung auf das Schmelzen eines oxydischen, eisenführenden, zinkhaltigen Materials, dessen Zinkgehalt (berechnet als Zn) mindestens 50 Gewichtsprozent beträgt, mit einem festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel gerichtet, wobei der Gehalt des Einsatzes an Oxyden des Eisens (als Fe gerechnet) bis zu 25 Gewichtsprozent der gesamten nicht zinkhaltigen, schlackenbildenden Bestandteile des Einsatzes ausmacht. Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß das zinkhaltige Material mit einer solchen Menge an Reduktionsmittel gemischt wird, die ausreicht, daß mindestens 90% des Zinkoxydes zu metallischem Zink reduziert werden, jedoch nicht ausreicht, um die Eisenoxyde zu abstichfähigem, geschmolzenem, metallischem Eisen zu reduzieren, wobei ferner dem Einsatz so viel Flußmittel aus der Gruppe Kalk und Kieselsäure zugeschlagen wird, daß in den schlackenbildenden Bestandteilen des Einsatzes ein Kalk-Kieselsäure-Verhältnis im Bereich von etwa 0,6: 1 bis 1 : 1 gebildet wird. Dieses Gemisch wird einem elektrischen Lichtbogenofen zugeführt und ohne direkte Berührung mit dem Bogen unter Erzeugung einer geschmolzenen Schlacke, die bis zu 25 Gewichtsprozent Eisenoxydul (als Fe gerechnet) enthält. und Entwicklung eines Zinkdampfes geschmolzen, der hauptsächlich zu geschmolzenem Zink kondensiert werden kann.Accordingly, the method according to the invention is directed to the melting of an oxidic, iron-bearing, zinc-containing material, the zinc content (calculated as Zn) of which is at least 50 percent by weight, with a solid, carbon-containing reducing agent, the content of the use of oxides of iron (as Fe calculated) up to 25 percent by weight of the total non-zinc-containing, slag-forming components of the insert. The method according to the invention consists in that the zinc-containing material is mixed with such an amount of reducing agent that at least 90% of the zinc oxide is reduced to metallic zinc, but not sufficient to reduce the iron oxides to castable, molten, metallic iron to reduce, furthermore so much flux from the group of lime and silica is added to the insert that a lime-silica ratio in the range of about 0.6: 1 to 1: 1 is formed in the slag-forming constituents of the insert. This mixture is fed to an electric arc furnace and without direct contact with the arc, producing a molten slag containing up to 25 percent by weight of iron oxide (calculated as Fe). and developing a molten zinc vapor which can be condensed mainly into molten zinc.

Die zinkhaltigen Materialien, die dem Schmelzverfahren gemäß der Erfindung zugänglich sind, bestehen aus Zinkerzen und Zinkkonzentraten, und zwar sowohl mechanischen als auch py rometallurgischen Konzentraten. So können geröstete Flotationskonzentrate, gesintertes Wälzoxyd (ein pyrometallurgisches Konzentrat), Zinkoxydabfall, zinkhaltige Flugaschen u. dgl. nach dem Verfahren gemäß der Erfindung verarbeitet werden. Ungeachtet seiner Herkunft soll das gemäß der Erfindung verschmolzene zinkhaltige Material mindestens 50% Zink (als Zn gerechnet) und vorzugsv#eise mindestens 650% Zink enthalten. Es können beispielsweise Austinville-Zinkerze (70% Zn und 1,5 bis 2,5% Fe) und calcinierte zinkhaltige Flugaschen (68% Zn und 0,8% Fe) wirksam nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden. Gesintertes Wälzoxyd, das etwa 70 % Zn enthält, kommt in seinem Gehalt an Zink, Eisen und Gangart dem Austinville-Erz sehr nahe und ist der gleichen Schmelzbehandlung zugänglich. Zinkhaltiges Material mit einem Zinkgehalt von unterhalb etwa 50% kann durch Zuschlag eines Materials von hohem Zinkgehalt, ,,vie zinkhaltige Flugasche, angereichert werden, und auf diese Weise kann das Verfahren gemäß der Erfindung auf eine große Zahl zinkhaltiger Materialien mit verhältnismäßig niedrigem Gehalt an Eisenoxyden angev-endet werden.The zinc-containing materials used in the melting process according to the invention are made up of zinc ores and zinc concentrates, both mechanical as well as pyrometallurgical concentrates. Roasted flotation concentrates, sintered Waelz oxide (a pyrometallurgical concentrate), zinc oxide waste, zinc-containing Fly ash and the like are processed by the method according to the invention. Regardless The zinc-containing material fused according to the invention is said to be of its origin Contains at least 50% zinc (calculated as Zn) and preferably at least 650% zinc. For example, Austinville zinc ores (70% Zn and 1.5 to 2.5% Fe) and calcined zinc-containing fly ashes (68% Zn and 0.8% Fe) effective according to the method according to the invention are processed. Sintered Waelz oxide, which contains about 70% Zn, comes in his Zinc, iron and gangue content very close to and the same as Austinville ore Melt treatment accessible. Zinc-containing material with a zinc content below about 50% can be achieved by adding a material with a high zinc content, ,, vie zinc-containing Fly ash, and in this way the method according to the Invention on a large number of zinc-containing materials with relatively low Content of iron oxides can be used.

