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Verfahren zur Gewinnung von Eisen
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es bisher nicht möglich, den geforderten Rein- heitsgrad mit entsprechend hohen Anteilen an metallischem Eisen herzustellen. Die vor- liegende Erfindung zielt darauf hin, diesen
Zustand herzustellen.
Ein Gegenstand der Erfindung ist daher ein
Verfahren zur Gewinnung eines Eisenkon- zentrates aus Erz, das in bezug auf den Eisen- gehalt im wesentlichen rein und frei von Verunreinigungen ist. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft Anreicherungsverfahren. die grosse Quantitäten hochgrädigen reinen Eisens aus Eisenerz liefern. Ferner ist ein
Gegenstand der Erfindung ein Verfahren, bei dem die Produkte verwendet werden können, die bei dem oben erwähnten Reduktionsprozess in Drehöfen bei niedrigen Temperaturen gewonnen werden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren, bei dem, ausgehend von teilweise reduziertem Eisenerz, ein hochgrädiges, im wesentlichen reines Eisenkonzentrat gewonnen werden kann, welches unmittelbar in Siemens-Martin-Ofen oder elektrischen Ofen in Stahl umgewandelt werden kann und welches ausserdem ein niedergrädiges Eisenkonzentrat liefert, das in Hochöfen geschmolzen werden kann.
Gemäss der Erfindung wird ein metallisches Eisen enthaltendes Produkt in magnetisiertem Zustande einer Schwerkrafttrennung unterworfen. Im speziellen umfasst die Erfindung neuartige Scheidemethoden während der Konzentrierung bzw. Gewinnung von meta ! li- schem Eisen aus eisenhältigen Produkten, wobei diese im Drehofen bei höheren Temperaturen in Anwesenheit von kohlenstoffhältigen Stoffen reduziert werden, wobei metallisches Eisen von hoher magnetischer Suszeptibilität gewonnen wird, welches Produkt für die Verwendung bei den nachfolgenden Scheidever- fahren geeignet ist. Es wurde gefunden, dass ein auf die eben beschriebene Weise teilweise reduziertes Material eine hohe magnetische Suszeptibilität besitzt.
Frühere Versuche, ein hochgrädig reines Eisenkonzentrat aus solchen reduzierten Eisenprodukten zu gewinnen, wa-
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ren ohne Erfolg, weil es nicht möglich war, die reinen Eisenteile von Teilen mit ge- ringerem Eisengehalt odier von mit Silizium- dioxyd verunreinigten Eisenteilen zu trennen.
Übliche Magnetscheider sind nicht in der
Lage, Teilchen, normaler Grösse zu scheiden, wenn der Eisengehalt zwischen 10 bis 20 und
90 und mehr Prozent liegt und der Rest Ver- unreinigungen sind. Es ist demnach prak- tisch unmöglich gewesen, in kommerziell rentabler Weise ein Material von genügender
Reinheit herzustellen, um es direkt in Stahl umwandeln zu können.
In einem typischen Fall, bei dem das er- findungsgemässe Verfahren Anwendung findet, wird das eisenhaltige Material bei höheren
Temperaturen (jedoch unter dem Schmelz- punkt des Eisens) in Anwesenheit-eines re- duzierenden Stoffes, vorzugsweise Kohle, in einem Drehofen reduziert, wobei ein wesent- licher Teil des Eisengehaltes in den metalli- sehen Zustand überführt wird.
Das Reduk- tionsprodukt, das eine Mischung von metalli- schen Anteilen, Verunreinigungen und einem Überschuss an Kohle ist, kann dann in üblicher Weise von dem Kohleüberschuss befreit wer- den ; worauf der verbleibende Rest einem Scheidungs-bzw. Konzentrierungsprozess, wie er nachfolgend beschrieben ist, unterworfen wird, mit dem Ergebnis, dass ein Endprodukt mit einem hohen perzentuellen Anteil an reinem, metallischem Eisen und nur geringen Anteilen an Si1iziumdoxyd oder andern Verunreinigungen auftritt.
