DD139726A5 - Verfahren zur konzentrierung von eisen in einem niederhaltigen eisenerz - Google Patents

Verfahren zur konzentrierung von eisen in einem niederhaltigen eisenerz Download PDF

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DD139726A5 DD77208499A DD20849977A DD139726A5 DD 139726 A5 DD139726 A5 DD 139726A5 DD 77208499 A DD77208499 A DD 77208499A DD 20849977 A DD20849977 A DD 20849977A DD 139726 A5 DD139726 A5 DD 139726A5
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Description

Berlin, den 25.6.1978 "° 53 639/18
Verfahren zur Konzentrierung von Eisen in einem niederhaltigen Eisenerz
Anwendungsjgsbiei; ,der Erfindung;
Die Erfindung betrifft die Konzentrierung von Eisen in niederhaltigem Eisenerz. Die Erfindung ist besonders bei der Stahlerzeugung einsetzbar.
Charakteristik „.der bekannten technischen Lösungen
Es ist bereits ein Verfahren zur Konzentrierung des Eisens in niederhaltigem Eisenerz bekannt, bei dem das Eisenerz magnetisiert wird und dann das Material mit einer gewissen Magnetisierbarkeit von dem Material mit wenig oder keiner Magnetisierbarkeit durch Magnettrennung getrennt wird
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß nur ein kleiner Teil der eisenhaltigen Verbindungen im Erz magnetisierbar ist.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu ent» wickeln, wonach bei mehr Erzen durch Magnettrennung das Eisen konzentriert werden kann»
25.6.1978 - 2 - 53 639/18
Darlegung, des Wesens der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, nach dem eisenhaltige Erze in erhöhtem Maße magnetisierbar werden«
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäS gelöst? indem die Magnetisierbarkeit von Partikeln des Erzes erhöht wird, indem ein erheblicher Teil des Eisenoxide im Erz zu besser magnetisierbarer! Eisenkarbid umgesetzt wird« Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß nichtmagnetisches Erz, SeB, oxidierte Taconite, aufgekohlt werden können und das so gewonnene magnetische Eisenkarbid durch magnetische.Trennverfahren von der Gangart abgetrennt werden kann*
Das bevorzugte Verfahren zur Umwandlung von Eisenoxid zu Eisenkarbid besteht in der Erwärmung desselben auf eine Temperatur zwischen 480 und 7O5°C in einem Wirbelbett in einem Gasgemisch, welches Wasserstoff und einen kohlenstoffhaltigen Stoff enthält, wobei der Wasserstoff in einer Konzentration von mehr als 50 Vol.-%.des im Wirbelbett vorliegenden Kohlenmonozids vorliegt«
Der bevorzugte Temperaturbereich liegt zwischen 480 und 6500C6 Unter diesen Bedingungen reagiert der Wasserstoff als Reduktionsmittel und wandelt (konvertiert) den im Oxid enthaltenen Sauerstoff zu Wasserdampf um, der- mit den Abgasen entweicht* Dieser Wasserdampf kann nachträglich· relativ einfach von den Abgasen getrennt werden, die dann wieder verwendet werden können« Der kohlenstoffhaltige Stoff reagiert als Aufkohlungsmittel und bildet Eisenkarbid. Ein Beispiel für die Reaktion bildet folgende Gleichung?
3 PeO + H2 + CH4 __> Pe3C + 3 HgO
25.6.1978 2084 99 -3- 53 639/18
Das so aus der Gangart gewonnene Eisenkarbid kann zu Stahl umgewandelt werden, ζ·Β· in einem basischen Sauerstoffofen. In diesem Verfahren erfolgt die Oxidation des Kohlenstoffs in dem Eisenkarbid zu hauptsächlich Kohlenmonoxid, es wird aber auch eine geringe Menge Kohlendioxid gebildet. Die Reaktion verläuft exotherm und wird, unter bestimmten Bedingungen, auto-thermal. Die stattfindende Reaktion kann durch folgende Gleichung veranschaulicht werden:
FeoC + O2 —s^3 Pe + 0,9 CO + 0,1 CO2
Augführun^sjbeispiel
Das erfindungsgemäße Verfahren v/ird im folgenden anhand von Beispielen näher beschrieben.