Der Gehalt der zuvorerwähnten Stoffe von hohem Zinkgehalt an Eisenoxyden ist im allgemeinen verhältnismäßig niedrig, da die Oxyde des Eisens nur einen aus einer Anzahl anderer nichtzinkhaltiger Bestandteile darstellen, welche den kleinen Rest des zinkhaltigen Ausgangsmaterials ausmachen. Der Gehalt solcher zinkhaltiger Materialien, die gemäß der Erfindung verhüttet werden können, an Oxyden des Eisens kann beträchtlich schwanken, und das Verhältnis zwischen der Menge an Eisenoxyden und Zink im Einsatz ist verhältnismäßig unwesentlich. Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung steht jedoch der Gehalt der Beschickung an Eisenoxyden in einer wichtigen Beziehung zu den nichtzinkhaltigen Bestandteilen der Beschickung. So wurde festgestellt, daß der Gehalt des Einsatzes an Oxyden des Eisens (im zinkhaltigen Material und in den aschebildenden Bestandteilen des festen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels enthalten) bis zu 25 Gewichtsprozent (als Fe gerechnet) der gesamten nichtzinkhaltigen Beschickungsbestandteile betragen kann. Wenn der Eisengehalt der Schlacke etwa 25 Gewichtsprozent der Schlacke übersteigt, werden merkliche Mengen von metallischem Eisen gebildet, die sich dann - anders als beim Verfahren gemäß der Erfindung - im Ofen ansammeln. In dem Bereich von 5 bis 25% Eisenoxyden (als Fe gerechnet) in der Schlacke bewirken die Eisenoxyde in der anfallenden Schlacke einen Fließfähigkeitsgrad, der ausreicht, um eine angemessene Wärmezirkulation innerhalb der Schlacke zu ergeben, wodurch eine nachteilige örtliche Überhitzung in der Nähe der Lichtbögen verhindert wird. Durch Verhinderung örtlicher Überhitzungen der Schlacke wird die Verflüchtigung von Kalk, Siliciumdioxyd und Magnesiumoxyd entweder durch Reduktion oder durch direkte Verflüchtigung oder durch beide Vorgänge gehemmt, und die entwickelten Zinkdämpfe sind im wesentlichen frei von solchen verflüchtigten Verbindungen, die sonst zur Bildung von Zinkstaub oder blauem Pulver in der Stufe der Zinkverdichtung führen würden. Wenn der Gehalt der Schlacke an Eisenoxyden weniger als 5% (als Fe gerechnet) beträgt, wird eine angemessene Schlackenflüssigkeit durch Einhaltung eines Kalk-Kieselsäure-Verhältnisses erreicht, das im wesentlichen dem Höchstwert innerhalb des obengenannten Bereiches von 0,6: 1 bis 1 : 1 entspricht.The iron oxide content of the aforesaid high zinc materials is generally relatively low since the iron oxides are only one of a number of other non-zinc constituents which make up the small remainder of the zinc-containing starting material. The content of oxides of iron in such zinc-containing materials which can be smelted according to the invention can vary considerably, and the ratio between the amount of iron oxides and zinc in use is relatively insignificant. In practicing the present invention, however, the iron oxide content of the feed has an important relationship to the non-zinc constituents of the feed. It has been found that the content of oxides of iron (contained in the zinc-containing material and in the ash-forming components of the solid carbonaceous reducing agent) can be up to 25 percent by weight (calculated as Fe) of the total non-zinc-containing feed components. If the iron content of the slag exceeds about 25 percent by weight of the slag, significant amounts of metallic iron are formed, which then - unlike in the method according to the invention - accumulate in the furnace. In the range of 5 to 25% iron oxides (calculated as Fe) in the slag, the iron oxides in the resulting slag cause a degree of fluidity that is sufficient to result in adequate heat circulation within the slag, thereby causing detrimental local overheating in the vicinity of the arcs is prevented. By preventing local overheating of the slag, the volatilization of lime, silicon dioxide and magnesium oxide, either by reduction or by direct volatilization or by both processes, is inhibited, and the zinc vapors produced are essentially free of those volatilized compounds which would otherwise lead to the formation of zinc dust or blue powder in the stage of zinc compaction. If the iron oxide content of the slag is less than 5% (calculated as Fe), adequate slag fluidity is achieved by maintaining a lime-silica ratio which is essentially the maximum value within the above-mentioned range of 0.6: 1 to 1: 1 corresponds.

