<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Metallen, die in Abgasen enthalten sind
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung von
Metallen, die in Form von durch Kohle reduzier- baren Metalloxydteilchen enthalten sind, durch
Durchleiten des die Teilchen enthaltenden Gases zusammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas durch eine aus kohlehaltigem Material bestehende
Reduktionszone. Die in metallurgischen Pro- zessen anfallenden Abgase enthalten oft Staubteilchen in genügender Menge, um eine beträchtliche Verunreinigung der Luft hervorzurufen, wenn sie ohne vorangehende Behandlung in die Atmosphäre abgelassen werden. Bisher wurden
Staubabscheidungsanlagen nach Art der Zyklone und elektrostatische Abscheider als am meisten geeignet für die Behandlung dieser verunreinigten
Gase angesehen.
Bei manchen industriellen Verfahren indessen, beispielsweise bei der Oxydation von Verunreinigungen in geschmolzenem Metall, hergestellt nach dem Blasverfahren mit
Sauerstoff oder sauerstoffangereicherten Gasen, enthalten die Abgase sehr kleine Metalloxyd-Teilchen mit Grössen kleiner als ein Mikron. Diese Teilchen sind von so geringer Grösse, dass die bekannten Arten von Zyklonscheidern sie nicht aus den Abgasen entfernen können, und ebenso ist die bekannte elektrostatische Abscheidungseinrichtung zur Reinigung derartiger Rauche nicht völlig ausreichend. Für industrielle Anwendungen in grossem Massstab ist die Einrichtung zur elektrostatischen Abscheidung überdies zu kostspielig.
Diese Schwierigkeiten werden durch ein Verfahren der eingangs umrissenen Art überwunden, welches erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass die genannten Gase sowie gegebenenfalls Dampf in einer solchen Menge durch die Reaktionszone geführt werden, dass die Temperatur in dieser zur vollständigen Reduktion der Metalloxydteilchen zum Metall ausreicht und genügend hoch ist, dass das reduzierte Metall in schmelzflüssiger Form anfällt, worauf es, nachdem es sich unter dem Einfluss der Schwerkraft am Boden der Reaktionszone abgesetzt hat, von dort entfernt wird.
Nach einem weiteren der Erfindung, bestehen die Teilchen aus kohlehältigem Material aus Koksstückchen eines Durchmesserbereiches von 12 bis 100 mm.
An dieser Stelle ist zu erwähnen, dass bei einem bisher bekannt gewordenen Verfahren der eingangs erwähnten Art eine vollständige Reduktion nicht durchgeführt, sondern das in den Abgasen enthaltene Eisenoxyd nur partiell reduziert wurde (Erhitzung auf maximal 1100 C), u. zw. bis zur Stufe von Magnetit, worauf man diesen auf magnetischem Wege entfernte. Es liegt auf der Hand, dass es einen grossen Vorteil darstellt, mittels eines Gasbehandlungsverfahrens geschmolzene, reduzierte Metallprodukte zu erhalten, die nach üblichen Methoden, z. B. durch Abstechen entfernt werden können. Bei einem bekannten ähnlichen Verfahren dienen Kohle- oder Koksfilter zum Sammeln der Metalloxyde, die dabei ebenfalls, allerdings nur teilweise reduziert werden, und die dann zu Briquetts verarbeitet werden.
Auch bei diesem Verfahren treten nicht die mit dem Erfindungsgegenstand verbundenen Vorteile auf.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, und sie ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Kammer besteht, welche eine Reaktionszone von erhöhter Temperatur, angefüllt mit Teilchen eines kohlehältigen Materials aufweist, ferner Mittel zur Einführung eines Abgases, das Teilchen reduzierbarer Metalloxyde in Suspension enthält, in die genannte Reaktionszone, ferner Mittel zur Abführung des Abgases aus der Reaktionszone und Mittel zur Entfernung der Reaktionsprodukte der Metalloxyde aus der Reaktionszone.
In den Zeichnungen bedeuten : Fig. l ein schematisiertes Strömungsdiagramm des erfindungsgemässen Verfahrens, wobei A eine Reduktion- und Sammelvorrichtung darstellt, in die bei B Dampf, bei C Sauerstoff und/oder Luft, bei D Abgas, reduzierbare Metalloxydteilchen enthaltend, eintritt, und bei E gereinigtes Abgas austritt, während bei F reduziertes Metall entnommen werden kann ; Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen beispielsweisen Staubab-
<Desc/Clms Page number 2>
scheider gemäss der Erfindung und Fig. 3 einen Schnitt wie in Fig. 2, der jedoch eine geänderte Ausführungsform zeigt.
