DE10103549B4

DE10103549B4 - Verfahren zur Verbesserung oder Aufbereitung von Braunkohle und mit dem Verfahren erhaltene Materialien

Info

Publication number: DE10103549B4
Application number: DE10103549A
Authority: DE
Inventors: Roderick Howard Woodend Carnegie; John Kenneth East Ivanhoe Hamilton
Original assignee: Pacific Edge Holdings Pty Ltd
Current assignee: Pacific Edge Holdings Pty Ltd
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2021-01-27
Also published as: US20030037485A1; DE10103549A1; CA2398266C; US6846339B2; WO2001054819A1; CA2398266A1

Abstract

Verfahren zur Verbesserung oder Aufbereitung (upgrading) von Braunkohle, welches folgende Stufen umfasst:
Bereitstellung einer Pelletiermühle mit rotierender Walze, welche zumindest eine Walze, ein Formwerkzeug bzw. ein Gehäuse sowie zwei oder mehrere gegeneinander geneigte Flächen umfasst, die zwischen sich einen Spalt begrenzen, wobei mindestens eine der Flächen die Oberfläche der zumindest einen Walze ist und in einer Richtung zum Spalt hin rollbar ist, und weiter sich verjüngende Öffnungen in mindestens einer der konvergierenden Flächen, insbesondere des Formwerkzeuges bzw. des Gehäuses, vorgesehen sind;
Aufgabe von Braunkohle in den Spalt, wobei durch die Rollwirkung der mindestens einen rollbaren Fläche die Braunkohle einer Scherbeanspruchung unterzogen wird, wodurch die mikroporöse Struktur der Braunkohle zerrieben und das in den Mikroporen enthaltene Wasser freigesetzt wird;
Fortsetzen des scherenden Zerreibens, bis sich die Braunkohle zu einer plastischen Masse verformt hat;
Extrudieren der plastischen Masse entweder im Wesentlichen sofort nach oder gleichzeitig mit dem scherenden...

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zur Verbesserung oder Aufbereitung (upgrading) von Braunkohle, gemäß Anspruch 20 aufbereitete Braunkohle, gemäß Anspruch 21 Koks, gemäß Anspruch 22 ein Verbundmaterial, gemäß Anspruch 23 ein reduziertes Verbundmaterial, sowie gemäß Anspruch 24 ein Metall.
Geringwertige kohlenstoffhaltige Materialien, wie Braunkohle, Torf und Lignit, sind Materialien, bei denen Wasser in eine mikroporöse kohlenstoffhaltige Struktur eingebettet ist. Der Wassergehalt ist gewöhnlich hoch – z.B. 60% oder höher. Dies bedeutet, dass diese Materialien einen geringen Heizwert haben. Weiterhin haben diese Materialien die unerwünschte mechanische Eigenschaft, dass sie weich und spröde sind und eine geringe Dichte haben, was bedeutet, dass sie schwierig, unsauber und unbequem zu handhaben sind.

Bekannte Verfahren zur Aufbereitung von geringwertigen kohlenstoffhaltigen Materialien (die zur Erleichterung der Diskussion nachstehend insgesamt als "Braunkohle" bezeichnet werden) umfassen das Brikettieren und das Trocknen in der Sonne.

Beim Brikettieren wird die rohe Braunkohle gewöhnlich erhitzt, um überschüssiges Wasser zu entfernen, worauf die gekühlte Braunkohle zu Briketts gepresst wird, wobei eine Extruderpresse oder eine Walzen-Brikettiermaschine verwendet wird. Das Brikettieren ist jedoch ein aufwendiges Verfahren, da thermische Energie benötigt wird und die Extruderpresse oder Walzen-Brikettiermaschine einer mechanischen Abnutzung unterliegt.

Bei der Trocknung durch Sonnenwärme wird die Braunkohle unter Zusatz von Wasser über einen langen Zeitraum (z.B. bis zu 16 Stunden) vermahlen, worauf die gemahlene Suspension in flachen Teichen in der Sonne getrocknet wird. Dieses Verfahren ist langwierig, insbesondre die Trocknung in der Sonne, die bis zu einigen Monaten dauern kann, und energieintensiv.

Nach einem anderen Vorschlag wird Wasser aus der Braunkohle freigesetzt, indem die Kohle physikalisch aufgebrochen wird. Dieses Verfahren ist jedoch unbequem und zeitraubend und er fordert immer noch eine langwierige Trocknung des Endproduktes in Luft.