Der obengenannte Gehalt der Schlacke an Oxyden des Eisens wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß dem Einsatz eine solche Menge festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels zugeschlagen wird, die ausreicht, um eine Reduktion von mindestens 90 %, vorzugsweise mindestens 95 %, des Zinkoxy danteils des zinkhaltigen Materials zu metallischem Zink zu bewirken, jedoch nicht ausreicht, um das Eisenoxyd zu abstichfähigem geschmolzenem metallischem Eisen zu reduzieren. Die gelegentliche Bildung von etwas metallischem Eisen in Form von in der Schlacke suspendiertem Eisenschwamm ist zulässig, jedoch nicht von wesentlicher Bedeutung für das Verfahren gemäß der Erfindung. Es ist jedoch wünschenswert, die Bildung einer nennenswerten Menge geschmolzenen Eisens in abstichfähiger Form zu verhindern, und diese Bildung soll nun durch Regelung der verwendeten Reduktionsmittelmenge vermieden werden.The above-mentioned content of oxides of iron in the slag is according to the invention achieved in that the use such an amount of solid, carbonaceous Reducing agent is added, which is sufficient to achieve a reduction of at least 90%, preferably at least 95%, of the zinc oxide proportion of the zinc-containing material to cause metallic zinc, but not sufficient to make the iron oxide removable to reduce molten metallic iron. The occasional formation of something metallic iron in the form of sponge iron suspended in the slag is permitted, but not of essential importance for the method according to the invention. It however, it is desirable to have a significant amount of molten iron formed to prevent it in a removable form, and this formation is now supposed to be through regulation the amount of reducing agent used can be avoided.

Das feste, kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel kann jede beliebige, für metallurgische Zwecke geeignete Form besitzen. Es können beispielsweise mit besonderem Vorteil Kohle und Koks verwendet werden, und zwar vorzugsweise in Form von Teilchen von einer Größe von etwa 12 mm Durchmesser bis zur Feinheit von Kohlenstaub. Die jeweils verwendete Kohlen- oder Kokssorte muß natürlich bei Feststellung des Gehaltes der Gesamtbeschickung an Eisenoxyden berücksichtigt werden. Der Gehalt der Kohle oder des Kokses an Eisenoxyden beträgt häufig 5 bis 10% des insgesamt im Einsatz enthaltenen Eisenoxyde und darf bei Berechnung der Einsatzzusammensetzung für die Durchführung der Erfindung nicht vernachlässigt werden.The solid, carbonaceous reducing agent can be any have a shape suitable for metallurgical purposes. It can, for example, with It is particularly advantageous to use coal and coke, preferably in the form from particles about 12 mm in diameter to the fineness of coal dust. The type of coal or coke used in each case must of course be determined when determining the The iron oxide content of the total charge must be taken into account. The salary the coal or coke in iron oxides is often 5 to 10% of the total iron oxides contained in the insert and may be used when calculating the composition of the insert not be neglected for the implementation of the invention.