Das Wirbelbett kann von herkömmlicher Art sein, bei welcher ein fein zerteiltes Zuführmaterial auf einem Rost oder einer anderen perforierten Unterlage von strömenden Gasen beaufschlagt wird, welche die Reaktionsgase enthalten oder gänzlich aus diesen bestehen. Zusätzlich v/erden üblicherweise Überwachungs- und Kontrolleinrichtungen für die Heizung und die Temperatur sowie Wärmetauscher, Wäscher, Cyclone, Einrichtungen für die Gas-Wiederverwendung und weitere herkömmliche Einrichtungen benötigt·
Im Rahmen dieser Erfindung bezeichnet der Ausdruck "wasserstoffhaltiges Gas" nur Wasserstoffgas und bezeichnet der Ausdruck "kohlenstoffhaltiges Material" allein Kohlenstoff.
Ein Eisenerzkonzentrat wird in das Wirbelbett eingebracht, wo es aufgekohlt v/ird. Das Aufkohlen muß sorgfältig überwacht werden, um ein Erzeugnis zu erzielen, welches zur Verwendung in einem basischen Säuerstoffofen (BOP-Ofen)
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oder einem Elektroofen geeignet ist* Eisenkarbid wird in derartigen Öfen gerne gesehen, weil es nicht selbst entzündlich ist und der Verwettenmg widersteht, wodurch das Karbid im Stande ists über lange Strecken transportiert und über vernünftige Zeiträume gelagert zu werden«
Eisenoxide werden im Wirbelbett zunächst zu Eisen reduziert, und das Eisen wird sodann in einem kontinuierlichen Verfahren in Eisenkarbid umgewandelt, wobei die reduzierenden und aufkohlenden Gase gemeinsam verwendet werdene Um ein Verkleben zu vermeiden, welches durch transitori- : sches Vorliegen von metallischem Eisen herbeigeführt wird, sollte die Temperatur bevorzugterweise jederzeit unter etwa 7O5°C gehalten werdens wobei ein Temperaturbereich von etwa 480° bis 65O0C besonders vorteilhaft ist.
Als Reduktionsgas wird vorzugsweise Wasserstoff benutzt, wenngleich Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffgase oder auch Mischungen aus Wasserstoff mit Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffgasen verwendet, v/erden können. Das beigefügte Flußdiagramm zeigt die Verwendung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid, während Wasser abgeführt wird« Wasser« stoff ist als Reduktionsgas bevorzugt, weil das erzeugte Wasser leicht aus dem Abgas entfernt werden kann, wodurch eine Wiederverwendung des Restgases gestattet ist, ohne daß äußerst komplizierte und kostspielige chemische Einrichtungen benötigt werden, um die Oxidationsprodukte· des Kohlenstoffs zu entfernen^ die gebildet werden, wenn kohlenstoffhaltige Reduktionsgase verwendet werden»
Das bevorzugte Aufkohlungsgas ist Propan, wenngleich Kohlenmonoxid oder andere gasförmige Kohlenwasserstoffe oder auch fester Kohlenstoff verwendet werden können, wobei jedoch die niedrigen Alkyl-Kohlenwasserstoffgase bevorzugt sind* Ein breiter Bereich kohlenstoffhaltiger
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Materialien kann verwendet werden, sofern sie nur genügend Kohlenstoff zur Bildung der Eisenkarbide liefern. Werden die Verhältnisse zwischen Wasserstoff und den kohlenstoffhaltigen Materialien ausgeglichen, so ist es möglich, den Wasserstoff auf eine reduzierende Punktion und den Kohlenstoff auf eine aufkohlende Tätigkeit zu beschränken· Dieses kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß ein größerer Anteil wasserstoffhaltiger Gase gegenüber dem Anteil kohlenstoffhaltiger Gase aufrechterhalten wird.
