<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung von Metallen aus ihren oxydischen bzw. sulfidischen Verbindungen.
EMI1.1
fidischen Erzen bei niedriger Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur jahrzehntelaig durch ausgedehnte Versuche bearbeitet worden.
Trotzdem ist es bisher nicht gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, das allgemeine Einführung in die Technik finden konnte. Der wichtigste Grund hiefür ist, dass es die grössten Schwierigkeiten macht, die für die Reduktion nötige Energie der Reaktion so zuzuführen, dass Überhitzungen und damit zusammehängende unangenehme Begleiterschit ungen vermieden wurden.
Angesichts dieser Schwierigkeiten war man gezwungen, auf so verwickelte Einrichtungen zu- rückzugreifen, dass man bis jetzt eine allgemeine Einführung in die Industrie nicht gewagt hat, obwohl mehrere Verfahren versuchstechnisrh auf breiter Grundlage mit Erfolg bearbeitet worden sird.
Bei der vorliegenden Erfindung können sämtliche Schwierigkeiten, die man bei den früher bekannten Verfahren gehabt hat, in einfacher Weise vermieden werden.
Das Verfahren, das den Gegenstand der Erfindung bildet, dient zur Herstellung von Metallen, deren Affinität zu Sauerstoff nicht wesentlich grösser ist als die von Eisen, aus ihren oxydisehen bzw. sulfidischen Verbindungen, und besteht darin, dass die oxydisehen bzw. sulfidischen Verbindungen dieser Metalle mit Kohlenstoff bzw. Kohlenoxydgas und Kalk bei erhöhter Temperatur in einem geschlossenen Gefäss zur Reaktion gebracht werden. In dem Gefäss soll sich dabei ein solcher Druck einstellen, dass bei der Reaktionstemperatur der Kohlensäurepartialdruck höher ist als der Dissozia1Ìol1s- druck des kohlensauren Kalkes.
Infolgedessen wird die zunächst sich bildende Kohlensäure vom Kalk unter Bildung von kohlensaurem Kalk gebunden und diese exotherme Reaktion liefert die zur endothermen Reaktion zwischen Kohlenstoff und Metallverbindung erfordeliche Wärme. Ein Schmelzen der Beschickung tritt während des Verfahrens nicht ein.
Da demnach die Wärme im Reaktionsgemisch selbst entsteht und nicht von aussen unter Aufrechterha. ltung eines Temperaturgefälles zugeführt werden muss, lassen sich auch Überhitzur gen vermeiden.
Damit die Reaktion praktisch bis zu Ende verläuft, gibt man dem Reaktionsgemisch so viel Kalk bei, dass praktisch der gesamte Kohlenstoff des Reaktionsgemisches als kohlensaurer Kalk abgebunden wird. Der im Reaktionsgefäss herrschende Druck muss selbstverständlich so hoch sein, dass die Verbindung des Kalkes mit der Kohlensäure erfolgen kann. Es ist deshalb erforderlich, dass bei der Reaktionstemperatur der Kohlensäurepartialdruek im Reaktionsgefäss grösser ist als der Dissoziationsdruek des kohlensauren Kalkes bei derselben Temperatur. Das zur Durchfuhrurg der Reaktion erforderliche Reduktionsmittel kann sowohl in Form von festen Kohlenstoff als auch in Form von reduzierenden Gasen zugesetzt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung ist daher, soweit es sieh um die Herstellung von Metallen aus ihren oxydisehen Verbindungen handelt, gekennzeichnet durch die
EMI1.2
EMI1.3
EMI1.4
Wärmeverluste nach aussen zu decken und die Reaktionstemperatur auf der nötigen Höhe aufreehtzuerhalten. Der Wasserdampf kann bei den hier herrschenden Partialdrücken sehr leicht an den Wänden
EMI1.5
ist ohne weiteres möglich. So kann man z. B., wenn die Reaktion A) nicht hinreichend exotherm ist, kleine Mengen CO dem Reaktionsraum zuführen, um die positive Wärmetönung zu erhöhen, da die
EMI1.6
EMI1.7
EMI1.8
EMI1.9
EMI1.10
Kalk und Kohle nach der Reaktion C um mehr als 100% erhöht werden, indem man ganz geringe Mengen freien Sauerstoffes dem Reaktionsraum zuführt.