Die Einsatzzusammensetzung muß auch so gelenkt werden, daß in der Schlacke ein Kalk-Kieselsäure-Verhältnis vorliegt, das innerhalb bestimmter Grenzen im allgemeinen im umgekehrten Verhältnis zum Gehalt der Schlacke an Eisenoxyden steht. Das maximale Kalk-Kieselsäure-Verhältnis, das zufriedenstellende Ergebnisse liefert, scheint im wesentlichen 1 : 1 zu betragen, während das niedrigste Verhältnis bei etwa 0,6: 1 zu liegen scheint. Ein hohes Kalk-Kieselsäure-Verhältnis innerhalb dieses Bereiches sichert nicht nur eine angemessene Schlackenflüssigkeit, sondern verhindert auch die Bildung von Zinksilicat bei niedrigem Gehalt an Eisenoxyden, und in dem Maße, wie die Bildung von Zinksilicat verhindert wird, erhöht sich die Ausbeute von Zink aus dem Einsatz. Wenn sich jedoch der Gehalt der Schlacke an Eisenoxyden der oberen Grenze von 25% (als Fe gerechnet) nähert, ist ein niedriges Kall;-Kieselsäure-Verhältnis innerhalb des vorerwähnten Bereiches vorteilhaft, damit die Reduktion der Eisenoxyde in solchen Schlacken von verhältnismäßig hohem Gehalt an Eisenoxyden minimal bleibt. Die Beziehung zwischen dem optimalen Kalk-Kieselsäure-Verhältnis und dem Gehalt der Schlacke an Eisenoxyden kann daher so ausgedrückt werden, daß bei Annäherung des Gehaltes an Eisenoxyden an seine zulässige obere Grenze das Kalk-Kieselsäure-Verhältnis sich im allgemeinen seiner unteren Grenze von 0,6: 1 nähern soll; wenn dagegen der Gehalt der Schlacke an Eisenoxyden unter etwa 5% fällt, soll sich das Kalk-Kieselsäure-Verhältnis seiner oberen Grenze von 1 : 1 nähern. Liegt der Gehalt der Schlacke an Eisenoxvden zwischen etwa 5 und 20 Gewichtsprozent, so darf das Kalk-Kieselsäure-Verhältnis weitgehend zwischen der oberen und unteren Grenze des Verhältnisses schwanken. Wenn diese allgemeinen Bedingungen vorliegen, läßt sich eine Höchstausbeute an metallischem Zink bei minimaler Bildung von geschmolzenem metallischem Eisen erreichen. Da der Gehalt des Einsatzes an Eisenoxvden im allgemeinen durch das zinkhaltige Ausgangsgut bestimmt wird, können die vorgeschriebenen Bedingungen, wenn sie nicht schon zwangläufig auf Grund der Zusammensetzung des zinkhaltigen Materials und des Reduktionsmittels vorliegen, geschaffen werden, indem je nach Sachlage Kalk oder Kieselsäure in ausreichender Menge zugesetzt werden, um das erforderliche Kalk-Kieselsäure-Verhältnis zu erreichen.The feed composition must also be controlled so that there is a lime-silica ratio in the slag which, within certain limits, is generally inversely related to the iron oxide content of the slag. The maximum lime to silica ratio which gives satisfactory results appears to be essentially 1: 1, while the lowest ratio appears to be around 0.6: 1. A high lime-silica ratio within this range not only ensures adequate slag liquidity, but also prevents the formation of zinc silicate with low levels of iron oxides, and as the formation of zinc silicate is prevented, the yield of zinc increases the use. However, if the iron oxide content of the slag approaches the upper limit of 25% (calculated as Fe), a low silica-silica ratio within the above-mentioned range is advantageous in order to reduce the iron oxides in such slags of relatively high content Iron oxides remain minimal. The relationship between the optimal lime-silica ratio and the iron oxide content of the slag can therefore be expressed in such a way that when the iron oxide content approaches its permissible upper limit, the lime-silica ratio generally approaches its lower limit of 0, 6: 1 should approach; if, on the other hand, the iron oxide content of the slag falls below about 5%, the lime-silica ratio should approach its upper limit of 1: 1. If the iron oxide content of the slag is between about 5 and 20 percent by weight, the lime-silica ratio may vary widely between the upper and lower limit of the ratio. When these general conditions are met, maximum metallic zinc recovery can be achieved with minimal formation of molten metallic iron. Since the content of iron oxides used is generally determined by the zinc-containing starting material, the prescribed conditions, if they are not already inevitable due to the composition of the zinc-containing material and the reducing agent, can be created by adding lime or silica in sufficient quantities, depending on the situation Amount to be added in order to achieve the required lime-silica ratio.