Bei früher geübten Verfahren wurde die eisenhältige Substanz der Wirkung einer Reihe von Magnetscheidern unterworfen, mit dem Ergebnis, dass die Eisengehalte fortschreitend gesteigert und von den Verunreinigungen getrennt wurden, so dass sich schliesslich eine Fraktion von einigermassen hoher Reinheit ergab. Es wurde nun gefunden, dass, wenn man die Eisenfraktion dem Magnetscheider entnimmt, wobei diese Fraktion magnetisiert ist, und man zunächst diese Fraktion einem Sortieren nach spezifi- schem Gewicht auf einem Aufbereitungsherd von der Wilfley-oder Deister-Rillenberd-Type zuführt, es möglich ist, schliesslich ein Eisenkonzentrat von einer Quantität und Reinheit zu erhalten, wie es bisher nicht möglich war.
Es ist nicht unbedingt nötig, einen Aufbe- reitungsherd'für die Schwerkrafttrennung zu verwenden. Es können auch Spitzlutten, Setzmaschinen wie auch Schwertrüben-Verfahren verwendet werden. Es muss auch nicht unbedingt ein Magnetscheider verwendet werden.
Es wurde gefunden, dass schon allein wenn das zu behandelnde Material in magnetischem Zustand ist, während. es der Schwerkraft- trennung unterworfen wird, eihe unerwartet hohe Gewinnung von einem zur unmittelbaren
Umwandlung in Stahl geeigneten Material möglich ist.
Bei früheren Verfahren, wurde hingegen an- genommen, dass eine Magnetisierung des
Materiales bei Schwerkrafttrennung uner- wünscht ist, und tatsächlich wurde alles un- ternommen, um einen solchen Zustand zu vermeiden. Die Gründe für die ausserordent- lichen Ergebnisse bezüglich Ausbeute und
Reinheit, die mit dem erfindungsgemässen
Verfahren zu erzielen sind, konnten noch nicht völlig aufgeklärt werden. Doch scheinen ei- nige beobachtete Faktoren von Wichtigkeit.
Magnetisierte Eisenteilchen ziehen einander an und bilden lose zusammengeballte Massen.
Die Magnetisierung induziert aber nicht in allen eisenhältigen Teilchen die gleiche ma- gnetische Kraft, und möglicherweise haben die Reineisenteilchen eine grössere als die weniger reinen.
Der Effekt ist der, dass Zu- sammenballungen aus sowohl der hochma- gnetisierten Reineisenteilchen, wie auch solche der geringer magnetisierten, weniger reinen
Teilchen hergestellt werden. Werden diese Zu- sammenballungen auf einen Aufbereitungs- herd gebracht, so sind sie dort einer vibrieren- den oder schüttelnden Wirkung unterworfen. die sie längs des Herdes vorwärtstrei. bt.
Gleichzeitig bewegt und suspendiert diese Wir- kung die Teilchen in einen Querstrom von
Wasser, der trachtet, sie quer über den Herd und über seine Kante hinwegzuschwemmen.
Die leichteren Teilchen erreichen die Kante näher von ihrem Ausgangspunkt, die schwer- eren erreichen sie an einer entfernteren Stelle und die schwersten erreichen die Kante erst am Ende des Herdes. Die Vibration des Herdes wirkt in Art einer Zerschlagung der Zusammenballungen. Nun scheinen sich die mehr magnetisierten. Reineisenteilchen diesem Zerschlagen stärker zu widersetzen. Die weniger magnetisierten Teilchen widerstehen offensichtlich, weniger einer Trennung und werden von ihren stärker magnetisierten Nachbarn geschieden, so dass sich schliesslich dichtere und reinere Zusammenballungen bilden, wie sie vor dem Aufbringen auf den Herd vorhanden waren.
