Titel: Lencauchez, über die Condensation der Zinkdämpfe in Gebläseöfen.
Autor: Lencauchez, A.
Fundstelle: 1878, Band 228 (S. 267–271)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj228/ar228088

Ueber die Condensation der Zinkdämpfe in Gebläseöfen; von A. Lencauchez.

Der Verfasser war Mitarbeiter von Adrian Müller, über dessen im J. 1861 ausgeführten Versuche, Zink im Schachtofen darzustellen, bereits (1864 171 203) berichtet wurde. Es dürfte von Interesse sein, jetzt, nachdem die Frage der ununterbrochenen Zinkgewinnung in Gebläseschachtöfen wieder aufgetaucht ist (F. L. Clerk * 1877 224 179. W. Köhler 1878 227 384), die Ergebnisse der damals von den Erfindern angestellten Versuche und ihre Schluſsfolgerungen mitzutheilen.

Gleich nach Errichtung des Zinkofens zu Gladbach stellte sich heraus, daſs kein metallisches Zink in die Condensatoren überging, also das zu Grunde liegende Princip, wenn überhaupt richtig, nicht ausreichend war. Dieses unerwartete Resultat, bewog Lencauchez (Moniteur industriel beige, 1877 S. 459) folgende Untersuchungen anzustellen.

1) Spannkraft der Zinkdämpfe. Directe Versuche ergaben, daſs selbst bei den höchsten Temperaturen die Spannkraft des dampfförmigen Zinkes nur wenig den Druck der Atmosphäre übertrifft. Könnte man also einen Zinkschachtofen in einem verschlossenen Räume mit Luft von 3 bis 4at Druck aufstellen, so würde höchst wahrscheinlich das Zink als Metall sich im Gestelle ansammeln, gerade wie Eisen, Blei, Kupfer u. dgl. Es braucht wohl kaum erwähnt zu werden, daſs dieses Verfahren praktisch nicht ausführbar sein würde.

2) Oxydation des Zinkdampfes durch Kohlensäure, Zinkdampf wird durch Kohlensäure in Zinkoxyd und Kohlenoxyd zerlegt, und zwar um so energischer, je höher die Temperatur ist. Schon bei 400° wird das metallische Zink von Kohlensäure oxydirt.

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3) Umgekehrt wird Zinkoxyd durch Kohlenoxyd unter Bildung von Kohlensäure in metallisches Zink verwandelt; sobald aber die Temperatur sinkt, bildet sich wieder Zinkoxyd und Kohlenoxyd; es hat also blos eine Sublimation des Zinkoxydes stattgefunden.

4) Zinkstaub oder Zinkgrau. Dieses Product findet sich in den Condensationsapparaten aller Fabrikationsmethoden und besteht auſser metallischem Zink mit 4 bis 8 Proc. Zinkoxyd aus Eisenoxyd, Bleioxyd, Asche, Kohle und den übrigen im Erze enthaltenen Oxyden. Ganz reinen Zinkstaub (95 Zn und 5 ZnO) erhält man, wenn man metallisches Zink in einer Porzellanröhre bei Weiſsglut überdestillirt und zugleich neutrale oder reducirende Gase, denen 5 bis 6 Proc. Kohlensäure beigemengt ist, hindurchstreichen läſst. Dieser Zinkstaub verbrennt an der Luft, wenn man ihn anzündet, zersezt in der Kälte schon das Wasser und gibt bei der Destillation in geschlossenen Gefäſsen seinen ganzen Gehalt an metallischem Zink ab. Beim Erhitzen sublimirter; vorausgesetzt, daſs er nicht zusammengepresst wird. Geschieht aber letzteres, so flieſst metallisches Zink aus, so daſs also das Zinkoxyd, welches die metallischen Zinkkörnchen umhüllt, gewissermaſsen die Rolle eines Schwammes dabei spielt.