Das Schmelzen des so zusammengesetzten Einsatzes kann ohne weiteres in einem üblichen elektrischen Lichtbogenofen erfolgen. Jedoch ist das Beschickungsverfahren und die Lage der Elektroden so zu regeln, daß praktisch eine direkte Berührung zwischen den Bögen und dem ungeschmolzenen Einsatz vermieden wird. Es kann z. B. das Einsatzgut in den mittleren Teil des Ofens eingebracht werden, so daß es auf der Oberfläche der im Verfahren gebildeten Schlackenmasse schwimmt. Bei dieser Beschickungsart sollen jedoch die Elektrodenenden teilweise in die Schlackenmasse eingetaucht sein, so daß um die Elektroden herum der Lichtbogen unter dem Spiegel liegt. Dies bedeutet, daß die Elektroden bei dieser Betriebsweise genügend tief in die Schlackenmasse eintauchen sollen, so daß eine Vielzahl von verhältnismäßig kleinen Lichtbögen zwischen dem eingetauchten Teil jeder Elektrode und der Schlackenmasse gebildet wird, zum Unterschied von einem offenen Lichtbogen, der zwischen der Oberfläche der Schlackenmasse und dem Ende einer Elektrode verläuft, die über der Schlackenmasse angeordnet ist, und auch zum Unterschied von einer Schlackenwiderstandsheizung, bei der die Elektrode so tief in die Schlackenmasse eingetaucht ist, daß eine lichtbogenlose Berührung zwischen der Schlacke und Elektrode vorliegt. Andererseits kann der Ofen vorwiegend durch am Umfang angeordnete Öffnungen in der Ofendecke beschickt werden, so daß das Einsatzgut eine nach unten und innen gleitende Aufschüttung bildet, die sich in Richtung der Elektroden erstreckt, diese jedoch nicht berührt. Bei dieser letztgenannten Beschickungsart können die Elektroden genügend hoch über die Schlackenoberfläche gehoben werden, daß freiliegende Lichtbögen entstehen, welche das Einsatzgut vorwiegend durch Strahlung erhitzen. Bei beiden Betriebsarten, das heißt bei Verwendung von Lichtbogenwiderstandsöfen oder von Lichtbogenöfen mit Strahlungsbeheizung, genügt die Flüssigkeit der Schlacke bei der obenerwähnten Zusammensetzung des Einsatzes, um die Wärme vom Lichtbogen durch die ganze Schlackenmasse schnell zu verteilen und so örtliche Überhitzungen der Schlacke zu unterdrücken. Der bei Durchführung der Erfindung erzielte Flüssigkeitsgrad der Schlacke erhöht auch die Wärmeübertragung von den untergetauchten oder offenen Lichtbögen zum Einsatzgut durch Berührung zwischen dem Einsatzgut und der durch den Lichtbogen erhitzten Schlacke.The melting of the insert assembled in this way can easily take place in a conventional electric arc furnace. However, the charging method is and to regulate the position of the electrodes so that there is practically direct contact between the arches and the unmelted insert is avoided. It can e.g. B. the charge be placed in the middle part of the furnace so that it is on the surface the slag mass formed in the process floats. With this type of loading however, the electrode ends should be partially immersed in the slag mass, so that around the electrodes the arc lies under the mirror. This means, that the electrodes in this mode of operation are deep enough into the slag mass should be immersed so that a large number of relatively small arcs between the immersed part of each electrode and the slag mass is formed, for Difference from an open arc that occurs between the surface of the slag mass and the end of an electrode extends which is arranged above the slag mass, and also in contrast to slag resistance heating, in which the electrode is so deeply immersed in the slag mass that an arc-free contact exists between the slag and the electrode. On the other hand, the furnace can predominantly are charged through openings arranged on the circumference in the furnace roof, so that the charge forms a downwardly and inwardly sliding embankment, which is extends in the direction of the electrodes, but does not touch them. In the case of the latter The electrodes can be fed sufficiently high above the slag surface be lifted so that exposed arcs arise, which predominantly affect the load heat by radiation. In both operating modes, i.e. when using Arc resistance furnaces or arc furnaces with radiant heating are sufficient the liquid of the slag with the above-mentioned composition of the insert, to quickly distribute the heat from the arc through the whole slag mass and so suppress local overheating of the slag. The one in implementation The slag fluidity achieved by the invention also increases heat transfer from the submerged or open arcs to the load through contact between the charge and the slag heated by the arc.