Auch die Grösse der Teilchen mag von Bedeutung sein. Es ist üblich, die Teilchen, die durch thermische Reduktionsprozesse gewonnen werden, in Kugel-oder Walzenmühlen zu zerkleinern, ehe sie Konzentrationsverfahren unterworfen werden. Bei Untersuchungen, die mit der vorliegenden Erfindung einhergehen, wurde festgestellt, dass das Mahlen von reduzierten Eisenprodukten in dem metallischen Eisen Flocken oder Plättchen erzeugte, wie z. B. in der österr. Patentschrift j Nr. 178 867 beschrieben wurde. Es ist durchaus möglich, dass eine solche zweidimensionale Form der Eisenteilchen bei'der Durchführung
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von Serienabscheidungen, wie sie vorhin be- trachtet wurden, für das erzielte Ergebnis von Bedeutung sein könnte.
Auf jeden Fall wurde festgestellt, dass eine
Magnetisierung nicht nur die Wirksamkeit der nachfolgenden Schwerkrafttrennung hebt, sondern, dass auch eine Kombination von magnetischer und Schwerkrafttrennung eine
Konzentration ergibt, die anders nicht er- reichbar wäre. Wenn beispielsweise ein ma- gnetisiertes Konzentrat (erreicht durch einen Magn'etscheider) einer Schwerkrafttrennung unterworfen wird, wobei schwere und leichte
Fraktionen auftreten, so tritt eine bedeutende
Trennung auf und es wird eine gesteigerte
Konzentration beobachtet. Wird anderseits ein magnetisiertes Konzentrat lediglich einer Be- handlung in einem zweiten Magnetscheider ohne eine zwischenliegende Schwerkraft- trennung unterworfen, so ist die zusätzliche
Verdichtung kaum bemerkbar.
Allgemein gilt, dass, wenn das ursprüngliche magnetisierte Konzentrat entmagnetisiert und dann einer zweiten magnetischen Operation zugeführt wird, ein bemerkenswerter Fortschritt im Konzentrationsgrad nicht feststellbar ist.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung konnten mit Versuchsanlagen bei der Behandlung niedergradiger Eisenoxyderze voll bestätigt werden. Es konnten früher bei thermisch reduzierten Erzen Eisenanteile von höchstens 77-82 o bei Siliziumdioxydgehalten von 7-12 oxo erzielt werden. Solch ein Produkt war wohl geeignet, in Hochöfen geschmolzen zu werden, nicht jedoch für die direkte Umwandlung in Stahl. Alle weiteren Versuche, eine höhere Konzentration zu erreichen, gingen fehl. Ein solcher war das neuerliche Ausmahlen, gefolgt von einer weiteren magnetischen Verdichtung, weil eine hinreichende Entfernung von Siliziumdioxyd, Phosphor und anderer Verunreinigungen nicht gelang.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren gelingt es jedoch, einen Reinheitsgrad von über 90 oxo bei einem Siliziumdtioxydge- halt von nur etwa 3 ouzo zu erzielen, womit eine sofortige Umwandlung in Stahl ermöglicht ist.
Es sei noch erwähnt, dass mit dem er- findungsgemässen Verfahren keineswegs nur ein Produkt erzielt wird. Vor allem, wenn niedergrädige Erze verarbeitet werden, erhält man zwei Produkte : ein hochgrädiges" im wesentlichen reines Produkt und ein niedergrädiges. Es ist dabei möglich, dieses niedergrädige Produkt durch wiederholte Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens ebenfalls anzureichern.
Zur klaren Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens werden nachfolgend einige Beispiele angegeben. Beispiel l : Eine Mischung von Eisenerz und Koks wurde in einem Drehofen bei einer
Temperatur unter dem Schmelzpunkt des
Eisens reduziert, so wie es in der eingangs genannten USA-Patentschrift beschrieben ist.
Das so erhaltene Produkt, das metallische
Eisenanteile, einen Kohlenüberschuss und
Gangart enthielt, wurde aus dem Ofen ge- nommen, abgekühlt, vom Kohleüberschuss be- freit und zu kleinen Teilchen zerkleinert.