5) Reduction des Zinkoxydes durch Hohofengase. Da in früheren Jahren die Ansicht verbreitet war, daſs Zinkoxyd durch Gase nicht reducirbar sei, oder doch nur durch Wasserstoff und nur schwierig durch Kohlenoxyd, so versuchte Lencauchez, es durch Hohofengase zu reduciren, und bei Weiſsglühhitze gelang dies auch, allen früheren Annahmen entgegen. Sobald indessen das bei dieser Temperatur flüchtige Zink, von den Gasen mit fortgerissen, in eine niedrige Temperatur (unter Hellkirschenrothglut oder 1200°) anlangte, wurde es von der Kohlensäure wiederum oxydirt, da bei dieser Temperatur das Kohlenoxyd keine reducirende Wirkung mehr ausübt. Das Resultat war also für die Praxis abermals ein negatives. – Die Hohofengase, die zur Reduction benutzt wurden, enthielten 25 Proc. Kohlenoxyd und 12 Proc. Kohlensäure; nach der Reduction enthielten die Gase fast gleich viel Kohlenoxyd wie Kohlensäure. Das Kohlenoxyd hat also reducirend gewirkt.

6) Wird fein gepulvertes Schwefelzink mit anderen Schwefelmetallen vermengt (z.B. Schwefelblei) in einem Tiegel unter Zusatz von Kohlenpulver und Thon mit Kalk zur Schlackenbildung, das Ganze innig vermischt, der Weiſsglühhitze ausgesetzt, so geht eine lebhafte Entwicklung von Zinkdampf und Schwefelkohlenstoff vor sich und im Tiegel bleibt unter der Schlacke geschmolzenes Schwefelblei zurück. Geschieht dies in einem offenen Tiegel, so verbrennen die entwickelten Dämpfe zu Kohlensäure, schwefliger Säure und Zinkoxyd; war hingegen der Tiegel mit einer Vorlage versehen, deren Temperatur unter 500° blieb, so bildet sich in derselben Schwefelzink, während der Kohlenstoff sich als Ruſs absetzt. In diesem Falle also spielt der Kohlenstoff dem Schwefelzink gegenüber bei hoher Temperatur dieselbe Rolle, wie das Kohlenoxyd gegenüber dem Zinkoxyd. Bei hoher Temperatur findet in beiden Fällen eine Reduction statt, und während der Abkühlung oder Condensation bilden sich die ursprünglichen Verbindungen wieder zurück, so daſs also blos eine Ortsveränderung derselben stattfindet. Es ergibt sich aus diesem Versuche, daſs man bei der Verhüttung aus Blende und Bleiglanz gemengter Erze dieselben direct in einem Schachtofen (Cupolofen) verschmelzen könnte, dessen Gichtöffnung mit einer Condensationskammer in Verbindung steht. Schwefelblei und Schlacke würden sich im Schmelzraume ansammeln, während die Zinkdämpfe zugleich mit Schwefelkohlenstoff in den Condensator übergehen und dort zu Kohlensäure, schwefliger Säure und Zinkoxyd verbrannt werden. Letzteres könnte dann als Zinkweiſs verwendet werden, oder zur Darstellung von metallischem Zink. Dieses Verfahren könnte unter Umständen die Aufbereitung derartiger Erze ersetzen.