Zur Beschreibung des erfindungsgemässen Verfahrens und der Vorrichtung wird die Erfindung an Hand eines Abgases, welches Eisenoxydteilchen der Grössenordnung unterhalb eines Mikrons in Suspension enthält, erläutert. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird beim erfindungsgemässen Verfahren das durch Eisenoxyd verunreinigte Abgas durch eine heisse Säule von Koksteilchen durchgeleitet. Die vom Koks eingeschlossenen Eisenoxydteilchen werden in einem Teil der Säule zu metallischem Eisen reduziert und das Abgas wird von darin suspendierten Feststoffteilchen gereinigt, während es die Gesamtlänge der Säule durchwandert. Obwohl der in der Säule sich abspielende Reaktionsmechanismus nicht völlig geklärt ist, wird doch angenommen, dass er eine Kombination von chemischer Reduktion und Adsorption darstellt.
Zugleich mit der Zuführung des Abgases in die Kokssäule können auch Dampf undloder Sauerstoff in genügenden Mengen eingeführt werden, um die Reaktionstemperatur in dem reduzierenden Abschnitt der Säule zu regeln. Es versteht sich jedoch, dass erfindungsgemäss auch andere Mittel zur Heizung und Temperaturregelung verwendet werden können. Je nach der Zusammensetzung des Abgases und der ihm zugesetzten Gase kann das entstehende Gasgemisch einen Heizwert haben, der dem von Wassergas vergleichbar ist, und das Gemisch ist frei von Feststoffen.
Der physikalische Zustand des gebildeten, metallischen Eisens kann durch Änderung des Verhältnisses von in die Kokssäule eingeführtem Dampf zum Sauerstoff geregelt werden, wobei ein grösseres Verhältnis von Dampf zu Sauerstoff die Gewinnung von metallischem Eisen in fester Form eher als in flüssiger Form erlaubt.
In der Zeichnung ist mit 10 eine erfindunggemässe Staubabscheidungs- und Brenngaserzeugungsanlage bezeichnet, welche aus einer senkrechten Stahlsäule oder einem Schaft 12 mit einer hitzfesten Auskleidung oder einer isolierenden Ummantelung 14 versehen ist, und welche eine oder mehrere übliche Beschickungsleitungen 16 zur Zuführung des kohlehältigen Materials, z. B. Koks am Kopfe der Säule aufweist. Um eine wirksame chemische Reduktion der feinverteilten Oxydteilchen zu erreichen, soll der Koks eine geeignete Grösse, beispielsweise von 12 bis 100 mm im Durchmesser aufweisen, wobei die Teilchengrösse vom Durchmesser und der Höhe der Säule abhängt.
In dieser Form stellen sie auch ein geeignetes, gasdurchlässiges Koks-Bett dar, welches unter dem Einfluss der Schwerkraft in der Säule 12 nach abwärts durch einen Strom von sich aufwärts bewegendem Abgas fliesst. Nach der beim Durchleiten von Gas durch eine dichtgepackte Säule üblichen Weise sollen die Koksteilchen eine solche Grösse haben, dass der freie Raum in der Säule 35-65 Vol.-% ausmacht.
Das zu behandelnde, Staub enthaltende Abgas tritt in die Reduktionszone 18 des Abscheiders 12 durch eine Einlassleitung 20 ein und tritt durch eine geeignete gasdichte Öffnung nahe dem unteren Ende der Säule 12 und der Auskleidung 14 durch.
Das Gas wird durch das Koksbett 22 zum Kopf der Säule durchgezogen und durch eine Auslassoder Abzugsleitung 24 mit Hilfe der Sauganlage 26 entfernt.
Erfindungsgemäss können Dampf oder Luft oder sauerstoffangereicherte Luft in die Reduktionszone 18 des Koksbettes zur Reaktion mit den Koksteilchen eingelassen werden. Der Dampf und die Luft können durch getrennte (nicht dargestellte) Zuleitungen in die Reduktionszone eingeführt werden oder sie können mit dem zu behandelnden Abgas gemischt und durch die Leitung 20 eingeführt werden. Die gebildete brennbare Gasmischung hat einen hohen Heizwert und das Aufwärtsströmen dieses Brenngasgemisches durch die Kokssäule führt zu einem Brenngas, das von suspendierten Feststoffteilchen im wesentlichen frei ist.
Der Aggregatzustand des durch die Reduktion gebildeten metallischen Eisens (in der Zone18) wird durch Einstellung der Temperatur der Reduktionszone geregelt. Um also Eisen in fester Form zu erhalten, kann ein Dampfstrom in das Koksbett in einer solchen Menge eingeführt werden, dass die Temperatur in der genannten
EMI2.1
gungen ausreicht, dass jedoch die Temperatur wesentlich unterhalb des Schmelzbereiches von hochgekohltem Eisen liegt. Bildung metallischen Eisens in flüssiger Form kann durch Herabsetzung der Verhältnisse von zugesetztem Dampf zu Abgas erfolgen, so dass die Reaktionstemperatur in der betreffenden Zone des Bettes wesentlich oberhalb des Schmelzbereiches des hochgekohlten Eisens liegt.