In der DE 26 22 265 B1 wird eine Vorrichtung zum Einbringen von Gut in einen Behandlungsraum beschrieben. Das Gut wird in eine Vorrichtung eingebracht, die nach Art einer Kollerpresse ausgebildet ist. Auf einer Matrize, welche von einer Vielzahl von Kanälen durchdrungen ist, laufen vier Pressräder, durch welche das Gut durch die Kanäle gepresst wird, so dass strangförmige Presskörper erhalten werden. Nach Erreichen einer gewissen Länge brechen die Pressstränge unter der Wirkung der Schwerkraft ab und fallen in einen unter der Vorrichtung angeordneten Behälter. Als Einsatzgut, welches in der Vorrichtung zu Presssträngen verarbeitet wird, wird Kohle oder kohlenstoffhaltiges Gut verwendet. Das Einsatzgut besteht vorzugsweise aus körnigem oder pulverförmigem Material. In diesem Fall kann z.B. auch Ballastkohle verwendet werden, d.h. eine Kohle mit einem hohen Schlackenanteil.

In der DE 36 42 215 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Silicium, Eisen und Eisenlegierungen beschrieben. Dabei werden zunächst Presskörper hergestellt, welche aus feinverteilten, durch Kohlenstoff reduzierten Oxiden, wie die von Silicium, Eisen, Mangan, Chrom oder Nickel, sowie aus kohlenstoffhaltigen Stoffen bestehen. Die Teilchengröße der Bestandteile ist kleiner als etwa 0,2 mm. Die Presskörper werden in der Weise hergestellt, dass die Oxide, die kohlenstoffhaltigen Stoffe, sowie gegebenenfalls weitere Zuschläge mit Wasser angemischt und anschließend zu Presskärpern gepresst werden. Die Wassermenge wird so hoch gewählt, dass bei einem Pressvorgang wenigstens etwa 1% des eingearbeiteten Wassers ausgepresst wird. Die Presskörper eignen sich als Beschickungsmaterial für einen Elektro-Niederschachtofen. Als kohlenstoffhaltiges Material wird bituminöse Kohle, sub-bituminöse Kohle, Braunkohle, Anthrazit, Koks, Koks grieß, Halbkoks oder Mischungen davon beschrieben. in den Beispielen wird für die Darstellung von Metallen Koksgrieß, biturminöse Kohle sowie sub-bituminöse Kohle verwendet.

In der DE 21 07 775 B wird ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus Braunkohle, insbesondere für Hüttenkoks beschrieben. Die Rohrbraunkohle wird zunächst zerkleinert und anschließend durch Reibungs-, Scher- und Kavitationskräfte in eine Dispersion mit einer Teilchengröße von etwa 80 bis 120 μm überführt. Die Zerteilung der Rohkohle wird dabei so vorgenommen, dass Wasser und die Bitumina eine Emulsion bilden. Vorzugsweise wird dazu ein Kreiselgerät verwendet. Dieses besteht aus einem Gehäuse mit darin umlaufendem kegelstumpfförmigen Rotor, dessen Mantelfläche mit koaxialen Ringen gestaffelten Durchmessers ausgestattet ist, die jeweils mit gleichartigen Ringen an der dem Rotor gegenüberliegenden Gehäuseinnenwand auf Lücke stehen. Während der Zerteilung der Rohbraunkohle nimmt die Kohle einen mäanderartigen Weg durch die Mühle, auf welchem die Struktur der Rohbraunkohle aufgebrochen wird, so dass das kapillar gebundene Wasser freigesetzt wird. Die erhaltene flüssige Masse wird durch ein entsprechend geformtes Düsenstück gepresst, so dass entsprechende Formlinge erhalten werden. Nach einer gegebenenfalls erforderlichen Trocknung kann der Formling verkokt werden.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches einen Aufschluss minderwertiger Braunkohle zu Braunkohlepellets mit einem niedrigen Wassergehalt ermöglicht, die eine hohe Reduktionswirkung entfalten.

Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, aufbereitete Braunkohle, Koks, Verbundmaterial aus metallhaltigem Material und aufbereiteter Braunkohle, reduziertes Verbundmaterial und Metall, welche mit diesem Verfahren hergestellt wurden, bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zur Verbesserung oder Aufbereitung (upgrading) von Braunkohle, welches folgende Stufen umfasst:
Bereitstellung einer Pelletiermühle mit rotierender Walze, welche zumindest eine Walze, ein Formwerkzeug bzw. ein Gehäuse sowie zwei oder mehrere gegeneinander geneigte Flächen umfasst, die zwischen sich einen Spalt begrenzen, wobei mindestens eine der Flächen die Oberfläche der zumindest einen Walze ist und in einer Richtung zum Spalt hin rollbar ist, und weiter sich verjüngende Öffnungen in mindestens einer der konvergierenden Flächen, insbesondere des Formwerkzeuges bzw. des Gehäuses; vorgesehen sind;
Aufgabe von Braunkohle in den Spalt, wobei durch die Rollwirkung der mindestens einen rollbaren Fläche die Braunkohle einer Scherbeanspruchung unterzogen wird, wodurch die mikroporöse Struktur der Braunkohle zerrieben und das in den Mikroporen enthaltene Wasser freigesetzt wird;
Fortsetzen des scherenden Zerreibens, bis sich die Braunkohle zu einer plastischen Masse verformt hat;
Extrudieren der plastischen Masse entweder im Wesentlichen sofort nach oder gleichzeitig mit dem scherenden Zerreiben, worin das Extrudieren dadurch bewirkt wird, dass die zerriebene Braunkohle durch die Rollwirkung der rollbaren Fläche durch die sich verjüngenden Öffnungen gedrückt wird, die einen sich vermindernden Durchmesser aufweisen, so dass hohe Drücke auf das Material während der Extrusion ausgeübt werden, wodurch eine weitere mechanische Freisetzung des Wassers aus den Mikroporen der Braunkohle erfolgt und die Kohleteilchen gegeneinander angedrückt werden, wodurch eine erneute Bindung zwischen den Teilchen gefördert wird;
und die extrudierte Braunkohle zu Pellets geformt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Aufgabe wird für aufbereitete Braunkohle mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.

Die Aufgabe wird für Koks (char) mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst.

Die Aufgabe wird für Verbundmaterial aus metallhaltigem Material und aufbereiteter Braunkohle, reduziertes Verbundmaterial, sowie Metall mit den Merkmalen der Ansprüche 22 bis 24 gelöst.

Die Braunkohle wird also nach einem Verfahren zerkleinert, bei dem ein scherendes Zerreiben und nicht nur ein einfaches Vermahlen stattfindet. Gewöhnlich wird das Verfahren in einer Mühle durchgeführt. Vorzugsweise enthält die Mühle mindestens eine Walze. Vorzugsweise enthält die Mühle keinen Luftseparator, da eine solche Vorrichtung mit dem Verfahren gemäß der Erfindung nicht verträglich ist und das scherende Zerreiben und/oder die Extrusion der plastischen Masse beeinträchtigt.

Man nimmt an, dass die rollende Wirkung der mindestens einen geneigten Fläche gegen den Spalt vorteilhaft ist, da die Braunkohle aktiv in den Spalt geleitet und wirksameren Scherkräften ausgesetzt ist als es der Fall wäre, wenn beispielsweise eine Misch- oder Knetvorrichtung mit rotierenden Paddeln verwendet würde. In einer solchen Vorrichtung werden Scherbelastungen in einem engen Spalt zwischen den Wänden des Mischers und dem rotierenden Paddel erzeugt, die im allgemeinen nicht so wirksam sind wie die Scherbelastungen, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugt werden.

Dem scherenden Zerreiben kann, falls erforderlich, eine Zerkleinerungsstufe vorausgehen, in der die Braunkohle gemahlen wird, beispielsweise in einer Hammermühle.

Das scherende Zerreiben wird vorzugsweise in einer Pelletiermühle mit sich drehender Walze durchgeführt. Eine solche Mühle enthält üblicherweise ein Gehäuse, vorzugsweise in Trommel- oder Zylinderform, in welchem mindestens eine rollbare gekrümmte Fläche vorhanden ist, gewöhnlich die Fläche einer Walze, vorzugsweise einer zylindrisch geformten Walze. Die gekrümmte Innenfläche des Gehäuses und die gekrümmte Fläche (z.B. der Walze) sind relativ zueinander angeordnet, so dass sie zwei geneigte Flächen ergeben, zwischen denen sich ein Spalt befindet. Dafür ist es gewöhnlich notwendig, dass die Drehachse der Walze gegenüber der Drehachse des Gehäuses exzentrisch ist. Im Betrieb findet eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Flächen statt. Dies kann dadurch bewirkt werden, dass das Gehäuse um seine Achse und/oder die Walze um ihre Achse gedreht wird. Das Gehäuse kann aber auch stationär sein, und die Walze dreht sich um die Achse des Gehäuses sowie um ihre eigene Achse. Die Drehung der Walze um die Achse des Gehäuses kann mit Hilfe eines Armes erfolgen, der drehbar an der Achse des Gehäuses befestigt ist, und an dessen einem Ende die Walze ebenfalls drehbar befestigt ist. Die relative Drehbewegung der beiden Flächen ist so, dass die Braunkohle in den Spalt gedrückt wird, in dem sie einem scherenden Zerreiben ausgesetzt wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Arm für eine Drehbewegung an der Achse des Gehäuses angebracht, und eine Walze ist an beiden Enden des Armes angebracht. Bei einer solchen Anordnung hat die Mühle tatsächlich zwei Paare von gegeneinander geneigten Flächen, wobei jede Walze eine rollbare Fläche ergibt, die einen Spalt begrenzt, wobei die rollbare Fläche der Innenfläche des Gehäuses am nächsten liegt.