Diese kleinen Teilchen wurden durch eine
Reihe von Magnetscheider getrieben und am
Ende dieses Prozesses enthielt das Produkt insgesamt 81, 62 o/o Eisen, davon 74, 94 oxo me- tallisches Eisen sowie 8, 76 o/o Siliziumdioxyd.
Das Material war magnetisiert. Daraufhin wurde dieses Material als Ausgangsmaterial für zwei Testreihen verwendet, welche die
Vorteile der Erfindung illustrieren. Beim Test
A wurden hundert Teile des Materiales durch ein entmagnetisierendes Feld getrieben, das allen Magnetismus restlos vernichtete. So- dann kam das Material auf einen Wilfley-
Aufbereitungsherd, um eine leichte und eine schwere Fraktion herbeizuführen. Beim Test
B wurden hundert Teile des Materiales im magnetischen Zustand auf den Wilfley-Auf- bereitungsherd gebracht.
Die Vergleichsresul- tate waren folgende : Test A, entmagnetisiertes Material : Ausgangsmaterial (100 Teile) 81, 62o/o Fe, 74, 94osa Fe-Metall, 8, 760/0 Si02, Hochgrädige Fraktion (47, 5 Teile) zozo Fe, 83, 54oo Fe-Metall, 4, 52o"o Si0, ; Niedergrädige Fraktion (52, 2 Teile)
75, 58o, o Fe, 67, 16 fo Fe-Metall, 12, 6o/o Si02.
Test B, magnetisiertes Material : AusgangsmateriaJ (100 Teile)
81, 620/o Fe, 74. 940/. Fe-Metal), 8, 76o/o SiO ; Hochgrädige Fraktion (71, 1 Teile) 91, 20o/o Fe, 86, 64o/o Fe-Metall, 3, 540/0 Si02 : Niedergrädige Fraktion (28, 9 Teile)
58, 07o/o Fe, 46, 16oxo Fe-Metall, 21, 59o/o SiO2.
Die Analyse zeigte also, dass bei Verwendung von magnetisiertem Material im Test B bei der hochgrädigen fraktion ein weitaus geringerer Siliziumdioxydgehalt erzielt werden konnte, wie auch ein höherer reiner Anteil von der Totaicharge bei der hochgrädigen Fraktion erlangt wurde. Somit ist gezeigt, dass durch die Kombination der Magnetiserung mit der Schwerkrafttrennung bessere Ergebnisse erzielt werden können als nur mit der Schwerkrafttrennung allein.
Beispiel 2 : Um die Anwendbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens auch bei andern Arten der Schwerkrafttrennung zu zeigen, wurde eine weitere Probe des Ausgangsmateriales, wie im vorhergehenden Beispiel beschrieben, hergestellt. Nach dem Mahlen
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wurde das Material einer Reihe von Magnetscheidern zugeführt und hatte dann folgende Zusammensetzung: 76,09% Eisen insgesamt, zozo Fe-Metall und 10, 08o/o Siliziumdioxyd.
100 Teile davon wurden einem Test C zugeführt, wobei zunächst das Material entmagnetisiert wurde. Sodann wurde es in eine Spitzlutte mit Wasser gegeben. Höhere und niedrigere Fraktionsgrade wurden in bekannter Weise durch Setzen herbeigeführt. Beim Test D wurden ebenfalls 100 Teile magnetisiertes Material in derselben Weise behandelt.
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Ausgangsmaterial (100 Teile) 76, 09oxo Fe, 72, 300/o Fe-Metall, 10, 080/o SiO2 ; Höhergrädig (47 Teile)
80,70% Fe, 76,79% Fe-Metall, 7, 200/o Si02 ; Niedergrädig (53 Teile)
71,92% Fe, 68, 210/o Fe-Metall, 12, 68o/o SiO2.