Wegen der in gasförmigen.Wasserstoff-, Kohlenstoff-, Sauerstoff-Systemen auftretenden Gleichgewichte erfordern die angestrebten Wasserstoff-, Kohlenstoff-Verhältnisse das Vorliegen von Methan im Gassystem. Die Menge an vorliegendem Methan hängt vom Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnis und von den Temperatur- und Druckbedingungen ab.
In der folgenden Tafel sind Versuchsergebnisse zusammengestellt, die während der vorstehend beschriebenen Reduzierung und Aufkohlung in einem Wirbelbett erzielt wurden.
Beispiele- zur Fe-C E.
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Char-' Era gen»
Ers-Teil» Zuge sets- Gaszusätse, chengroBe te Menge H0 "G0Ho^N0 icm (/im) (g/min) 1/mini/mini/min 0C
Erzeug- Bemerkung 'CBY-CO CO2 nis
Hämatit 841 bis H9 O '
36 Hämatit 84I bis 149 0 37B Hämatit 84I bis 149 0
2,5 1,0 095 631 77,0
2,5 1,0 0,5 632 72,0 2,5 1,0 0,5 548 72,1
6*3 8,9 2,0-4,35
5,2 13,2 2,9 5,02
.6,5 7,8 3,4 8,96
38B- Hämatit 84I bis 149 0
39B Hämatit 841 bis 149 0
40 Hämatit 84I bis 149 2,7
413 Magnetit 841 bis 149 0
41C Magnetit 44 3,8
2,5 1,0 0,5 582 72,6
2,5 1,0 0,5 598 " 6973
2,5 1,0 0,5 599 62,5
2,5 1,0 O55 594 67,5
2,5 1,0 0,5 610 58,3
6,4 υ,6 4,0 4,94
7,9 12,2 4,4 4,67
16,1 6,7 4,77
6.0 H,6 3,9 4,69
6.1 21,4 6,8 5,42
"Final xsd" im Reaktor 5*02 550 gut es, ig ines Pe^C
gutes Fe^C gesättigt
mit überschüssigem Kohlenstoff
gutes Fe-iC
gutes Fe oC
gutes Fe^C
gutes Feηc
gutes Fe-j C
Dd.r Rest des Gases besteht aus Wasserdampj
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Der Kohlenstoffgehalt des Erzeugnisses schwankt in Abhängigkeit vom Eisenoxid-Prozentsatz im verwendeten Material. Ärmere Erze mit niedrigeren Eisengehalten führen automatisch zu Erzeugnissen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. - .
Das Wasserstoffvolumen in der reduzierenden und aufkohlenden Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Mischung soll das Volumen des Kohlenmonoxids übersteigen, wobei die bevorzugte Wasserstoffmenge mehr als 60 Volumenprozent des vorliegenden Kohlenmonoxids ausmacht.