Man nimmt an, dass das scherende Zerreiben der Kohleteilchen ein Zerbrechen der Bindungen zwischen den Kohleteilchen bewirkt, wobei das in den Mikroporen der Kohlestruktur befindliche Wasser freigesetzt wird.

Vorzugsweise wird das zerriebene kohlenstoffhaltige Material anschließend extrudiert, wodurch das Material weiter geschert wird. Vorzugsweise erfolgt die Extrusion praktisch sofort nach oder gleichzeitig mit dem scherenden Zerreiben. Vorzugsweise erfolgen das scherende Zerreiben und die Extrusion in einem einzigen Arbeitsgang, gewöhnlich in einer einzigen Vorrichtung, was den Transport des Materials von einer Reibvorrichtung zu einem Extruder unnötig macht. Die Extrusion wird vor teilhaft so durchgeführt, dass das zerriebene Material durch sich verjüngende Öffnungen gedrückt wird, deren Durchmesser sich vermindert, wenn das Material hindurchgedrückt wird. Durch die sich verjüngenden Öffnungen können hohe Drücke auf das Material während der Extrusion ausgeübt werden, wodurch eine weitere mechanische Freisetzung des Wassers aus den Mikroporen der Braunkohle erfolgt und die Kohleteilchen gegeneinander angedrückt werden, wodurch eine erneute Bindung zwischen den Teilchen gefördert wird. Die Öffnungen haben gewöhnlich einen Durchmesser von etwa 8 bis 20 mm, vorzugsweise von etwa 8 bis 15 mm, insbesondere von etwa 10 bis 12 mm. Die Länge der Öffnungen beträgt gewöhnlich etwa 10 bis 100 mm, vorzugsweise etwa 30 bis 90 mm, insbesondere etwa 30 bis 60 mm.

In einer anderen Art von Pelletiermühle mit rotierender Walze sind eine oder mehrere rollbare gekrümmte Flächen ganz in der Nähe einer im wesentlichen ebenen Fläche angeordnet, wobei jede rollbare gekrümmte Fläche zusammen mit der ebenen Fläche einen dazwischenliegenden Spalt ergibt. Die rollbare gekrümmte Fläche ist gewöhnlich die Oberfläche einer zylindrisch geformten Walze. Vorzugsweise ist die Drehachse jeder Walze im Wesentlichen parallel zu der ebenen Fläche. Gewöhnlich ist die oder jede zylindrische Walze drehbar dicht oberhalb der ebenen Fläche angebracht. Die oder jede drehbare Walze kann zusätzlich drehbar um eine senkrecht zur ebenen Fläche stehende Achse angebracht sein. Die zerriebene Braunkohle wird dann extrudiert, indem sie durch die Öffnungen eines Formwerkzeugs gepresst wird, wobei deren obere Fläche die ebene Fläche bildet. Zylinder von extrudierter Braunkohle treten auf der anderen Seite des Formwerkzeugs aus, wo sie in Pellets geschnitten werden.

Die Erfinder haben überraschenderweise gefunden, dass Pelletiermühlen vom Typ der rotierenden Walzen, die üblicherweise bei der Herstellung von pelletiertem Tierfutter, Düngemitteln und pharmazeutischen Stoffen oder bei der Verdichtung von staubförmigen Materialien werden, für das Verfahren gemäß der Erfindung geeignet sind. Weitere geeignete Maschinen enthalten auch Pelletrierpressen mit ebenem Formwerkzeug.

Bei Verwendung einer Pelletiermühle mit drehbarer Walze wird die Braunkohle in dem Spalt zwischen der Oberfläche jeder Walze und einer anderen Oberfläche der Mühle scherend zermahlen. Diese andere Oberfläche bildet auch einen Teil eines Extruder-Farmwerkzeugs mit Löchern, durch die die zerriebene Braunkohle extrudiert wird. Dehalb wird gleichzeitig mit dem scherenden Zerreiben an jedem Spalt die zermahlene Braunkohle durch die Wirkung der Walze durch die Löcher des Formwerkzeugs gepresst. Die zerriebene Braunkohle wird auf diese Weise zu festen Zylindern verpresst, die mit Hilfe von Schneidemessern beim Austreten in Pellets geschnitten werden. Die kombinierte Wirkung des Scherens, Zerreibens und der Extrusion erfolgt innerhalb einer sehr kurzen Zeit (z.B. in Bruchteilen einer Sekunde), wodurch lange Zeiten vermieden werden können, die andererseits erforderlich wären, um zuerst eine extrudierbare Paste zu bilden und dann die Paste in einen Extruder überzuführen, aus dem Pellets hergestellt werden.