7) Oxydation der Zinkdämpfe durch die Gase eines Zinkhohofens. Wie vorhin auseinandergesetzt wurde, reducirt das Kohlenoxyd das Zinkoxyd nur bei hoher Temperatur (ungefähr 1200°), während die Kohlensäure das geschmolzene Zink und die Zinkdämpfe bei allen Temperaturen oxydirt, sogar |269| noch bei etwas über 400° das feste Zink. Daraus folgt nun, daſs, trotz aller Vorsichtsmaſsregeln (Anwendung von gedörrter Koke, calcinirtem Erze und Zuschlagskalkstein) sich stets Zinkoxyd bilden wird, sobald die durch Reduction des Erzes entstandene Kohlensäure in einer Zone, deren Temperatur weniger als 1200° beträgt, mit den Zinkdämpfen zusammentrifft. Selbst wenn man die Gase und Dämpfe schon im Kohlensacke dem Ofen entzöge, so würde doch bei der eintretenden Temperaturerniedrigung sogleich eine Oxydation eintreten, bis daſs die Wärme unter 400° gefallen ist. Je mehr Kohlensäure die Gase enthalten, um so energischer wird auch die Oxydation vor sich gehen, und da das Verhältniſs der Kohlensäure zum Kohlenoxyd immer wenigstens wie 1 : 2 sein wird, so läſst sich folgende Berechnung anstellen: Angenommen, es werden für 1000k reducirtes Zink 1300k Koke = 1200k Kohlenstoff verbrannt, so ergibt sich:

1 CO2 = 400k C + 1066k O = 1466k
2 CO = 800 C + 1066 O = 1866
––––– –––– ––––
1200 + 2132 = 3332.

Die Hälfte des Sauerstoffes der Kohlensäure = 533k wird sich nun mit dem Zinkdampf bei Temperaturen zwischen 1200° und 400° zu Zinkoxyd verbinden (in runder Zahl bestehen 500k ZnO aus 400 Zn und 100 O), so daſs also 533k O 2312k Zinkdampf zu ZnO oxydiren. Nimmt man die Production des Hohofens zu 1000k an, so ergäbe sich daraus, daſs selbst im günstigsten Falle doppelt so viel Kohlensäure in den Gasen enthalten, als nothwendig, um sämmtliche Zinkdämpfe in Zinkoxyd zu verwandeln.

Um die Verwandtschaft des Sauerstoffes der Kohlensäure zu den Zinkdämpfen festzustellen, wurde (Januar 1861) folgender Versuch gemacht. In einem verticalen Ofen wurde eine aufrecht stehende Retorte von 3m,6 Höhe, 0m,2 innerer Weite und 0m,02 Wandstärke eingesetzt. Auf 3m Höhe konnte die Retorte durch ein kräftiges Feuer (mit 25m Zughöhe) in Schweiſshitze versetzt werden. Im Boden der Retorte befand sich eine kleine Oeffnung, in welche durch eine Eisenröhre von 12mm Durchmesser Gebläseluft auf 4000 erhitzt eingeführt wurde. In der Nähe des Retortenofens befand sich ein mit Kohle gefüllter Behälter aus Eisenblech, der durch eine besondere Feuerung geheizt in Rothglühhitze erhalten wurde. War nun die Retorte in Weiſsglut gebracht, so füllte man die glühende Kohle ein und lieſs den erhitzten Wind zuströmen. Die Gase muſsten also bei einer Temperatur von 1600° die ganze Brennmaterialschichte von 3m Höhe durchstreichen und sich demnach zu Kohlenoxyd reduciren. Nichts desto weniger ergab die Analyse des ausströmenden Gases noch 0,5 Proc. Kohlensäure. Dadurch wäre also erwiesen, daſs es in der Praxis nicht möglich ist, Kohlensäure vollständig zu Kohlenoxyd zu reduciren. (Vgl. Clerc's gegentheilige Behauptung.)