Die in der Tafel zusammengestellten Ergebnisse lassen erkennen, daß reines Eisenkarbid hergestellt wird, welches sich für die Verwendung im basischen Ofen oder im Elektroofen besonders gut eignet. Die Rb'ntgenstrahlbeugung3-Analyse zeigte, daß der Kohlenstoff als Eisenkarbid vorlag und daß kein freier Kohlenstoff und kein metallisches Eisen vorhanden war. Das Erzeugnis war nicht selbst ent-, zündlich. Simulierte Verwetterungsuntersuchungen zeigten, daß das Erzeugnis in wasserdampfhaltigen oxidierenden Atmosphären bis zu einer Temperatur von 25O0C stabil ist«
Die Ergebnisse zeigen gleichfalls, daß die Aufkohlung bei der Direktherstellung von Eisenkarbid aus Eisenoxiden besonders erfolgreich abläuft, wenn bei Temperaturen von etwa 545-6350C gearbeitet wird und dabei Wasserstoff-Wasserdampf Verhältnisse von.5 zu 1 bis.8 zu 1 und CO/CO2-Verhältnisse von etwa 1 zu 1 bis 5 zu 1 benutzt werden. Eine erfolgreiche Aufkohlung kann bei einer Temperatur von 48O bis 65O0C bei einem.Wasserstoff-Wasserdampf-Verhältnis von etwa 2,5 zu 1 bis.etwa 8 zu 1 und einem . 00/CQ9--Verhältnis von etwa 1 zu 1 bis hin zu etwa 4 zu 1 vorgenommen werden. Bei diesen Verfahrensbedingungen werden 1 bis 70 Volumenprozent Methan in Gassystemen vor-
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liegen$ welche die vorstehenden Mengen an Wasserstoff, Wasserdampf, CO und COg enthalten. Eisenkarbid konnte außerhalb der genannten Bereiche nioht erzeugt werden* Wegen der Natur des basischen Sauerstoffofenverfahrens sind spezielle Bedingungen erforderlich, um Eisenkarbid in Stahl umzuwandeln, wenn ein Vergleich mit anderen Stahlherstellungsverfahren in derartigen Öfen angestellt wird*.
Sind der Aufkohlungsvorgang und die Stahlerzeugung so eng miteinander verbunden, daß das Eisenkarbid mit einer erhöhten Temperatur von etwa 590 bis 65O0C aus dem Wirbelbett austritt und wird das Eisenkarbid bei dieser Temperatur direkt in den basischen Sauerstoffofen eingesetzt so zeigen Wärmeberechnungen oder Wärmebilanzen, daß keine Zusatzwärme benötigt wird, und daß das Verfahren kontinuierlich und auto-thermal, d.h. ohne äußere Wärmezufuhr,· abläuft«
Die Abgase können direkt in das Wirbelbett eingeleitet werden, falls die Aufkohlung und die Stahlherstellung zeitlich dicht aufeinander folgen* Der im Wirbelbett zur Umwandlung der Oxide in Eisenkarbide verwendete Kohlenstoff v/ird dann im. wesentlichen vollständig als CO im Ofen wieder gefunden und erneut dem Wirbelbett zugeleitet, wo er bei der Erzeugung der Eisenkarbide erneut Verwendung findet. . .«
Wird., aas'-'Karbid zu Transport- oder Lage rungs zwecke η vor der Stahlerzeugung gekühlt, so muß dem Material durch Wiedererhitzen Wärine zugeführt werden oder muß zusätzlicher Brennstoff beim Re'duktionsVorgang zugesetzt werden.
Wärmebilanzen zeigen^ daß Eisenkarbide bei Raumtemperatur (Umgebungstemperatur) einen zu geringen Heizwert besitzens
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um die Reaktion im basischen Sauerstoffofen auto-thermisch ablaufen zu lassen. ·
Die Zusatzwärme, die benötigt wird, um die Reaktion sich selbstunterhaltend auszugestalten, kann auf vielfältige Weise zugeführt werden. Das Abgas aus dem basischen Sauerstoffofen enthält etwa 90 % Kohlenmonoxid neben beachtlichen Wärmemengen. Diese Wärme kann mit Hilfe von Wärmetauschern oder auf andere Weise nutzbar gemacht werden, um das eintretende Eisenkarbid vorzuwärmen. Wird ein Teil des Abgases verbrannt, so können ausreichende Wärmemengen zur Steigerung der Wärme des Abgases erzielt v/erden, so daß die erforderliche Vorwärmung des eintretenden Eisenkarbides vorgenommen und das Verfahren auto-thermisch gemacht werden kann. .Unter bestimmten Bedingungen kann die Wärme des Abgases allein ausreichend sein. Die benötigte Wärme für die Vorwärmung kann gänzlich durch Verbrennen von Abgasen erzielt werden. Die bevor« zugte Vorwärmtemperatur liegt im Bereich von etwa 700 bis 1O95°C.