Test D, magnetisiertes Material : Ausgangsmaterial (100 Teile)
76,09% Fe, 72, 30o/o Fe-Metall, 10, 080/0 Si02 ; Höhergrädig (76 Teile)
86,04% Fe, 82, 27ouzo Fe-Metall, 4,20% SiO2; Niedergrädig (24 Teile)
44,62% Fe, 40, 74 ouzo Fe-Metall, 28,70% SiO2-
Auch dieses Beispiel zeigt klar die überlegenheit des erfindungsgemässen Verfahrens.
Beispiel 3' : Um zu zeigen, dass es nicht allein möglich ist, ein höhergrädiges, unmittelbar in Stahl zu verwandelndes Produkt zu erzielen, sondern dass auch niedergrädige erhalten werden, die in Hochöfen verarbeitet werden können, wurde zunächst Eisenerz, wie in den vorigen Beispielen beschrieben, reduziert. Nach Abkühlung und Entfernung des Kohleüberschusses wurden Abscheide-und Konzentraitionsschritte gemäss dem Schema nach der angeschlossenen Figur durchgeführt.
Hierin bedeuten die Buchstaben folgendes : A : 1000 Teile reduziertes Eisenerz, B : 720, 0 Teile Material, C : 280, 0 Teile Material, enthaltend
9,84% Fe, 5,78% C und : 57, 780/0 Si02, D : Material, enthaltend 60, 10o, o Fe, 1, 26oxo C und 20,28% SiO2, E : 548, 2 Teile Material, F : 171, 8 Teile Material, enthaltend zoo Fe, 3,29% C und 50,72% SiO2, G :
Material, enthaltend 74, 32oxo Fe, 0, 62jojo C und 10, 740/0 Si02, H : 466, 0 Teile Material, enthaltend zoo Fe, 0, 56 vu C und 6,28% SiO2, I : 82, 2 Teile Material, enthaltend
32,20% Fe, 0, 93o/o C und 36, 00o/o SiO2, J: 274,9 Teile Material, enthaltend ! 89, 630je Fe, 0,34% C und 2, 76010 Si02, K : Kugelmühle, L : 191, 1 Teile Material, enthaltend 70, 420/0 Fe, 0, 89010 C und 11,36% SiO2, M :
Magnetscheider,
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: 172, 0 Teíle normaJgrädiges0 : 19, 1 Teile Material, enthaltend zozo Fe, 1, 79solo C und ! 31, 850jo Si02, P : 269, 7 Teile hochgrädiges Produkt, ent- haltend
90, 79o/o Fe, 0, 31o/o C und 2, 360/0 Si02, Q: 5,2 Teile Material, enthaltend zoo Fe, 2, llo/o C und 23,16% SiO2.
R : 558, 3 Teile Abfal, enthaltend 15, 35oxo Fe, 4, 12o/o C und 51, 190/0 Si02, V : Aufbereitungsherd.
Ein hochgrädiges Produkt, enthaltend 90,79% Fe und 2, 36o/o Si02, stellt 269, 7 Teile von 1000 Teilen dar. Dieses Produkt wurde unmittelbar in einem elektrischen Ofen geschmolzen und ergab einen Stahl von guter Qualität. Ein normalgrädiges Produkt von 172 Teilen enthielt 75, 41o/o Fe und 9, 09 o/o SiO2- Der Verunreinigungsgrad des Normalproduktes war zu hoch, um es im direkten Prozess zu schmelzen. Es konnte jedoch erfolgreich zur Anreicherung im Hochofen verwendet werden.
Es ist klar, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt ist und zahlreiche Varianten im Erfindungsbereich liegen.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Verfahren zur Gewinnung hochgradiger metallischer Eisenprodukte, die unmittelbar zur Verschmelzung geeignet sind, bei dem Eisenerz in Anwesenheit von kohlenstoffhaltigen Stoffen bei Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Eisens reduziert wird, um ein, metallisches Eisenprodukt mit hoher magnetischer Suszeptibilität zu gewinnen, und bei dem sodann das Produkt gemahlen und in Fraktionen geschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt magnetisiert wird und in diesem Zustand einer Schwerkrafttrennung unterworfen wird.