Wurden die der Retorte entweichenden Gase mittels einer eisernen Röhre in eine Porzellanröhre geleitet, die in einem besonderen Ofen zur Weiſsglut erhitzt war und siedendes Zink enthielt, so rissen sie die Zinkdämpfe mit durch. Mit der Porzellanröhre war eine Glasröhre verbunden, welche durch Wasser abgekühlt wurde. In dieser setzte sich der gröſste Theil des Zinkes metallisch ab, nur die 0,5 Proc. Kohlensäure gingen eine Zersetzung mit den Dämpfen ein, so daſs die dem Glasrohre entströmenden Gase keine Spur mehr von Kohlensäure aufwiesen, sich dagegen in der Röhre ein Ring von Zinkstaub bildete. Dies beweist, daſs die Verwandtschaft der Kohlensäure zum Zink bei Temperaturen über 400° eine sehr groſse ist, indem trotz der Anwesenheit eines 200fach gröſseren Volums neutraler Gase der kleine Bruchtheil Kohlensäure Zinkdämpfe in Zinkgrau umwandelte. Eine Reduction und Destillation des Zinkes ohne Bildung von Zinkstaub, d.h. unendlich kleiner Zinkkügelchen, die mit Zinkoxyd überpudert sind, ist also thatsächlich ein Ding der Unmöglichkeit. (Vgl. Thum, Berg- und hüttenmännische Zeitung, 1877 S. 149. 369.)

8) Condensation der Zinkdämpfe in Röhren. Soll in einer Atmosphäre von Ofengasen, die auf 2 Th. Kohlenoxyd 1 Th. Kohlensäure enthält, mit der kleinst möglichen Oxydation Zinkdampf condensirt werden, so muſs man dafür Sorge tragen, daſs der Uebergang von der Reductionstemperatur 1200° |270| zu derjenigen Temperatur, bei welcher die Kohlensäure nicht mehr in nennenswerthem Grade auf die Dämpfe einwirkt (300°), plötzlich stattfinde. Dies zu bewerkstelligen, wird durch folgenden Apparat möglich. Man denke sich einen Röhrenkessel, wie bei einer Locomotive, in welchem bei einem Druckunterschiede von 2cm,5 Wasserhöhe, einer Röhrenlänge von 3m,5 und einer Ausfluſsgeschwindigkeit von 10m in der Secunde eine Wärmeabgabe bezieh. Abkühlung der Gase von 1400 bis 1200° auf 400 bis 300° stattfindet. Werden nun ähnliche mit Wasser gekühlte Röhrenbündel, vier an der Zahl, in eine drehbare Scheibe eingesetzt und ihre Querschnittssumme einer Ausfluſsgeschwindigkeit der Ofengase von 10m secundlich angepaſst, so wird die Abkühlung derselben auf 300° in 1/3 Secunde vor sich gehen, also nur während dieses kurzen Zeitraumes eine Einwirkung der Kohlensäure auf die Zinkdämpfe gestattet sein. Nur 5 bis 7 Proc. derselben werden in diesem Falle zu Oxyd verwandelt; der ganze übrige Rest aber verdichtet sich als Zinkstaub in den Röhren, die alle 10 bis 15 Minuten ausgewechselt und entleert werden müssen. Bringt man also in dem Kohlensacke eines Hohofens ein Ableitungsrohr für die Zinkdämpfe und Gase an und verbindet dieses Rohr mit einem Rahmen, an welchem stets einer der 4 Röhrencondensatoren, welche auf der Drehscheibe befestigt sind, anschlieſst, so kann eine Condensation in der eben angegebenen Weise bei gehöriger Kühlung der Röhren durch Wasser erzielt werden. Sobald ein Condensator mit Zinkstaub angefüllt ist, wird ein anderer vorgeschoben und ersterer gehörig gereinigt. Der Betrieb wird dadurch ein ununterbrochener. Die aus den Röhren entweichenden Gase müſsten zur Gewinnung des verflüchtigten Zinkoxydes einer weiteren Condensation unterworfen werden und könnten darauf zur Kesselheizung dienen.