An Eisenkarbid vorgenommene Untersuchungen in einem gasartigen Medium, welches die Verbrennungsprodukte der teilweisen Verbrennung des Abgases simulierte, zeigte, daß Eisenkarbid nicht nur bei diesen Bedingungen stabil ist, sondern auch seinen Kohlenstoffgehalt wegen der Bildung von Pe2C aus dem normalerweise vorherrschenden Pe^C von 5,9 auf 7,1 % erhöht. Um dieses Ergebnis zu erreichen, muß.das CO/COp-Verhältnis im Verbrennungsgas zwischen 1 zu 1 und 2 zu 1 liegen, wenn Vorwärmtemperaturen von 480 bis 7050C erzielt werden.
Zusatzwärme zum auto-thermischen Ausgestalten des Verfahrens kann gänzlich oder teilweise durch direktes Erwärmen der Fe^C-Charge mit Hilfe einer äußeren Wärmequelle erzielt werden* Zum Eisenkarbid kann hinreichend
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Kohlenstoff zugeführt werden, um die benötigte Zusatzwärme durch Verbrennung zu erzielen» Die Menge an zugesetztem Kohlenstoff kann von etwa 3 bis 5 Gewichtsprozent der Eisenkarbidcharge schwanken· Der Kohlenstoff kann direkt durch Vorwärmen des Eisenkarbids in kohlenstoffhaltigen Gasen, welche ein CO/COg-Verhältnis von mehr als 1 zu 1 besitzen^ zugefügt werden.
Wärme kann auch durch Umsetzung des basischen Oxigenofen-Abgases mit eintretendem Eisenoxid erzeugt v/erden. Der notwendige Kohlenstoffgehalt des Eisenkarbides zum Ab~ geben der benötigten Wärme bei der Verbrennung kann während der Aufstickung durch Einstellen der Menge des kohlenstoffhaltigen Materials eingestellt werden, welches in der Reaktionsgasmischung im Wirbelbett vorliegt, um im Erzeugnis eine ausreichende Pe2C herbeizuführen« Wie dem Flußdiagramm zu entnehmen, kann warmer Metallschrott dem basischen Sauerstoffofeneinsatz zugefügt werden.
Die Reduzierung zu Stahl kann mit zusätzlichen Roheisen herbeigeführt werden. Dieses gestattet den Zusatz von Eisenkarbid zur Kühlung der Reaktion, wobei beispielsweise die dreifache Menge an Karbid als an Eisenschrott verwendet werden» Eisenkarbid kann für diesen Zweck in einer Menge von bis zu 60 Gewichtsprozent der Eisenkarbid-Roheisen-Charge zugefügt werden» Ein damit verbundener Vorteil ist darin zu sehen, daß vorhandene Roheisenöfen in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in Betrieb gehalten werden können.
Alle vorstehend genannten Arbeitsweisen können einzeln oder in Kombination verwendet werden, um die-von der .Eisenkarbidcharge benötigte Wärme zu liefern, damit ein auto«· thermischer Ablauf des basischen Säuerstoffver-
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fahrens ermöglicht ist. Wird die Stahlerzeugung in einem Elektroofen vorgenommen, so kann die gesamt benötigte Zusatzwärme aus der zum Betrieb des Ofens verwendeten elektrischen Energie bezogen werden. Der Aufkohlungsvorgang gestattet bei arfrien nichtmagnetischen Erzen eine Trennung des Eisens von der Gangart. Da das aus nichtmagnetischen Erzen hergestellte Eisenkarbid magnetisch ist, ist es lediglich erforderlich, ein nichtmagnetisches Erz, wie oxidierte Taconite, aufzustecken, um das darin enthaltene Eisenoxid in Eisenkarbid umzuwandeln und um das behandelte Erz einer Magnetscheidung zu unterwerfen, durch welches das gebildete magnetische Eisenkarbid von der Gangart getrennt wird< Das gewonnene Eisenkarbid kann dann zu Stahl reduziert werden.