Es ist zu beachten, daß bei beiden Schmelzverfahren, wie sie oben beschrieben wurden, die Schmelzwärme dem Einsatzgut im wesentlichen ohne Berührung zwischen dem ungeschmolzenen Einsatzgut und den Lichtbögen zugeführt wird, wobei die Wärmeübertragung vorwiegend durch Konvektion durch die Schlacke hindurch oder vorwiegend durch Strahlung oder durch Kombination beider Methoden erfolgt. Die Leistungsaufnahme des Ofens wird in beiden Fällen so geregelt, daß eine Ofentemperatur über 1450° C, gemessen an der Schlackentemperatur beim Abstich aus dem Ofen, verhindert wird. Bei Einhaltung dieser Schmelzbedingungen in Verbindung mit der beschriebenen Beziehung bezüglich der Schlackenzusammensetzung kann der aus dem Einsatzgut entwickelte Zinkdampf überwiegend zu geschmolzenem Zinkmetall verdichtet werden.It should be noted that both of the fusing methods as above have been described, the heat of fusion of the feed material essentially without contact is fed between the unmelted charge and the arcs, wherein the heat transfer mainly by convection through the slag or mainly by radiation or a combination of both methods. The power consumption the oven is controlled in both cases so that an oven temperature above 1450 ° C, measured by the slag temperature when tapping out of the furnace, is prevented. If these melting conditions are observed in conjunction with the relationship described with regard to the slag composition, the zinc vapor developed from the feedstock predominantly compacted into molten zinc metal.

Die Verdichtung der gemäß der Erfindung erzeugten Zinkdämpfe kann ohne weiteres unter hoher Ausbeute erfolgen. Obwohl der Zinkdampf wirksam in feststehenden Vorlagen mit Leitwänden nach der USA.-Patentschrift 1873 861 verdichtet werden kann, erfolgt die Verdichtung vorteilhaft in einem Kondensator, in welchem der Zinkdampf in innige Berührung mit einer verhältnismäßig großen, frisch gebildeten Oberfläche von geschmolzenem Zink gebracht wird. Hierbei werden die Zinkdämpfe durch einen Sprühregen von geschmolzenem Zink geführt, das durch eine umschlossene Verdichtungszone geschleudert wird, wie es in den USA.-Patentschriften 2 457 544 bis 2 457 551 und 2 494 551 beschrieben ist.The compression of the zinc vapors produced according to the invention can easily take place with high yield. Although the zinc vapor can be effectively compressed in fixed templates with baffles after USA. Patent 1873 861, the compaction takes place advantageously in a condenser, in which the zinc vapor into intimate contact with a relatively large, freshly formed surface of molten zinc is placed. In this process, the zinc fumes are passed through a spray of molten zinc that is thrown through an enclosed compression zone, as described in U.S. Patents 2,457,544 to 2,457,551 and 2,494,551.