Um zu erproben, bis zu welchem Grade diese Anordnung in der Praxis anwendbar sei, construirte Lencauchez einen kleinen Ofen von 1m,5 Höhe und 0m,35 innern Durchmesser, der durch einen gewöhnlichen Blasebalg mit Wind gespeist wurde. Als Condensator wurde eine einzige Röhre aus Eisen von 2m,5 Länge und 0m,04 Durchmesser benutzt; dieselbe war auf ihrer ganzen Länge mit Lumpen und Werg umwickelt, welches durch beständig zutröpfelndes Wasser feucht erhalten wurde. Der Ofen wurde mit Holzkohle und Galmei beschickt. Das Ausbringen an Zinkstaub betrug 90 bis 95 Proc. des in den Erzen enthaltenen Zinkes. Trotz dieses anscheinend günstigen Resultates würde doch eine Ausführung dieses Planes im Groſsen mit zu hohen Kosten verknüpft sein, auch der Zinkverlust so hoch ausfallen, daſs bei den heutigen hohen Erzpreisen gewiſs kein Vortheil mit dieser neuen Darstellungsweise verknüpft wäre. Bios in dem Falle, daſs billige Erze (8 bis 12 M. für 1t) von geringem Gehalt, die aber immerhin noch 6 bis 10 Proc. Zink bei der Destillation und wenigstens 25 bis 35 Proc. Roheisen im Gestelle ergeben, würde das Verfahren mit Nutzen anzuwenden sein.

9) Agglomerirung und Schmelzen des Zinkstaubes. Wie schon bemerkt, ist die Darstellung metallischen Zinkes stets von Zinkstaub-Entwicklung begleitet. Es ist dies ein metallisches Pulver von groſser Porosität und geringer Schwere. Seine Dichtigkeit erreicht kaum 1 und zersetzt in diesem Zustande schon in der Kälte das Wasser, verbrennt äuſserst rasch und oxydirt sich bei Luftzutritt in einigen Tagen. Rasch aufgefangen und in gut verschlossenen Gefäſsen aufbewahrt, bleibt es lange pyrophorisch. Wird der Zinkstaub verdichtet, so nimmt er ganz das Ansehen des metallischen Zinkes an, zeigt denselben Bruch, hat aber geringere Härte und Festigkeit. Durch Verdichten mittels hydraulischen Druckes nimmt er ein specifisches Gewicht von 6 an, aber schon mit einer guten Schraubenpresse kann man eine Dichtigkeit von 5 erzielen, welche für die weitere Verarbeitung der Zinkstaubziegel genügt. Läſst man sie in diesem Zustande liegen, so oxydiren sie sich allmälig und nach 6 Monaten ist ein Ziegel von 70mm bis ins Innere vollständig oxydirt. Eine bemerkenswerthe Eigenschaft dieser Zinkagglomerate ist die, daſs sie bei derselben Temperatur schmelzen wie das metallische Zink, ohne jedoch dabei fremde Substanzen aufzunehmen. Sie verringern dabei fortwährend ihr Volum und schlieſslich bleibt nur ein Rückstand von der Form und Dicke eines Bleistiftes, der aus den Verunreinigungen des Zinkstaubes (Zinkoxyd, Eisenoxyd, Asche etc.) |271| zusammengesetzt ist. Dieses Verschmelzen entspricht also einem Reinigungsproceſs und ist in der That das so erhaltene Zink vollkommen so rein wie raffinirtes Zink.

Faſst man alles bisher Mitgetheilte zusammen, so ergibt sich, daſs: 1) der Zinkhohofen nur dann anwendbar sein dürfte, wenn, wie bereits bemerkt, billige, zinkarme und verhältniſsmäſsig eisenreiche Erze nutzbar gemacht werden sollen; 2) Erze, aus Bleiglanz und Blende bestehend, im Cupolofen verarbeitet werden können, wobei einestheils Schwefelblei (Bleistein), anderntheils Zink als Zinkoxyd erhalten wird; 3) der Zinkstaub mit Vortheil agglomerirt und zur directen Darstellung eines reinen Zinkes benutzt werden kann.

So weit die Mittheilungen von Lencauchez. Wir wollen hinzufügen, daſs manche der Schluſsfolgerungen, welche er aus seinen Versuchen gezogen hat, noch fraglich sind, und verweisen dieserhalb auf die bereits mitgetheilten Ansichten Thum's und Clerk's.

W. K.

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