Das vorstehend beschriebene Verfahren nach der Erfindung benötigt keinen kostspieligen Schachtofen zur Umwandlung des Eisenerzes in Stahl. Werden Aufkohlung und Reduzierung zu Stahl aufeinander folgend und ohne Unterbrechung ausgeführt, so ist es nicht erforderlich, Wärme für die Reduktion zu Eisen zuzuführen und Kohlenmonoxid aus der Reduktion kann als Lieferant für den notwendigen Kohlenstoff zur Karbonisierung, des aus dem Oxid gebildeten Eisens verwendet werden, so daß der Kohlenstoff kontinuierlich wiederverwendet werden kann. Der Aufkohlungsvorgang erzeugt als rTebenprodukt Wasser, was das Gewinnen eines kohlenstoffhaltigen Gases als Nebenprodukt erleichtert. Dieses kann bei ausreichend hohen Verhältnissen von ^e2C zu Pe^C ausgeführt werden, um einen ausreichend hohen Kohlenstoffgehalt in der Charge vorzusehen, damit das basische Sauerstoffverfahren ohne äußere Wärmezufuhr (auto-thermal) abläuft.
Die Reduktion des Karbides zu Stahl stellt eine Wärmequelle dar, die zur auto-thermisehen Ausgestaltung des
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Verfahrens benutzt werden kann,'ohne daß zusätzliche Materialien benötigt werden» Das heißt, es kann die Abgaswärme verwendet oder das Kohlenmonoxid des Abgases aus dem Ofen verbrannt werden, um die notwendige Wärme zu liefern« Andererseits kann das Kohlenmonoxid des Abgases mit Bisenkarbid aus der Aufkohlungsstufe umgesetzt werden, um so das Verhältnis von Fe2C zu Fe^O in der Charge zu erhöhen*' Ss ist dann ausreichend Kohlenstoff vorhanden, um durch Verbrennung diejenige Wärme zu liefern, die zur auto-thermisohen Ausscheidung des Ver~ £ahrens erforderlich ist. Wird der Charge Roheisen zugesetzt, so können für Kühlungszwecke große Mengen an Eisenkarbid zugesetzt werden« Das Verfahren kann insgesamt so durchgeführt werden, daß es praktisch keine Umwelt« belastung darstellts wobei sich das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin dadurch auszeichnet, daß es die Reaktionsmittel maximal erhält und wieder verwendet. Außerdem können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Transportkosten gesenkt werden, sofern das Karbid in der Nähe einer Grube vor dem Transport zu einem Stahlwerksofen hergestellt wird, da das in der ersten Verfahrensstufe hergestellte Eisenkarbid einen höheren Prozentsatz an verwertbarem Material enthält als das Ausgangsoxid β

Claims (2)

25.6.1978 ff - 13 - 53 639/18
1. Verfahren zur Konzentrierung von Eigen in einem niederhaltigen Eisenerz durch Magnetabscheidung, wobei magnetisierbare von unmagnetisierbaren oder nur wenig magne- : tisierbaren Bestandteilen getrennt werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Magnetisierbarkeit von Partikeln des Erzes erhöht wird, indem ein erheblicher Anteil von unmagnetisierbarem Eisenoxid in dem Erz zu magnetisierbarem Eisenkarbid umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Eisenoxid zu Eisenkarbid umgesetzt wird, indem es auf. eine Temperatur zwischen 480 und 7050C in einem Wirbelbett in einem Gasgemisch, das Wasserstoff und einen kohlenstoffhaltigen Stoff enthält, erhitzt wird, wobei der Wasserstoff-in einer Konzentration vorliegt, die mehr als 60 Vol.Tc des im Wirbelbett enthaltenden Kohlenmonoxids beträgt.
DD77208499A 1975-10-14 1976-12-22 Verfahren zur konzentrierung von eisen in einem niederhaltigen eisenerz DD139726A5 (de)

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