Das einzige Erfordernis für den Zustand des bei der Durchführung der Erfindung verwendeten Einsatzgutes ist, daß es lose und trocken ist. Unter dem Ausdruck »lose« ist zu verstehen, daß das Einsatzgut nicht in massiver Form, z. B. als einziger großer gesinterter Block, eingebracht werden darf. Das Einsatzgut soll so lose sein, daß es frei auf die geschmolzene Schlacke fällt und sich auf deren Oberfläche entsprechend dem Böschungswinkel der Einsatzteilchen ausbreitet. Die Vorschrift, daß das Einsatzgut »trocken« sein soll, bedeutet, daß es nicht in geschmolzenem Zustand eingebracht werden soll. Es ist ein charakteristisches Merkmal des Schmelzverfahrens gemäß der Erfindung, daß das Einsatzgut ohne Berührung mit den Ofenlichtbögen geschmolzen wird, und diese Bedingung ist nur erfüllt, wenn das Einsatzgut in der vorerwähnten losen und trockenen Form in den Ofen eingebracht wird.The only requirement for the state of the when carrying out the The input material used in the invention is that it is loose and dry. Under the expression "Loose" is to be understood as meaning that the input material is not in solid form, e.g. B. as the only one large sintered block, may be introduced. The load should be so loose, that it falls freely on the molten slag and settles on its surface accordingly the angle of repose of the insert particles. The rule that the charge To be "dry" means that it is not introduced in a molten state shall be. It is a characteristic feature of the melting process according to the Invention that the charge melted without touching the furnace arcs is, and this condition is only met if the charge is in the aforementioned loose and dry form is placed in the oven.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist mit Erfolg im Großbetrieb zur Erzeugung von abstichfähigem Zinkmetall angewendet worden. Es wurden z. B. im Verlauf eines 45tägigen Betriebes etwa 153 000 kg einer zinkhaltigen Flugasche mit 68,4% Zn und 0,80% Fe in Form der Oxyde dieser Metalle in einem 500-kW-Drehstrom-Lichtbogen-Ofen erschmolzen. Die feinzerteilte zinkhaltige Flugasche wurde pelletisiert, calciniert und mit einer Anthrazitkohle ton einer unefähren Teilchengröße von 0,6 bis 1,2 cm zur Bildung' einer Einsatzmischung mit ausreichend Kohlenstoff gemischt, daß mindestens 95 % des im Einsatz vorhandenen Zinkoxydes zu metallischem Zink; reduziert werden. Die Einsatzmischung wurde durch Beschickungslöcher rund um die Ofendecke eingebracht, so daß an den Innenwänden des Ofens eine Schüttung des Einsatzgutes gebildet wurde. Die Graphitelektroden des Ofens wurden in der mittleren Zone des Ofens angeordnet, so daß die Lichtbögen keine direkte Berührung mit dem unreduzierten Einsatzgut hatten. Die Durchschnittstemperatur der Schlacke während des 45tägigen Betriebes betrug etwa 1200' C. Die in dieser Zeit aus dem Ofen abgestochene Schlacke enthielt im Durchschnitt 5,8% Zn, 16,1% Fe0 (als Fe gerechnet) und hatte ein durchschnittliches Kalk-Kieselsäure-Verhältnis von 0,61:1. Es ,wurde keine nennenswerte Menge metallischen Eisens gebildet. Die Ausbeute von 101092 kg Zinkbrammen, die durch Verdichtung des im Ofen erzeugten Zinkdampfes erzielt wurde, entspricht der Gewinnung von 9511/a des Zinkbestandteils des Einsatzgutes.The method according to the invention has been used with success on a large scale for the production of zinc metal which can be tapped. There were z. B. in the course of a 45-day operation about 153,000 kg of a zinc-containing fly ash with 68.4% Zn and 0.80% Fe melted in the form of the oxides of these metals in a 500 kW three-phase electric arc furnace. The finely divided zinc-containing fly ash was pelletized, calcined and mixed with an anthracite coal clay with an approximate particle size of 0.6 to 1.2 cm to form a feed mixture with sufficient carbon that at least 95% of the zinc oxide present in the feed was converted into metallic zinc; be reduced. The feed mixture was introduced through feed holes around the furnace roof so that a bed of the feed material was formed on the inner walls of the furnace. The graphite electrodes of the furnace were placed in the central zone of the furnace so that the arcs did not come into direct contact with the unreduced charge. The average temperature of the slag during 45 days of operation was about 1200 ° C. The slag tapped from the furnace during this time contained an average of 5.8% Zn, 16.1% FeO (calculated as Fe) and had an average lime-silica Ratio of 0.61: 1. No significant amount of metallic iron was formed. The yield of 101092 kg of zinc slabs, which was achieved by compressing the zinc vapor generated in the furnace, corresponds to the extraction of 9511 / a of the zinc component of the input material.