Die den obigen Gleichungen entsprechenden Reaktionen können nun aber überhaupt nur dann zustande kommen, wenn im Gegensatz zu den bekannten Verfahren dieser Art, die Erz-Kalk-Kohle-
EMI1.11
<Desc/Clms Page number 2>
die Anfangstemperatur z. B. 800 C bei Reduktion von Eisenerz gebracht wird. Es stellt sieh dann sehr bald eine Gasatmosphäre-hauptsächlich aus Kohlenoxyd ui d Kohlensäure bestehend-bei wesentlich erhöhtem Druck ein, und die Reaktionen verlaufen dann tatsächlich, wie die obigen Glei-
EMI2.1
fähigkeit wird sich sehr rasch ein Druck von 25 bis 30 Atm. einstellen, und die Reaktion verläuft dann in der Weise, dass Kohlensäure von Kalk gebunden wird.
Die dadurch freiwerdende Energie überträgt sieh durch Strahlung und Leitung an die Kohle ur. d das Erz, die immer neue Mengen von Kohlensäure und Kohlenoxyd in dem durch die Reaktion gegebenen Verhältnis entwickeln. Jeder Temperatur entspricht ein bestimmter Druck, und durch Halten des Druckes kann man die für jede Beschickung passende Reaktionstemperatur aufs genaueste innehalten. Sollten die Wärmeverluste nach aussen
EMI2.2
erwähnt, durch die Reaktionen B) oder C) in einfacher Weise gedeckt werden.
Ein beso derer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, dass keine tiberschuss- gase entstehen, wie aus der Gleichung JL hervorgeht. Der gesamte Kohlenstoff des Reaktionsgemisches wird zur Reduktion der Erze ausgenutzt, wobei die Kohle restlos in CO2 übergeführt und daher praktisch vollständig ausgenutzt wird. Die bekannten Verfahren zur unmittelbaren Eisenerzeugung weisen diesen Vorteil nicht auf.
Als Ausführungsbeispiel sei eine Apparatur für die Durchführung des Verfahrens mit Eisenerz beschrieben. Der im Kalkbrenhofen gebrannte Kalk und das im Erz-Kohle-Vorwärmer auf etwa 800 C vorgewärmte Eisen-Erz-Kohle-Gemisch werden in einem Zwisehenbehälter gemischt und mittels eines Förderkübels in ei. l Reaktionsgefäss gebracht, in dem die Reduktion des Eisenerzes in der bereits geschilderten Weise vor sieh geht. Von dem Reaktionsgefäss gelangt die Eisen-Kalkstein-Mischung in eine Kuhltrommel und nach der Abkühlung wird der Eisenschwamm von Kalkstein durch einen Magnetscheider getrennt. Der Kalkstein wird zum Kalkbrennofen zurückgeführt.
Falls dem Reaktionsgefäss auch noch freier Sauerstoff zugeführt wird, muss dieser durch einen Kompressor auf den erforderliehen Überdruck gebracht werden. Die Abgase des Kalkbrennofens dienen zum Beheizen des Erz-Kohle-Vorwärmers.
Das Reaktionsgefäss, dem jede passende Form gegeben werden kann, wird vorzugsweise mit einem Gaszuführungsrohr und einem Gasablassrohr versehen. Das letztere kann auch mit einem Sicherheitsablassventil versehen werden, damit der Druck und die Temperatur das gewünschte Mass nicht übersteigen können.
Damit die Beschickung während der Reaktion in keiner Weise zusammenbindet, kann man mit Vorteil das Reaktionsgefäss in langsamer Bewegung halten. Eice solehe Bewegung fördert ausserdem den Energieaustausch zwischen den Reaktionsbestandteilen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist vorzugsweise für oxydische Erze bestimmt, es kommen aber nur Oxyde solcher Metalle in Betracht, deren Affinität zu Sauerstoff nicht wesentlich grösser ist als
EMI2.3
EMI2.4
EMI2.5
Diese Reaktionen sind grundsätzlich andere als bei dem bekannten Verfahren, das in der deutschen Patentschrift Nr. 595378 beschrieben ist, bei dem zwar ebenfalls im Gemisch von Metallsulfid, Calcium oxyd und Kohlenstoff unterhalb der Schmelztemperatur erhitzt, aber infolge Fehlens eines geschlossenen Reaktionsgefässes keine Calciumkarbonatbildung auftritt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Metallen, vorzugsweise Eisen, aus ihren oxydischen bzw. sulfidischen Verbindungen, bei dem diese Verbindungen in Gegenwart von Calciumoxyd mit Kohlenstoff oder bzw. und Kohlenoxyd bei erhöhter Temperatur zur Reaktion gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion in einem geschlossenen Gefäss unter solchen Druck-und Temperaturbedingungen durchgeführt wird, dass bei der Reaktionstemperatur der Kohlensäureparfialdruck höher ist als der Dissoziationsdruek des kohlensauren Kalkes, so dass die entstehende Kohlensäure vom Kalk unter Bildung von kohlensaurem Kalk gebunden wird.