In Fig. 2 der Zeichnungen ist eine Vorrichtung gezeigt, welche für die Trennung von Eisenoxydstaub von Abgas geeignet ist, und wobei die entstehenden Eisenoxydteilchen bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Eisens reduziert werden.
Unterhalb des unteren Endes der Säule 12 ist eine Pfanne 30 vorgesehen, welche einen Einlass für Kühlwasser 32 und einen Überlauf 34 aufweist, um einen Flüssigkeitsverschluss 36 für die Säule 12 zu bilden. Dieser Verschluss kühlt die Abscheidungen aus der Säule, die aus kleinsten Teilchen von Koksasche und metallischem Eisen bestehen und führt diese in üblicher Weise über den Überlauf 34 ab. Danach können die Asche und das metallische Eisen unter Verwendung üblicher physikalischer Trennmethoden voneinander getrennt werden, falls eine Wiedergewinnung des Eisens erwünscht ist.
In der in Fig. 3 gezeigten abgeänderten Ausführungsform ist das untere Ende der Säule 12 mit einer hitzfest ausgekleideten Bodenwand 38 abgegrenzt, welche den geschmolzenen Abfall
<Desc/Clms Page number 3>
der Säule aufnimmt. Durch Anordnung von Abstichöffnungen 40, 42 in verschiedenen Höhen der Wand der Säule 12, wenig oberhalb der Bodenwand 38 können geschmolzenes Eisen, Schlacke und Aschenverunreinigungen von Zeit zu Zeit oder kontinuierlich abgezogen und aus der Trennanlage entfernt werden. Ein Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, dass in der Säule minderwertiger Koks verwendet werden kann, und dass auch das gebildete reduzierte Metall in flüssiger Form wiedergewonnen werden kann.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die erfindungsgemäss erzielten, vorteilhaften Ergebnisse. Eine Charge von 45, 4 kg Roheisen wurde unter Verwendung von reinem Sauerstoff zur Erzielung von Stahl nach dem Blasverfahren behandelt. Ein typischer, schwerer roter Rauch, der hauptsächlich aus Eisenoxydteilchen einer Grösse unterhalb eines Mikrons bestand, wurde dabei gebildet. Dieser Rauch wurde durch einen Röhrenofen aus Graphit durchgeschickt, der 1, 83 m lang und 7, 62 cm im Durchmesser war, gefüllt mit Koksstücken einheitlicher Grösse, nämlich 25 mm. Eine Temperatur in der Reduktionszone von ungefähr 1000 C wurde in der mit Koks dicht gepackten Reaktionssäule oder in dem Reaktionsrohr aufrechterhalten.
Es ergab sich kein Anhaltspunkt für das Vorhandensein irgendwelcher Feststoffteilchen in dem Abgas, wenn dieses in üblicher Weise auf seinen Feststoffgehalt hin untersucht wurde.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung für die Behandlung staubhältiger Gase vor, welche mit Kohle reduzierbare Metalloxydteilchen einschliesslich der Grössenordnung von Teilchen unterhalb eines Mikrons enthalten, wobei die in Suspension vorliegenden Teilchen chemisch reduziert und abgetrennt werden, indem das Gas durch eine mit Stückchen eines kohlehältigen Materials beschickte Säule durchgeleitet wird.
Obwohl die Erfindung an Hand der Entfernung von Eisenoxydteilchen aus einem Abgas beschrieben worden ist, versteht es sich, dass auch andere wertvolle Metalle wie Mangan gleichzeitig wiedergewonnen werden. Die Erfindung kann auch in verwandten Gebieten angewendet werden, wo andere, durch Kohle reduzierbare Metalloxydteilchen, vornehmlich einer Grössen- ordnung von weniger als l Mikron vorkommen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weiters kann die Temperatur der Reduktionsreaktion auch auf eine andere Art als durch direkte Verbrennung von Koks, wie vorstehend beschrieben, erreicht werden, so z. B. durch elektrische oder Gasheizung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Wiedergewinnung von Metallen, die in Abgasen in Form von durch Kohle reduzierbaren Metalloxydteilchen enthalten sind, durch Durchleiten des die Teilchen enthaltenden Gases zusammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas durch eine aus kohlehältigem Material bestehende Reduktionszone, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Gase sowie gegebenenfalls Dampf in einer solchen Menge durch die Reaktionszone geführt werden, dass die Temperatur in dieser zur vollständigen Reduktion der Metalloxydteilchen zum Metall ausreicht und genügend hoch ist, dass das reduzierte Metall in schmelzflüssiger Form anfällt, worauf es, nachdem es sich unter dem Einfluss der Schwerkraft am Boden der Reaktionszone abgesetzt hat, von dort entfernt wird.