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht das Erschmelzen von zinkführenden Materialien von verhältnismäßig hohem Zinkgehalt, ohne daß die Gegenwart von genügend Eisenoxyden im Einsatzgut not-,,vendig ist, um auf Grund der endotherm verlaufenden Reduktion Temperaturpufferbedingungen aufrechtzuerhalten. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die bei Durchführung der vorliegenden Erfindung anfallende Schlacke etwa 5 bis 10% Zink, zuweilen etwas mehr, enthält. Die anfallende Schlackenmenge ist jedoch im Vergleich zum Zinkgehalt des Einsatzgutes so klein, daß der Zinkgehalt dieser Schlacke nur einen sehr kleinen Prozentsatz des Zinkgehaltes des Einsatzgutes darstellt. Beim Erschmelzen einer gesinterten Wälzoxyd-Beschickung mit etwa 70% Zink (als Zn gerechnet) entspricht die Gegenwart von 3 Gewichtsprozent Zink in der Schlacke einer 99,60%igen Gewinnung des Zinkgehaktes des Einsatzes in Form von Zinkdampf, und die Gegenwart von 10% Zink in der Schlacke zeigt eine 98,2%ige Gewinnung von Zink an. Dementsprechend ist der Zinkgehalt der bei Durchführung der Erfindung anfallenden Schlacken, obwohl er ziemlich hoch erscheinen mag, trotzdem gegenüber der Gesamtzinkausbeute so unbedeutend, daß keine Maßnahmen erforderlich sind, um den Zinkgehalt der Schlacke weiter zu senken. Da die Rückgewinnung des Zinks aus der Schlacke vernachlässigt werden kann, ist die Qualität der Zinkdämpfe besser, wodurch es möglich wird, diesen Zinkdampf zu geschmolzenem Metall zu verdichten, ohne daß unzulässige Mengen von Zinkstaub oder »blauem Pulver« entstehen.The method according to the invention enables the melting of zinc bearing Materials of relatively high zinc content without the presence of sufficient Iron oxides in the starting material necessary - ,, vendig is due to the endothermic course Reduction to maintain temperature buffer conditions. Experience has shown that the resulting slag in the practice of the present invention is about 5 to Contains 10% zinc, sometimes a little more. However, the amount of slag produced is so small compared to the zinc content of the feed that the zinc content of this Slag represents only a very small percentage of the zinc content of the feedstock. When melting a sintered Waelz oxide charge with about 70% zinc (as Zn calculated) the presence of 3 percent by weight zinc in the slag corresponds to one 99.60% recovery of the zinc hook of the insert in the form of zinc vapor, and the The presence of 10% zinc in the slag indicates a 98.2% recovery of zinc. Accordingly, the zinc content is that obtained in the practice of the invention Slag, although it may appear quite high, nonetheless compared to the total zinc yield so insignificant that no action is required to reduce the zinc content of the slag to lower further. Since the recovery of the zinc from the slag is neglected the quality of the zinc vapors is better, which makes it possible to control them Compress zinc vapor into molten metal without adding inadmissible amounts of Zinc dust or "blue powder" is produced.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of zinc by melting an insert made of an oxvdic iron-bearing zinc-containing material and solid, carbon-containing reducing agent in an electric arc without direct contact with the same, the zinc content (calculated as Zn) of the zinc-containing material being at least 50 percent by weight and the content of iron oxides used (calculated as Fe) is up to 25 percent by weight of the total non-zinc-containing, slag-forming constituents, characterized in that the zinc-containing material is mixed with such an amount of reducing agent that is sufficient to reduce at least 90% of the zinc oxide constituent to bring about the zinc-containing material to metallic zinc, but not sufficient to reduce the iron oxides to castable molten metallic iron, that such an amount of lime or silica is added as a flux that in the slag formation end constituents of the insert a lime-silica ratio of about 0.6: 1 to 1: 1 is present, and that this insert is melted with the formation of a molten slag with up to 25 percent by weight of iron oxides (calculated as Fe) and the formation of zinc vapor which can be compacted mainly into molten zinc.

2. The method according to claim 1, characterized in that the starting material is used uses a zinc-containing material that contains at least 65 percent by weight zinc, and the content of iron oxides used (calculated as Fe) 5 to 20 percent by weight of the total non-zinc-containing slag-forming components, and one molten slag with 5 to 20 percent by weight iron oxides (calculated as Fe) is formed. Reference US Pat. NTr. 2 598 744