In der Pelletiermühle erfolgt das scherende Zerreiben am Spalt zwischen der Oberfläche jeder Walze und der Innenwand des drehbaren Gehäuses. Das Gehäuse ist ebenfalls ein Extruder-Formwerkzeug mit sich verjüngenden Löchern mit abnehmendem Durchmesser von der Innenwand zur Aussenwand. Die sich verjüngenden Löcher ermöglichen die Anwendung von sehr hohen Drücken auf das Material während der Extrusion. Ein drehbarer Arm ist drehbar um die Achse des Gehäuses angebracht, und eine Walze ist drehbar an jedem Ende des Armes angebracht. Der drehbare Arm wird gewöhnlich durch einen 50-PS-Motor angetrieben. Der Durchmesser der sich verjüngenden Löcher im Formwerkzeug braucht nur 10 bis 12 mm zu betragen. Man erkennt also, dass eine äußerst wirksame Scherkraft auf die Braunkohle am Spalt ausgeübt wird und dass sie einem sehr hohen Druck ausgesetzt wird, wenn sie durch die sich verjüngenden Öffnungen gepresst wird, wodurch die Kohleteilchen sehr nahe aneinander kommen. Deshalb ist der Wasserverlust aus der Mikrostruktur und die erneute Verbindung zwischen den Kohleteilchen sehr groß. Infolge der Extrudierung wird auch die Temperatur der austretenden Pellets wesentlich erhöht; diese kann bis zu 50°C betragen. Eine derartig hohe Temperatur fördert die Verdampfung von Oberflächenwasser aus den Pellets, das aus den Mikroporen ausgetreten ist. Dieses Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung ist äußerst vorteilhaft, da es einen beträchtlichen Wasserverlust aus den Pellets aus einer sehr frühen Stufe des Trocknungsprozesses gewährleistet, wodurch die gesamte Trockenzeit wesentlich verkürzt werden kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann vorteilhaft zur Herstellung eines Ausgangsmaterials verwendet werden, das in einem anschließenden Verfahren zur Herstellung von Koks (char) verwendet werden kann.

Andererseits ist das Verfahren besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Verbundmaterialien aus zerriebener Braunkohle mit einem metallhaltigen Material. Diese Verbundmaterialien können anschließend als Ausgangsmaterialien in einem Verfahren zur Wiedergewinnung des Metalls verwendet werden, wobei die Verbund-Pellets auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt werden, um eine Pyrolyse der Braunkohle und eine anschließende Reduktion des metallhaltigen Materials (gewöhnlich Metalloxid oder -sulfid) zum Metall zu erzielen. Die gescherte und zermahlene Braunkohle, die in diesen Verbundmaterialien verwendet wird, zeigt ein verbessertes Reduktionsvermögen, verglichen mit einer Braunkohle, die nur durch einfaches Mahlen zerkleinert wurde. Als Ergebnis kann die Reduktion des metallhaltigen Materials vorteilhafterweise bei Temperaturen stattfinden, die wesentlich niedriger als die üblichen Reduktionstemperaturen sind.

Es können also bedeutende Vorteile durch das scherende Zerreiben der Braunkohle erzielt werden, die nicht offenkundig sind. Wenn das scherende Zerreiben zur ersten Aufbereitung oder Verbesserung der Braunkohle als solcher durchgeführt wird, oder um ein Ausgangsmaterial für die Kokserzeugung zu erzielen, wird eine wirksamere Entfernung des Wassers erzielt, und die anschließende Pyrolyse der Braunkohle kann bei einer niedrigeren als der üblichen Pyrolysetemperatur durchgeführt werden. weiterhin zeigt die durch Scheren zerriebene Braunkohle in Verbundmaterialien aus Braunkohle und metallhaltigem Material ein wesentlich größeres Reduktionsvermögen, verglichen mit einer Braunkohle, die durch einfaches Mahlen zerkleinert wurde.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Detailbeschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den Beispielen erläutert.
1 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Pelletiermühle, die für das Verfahren gemäß der Erfindung geeignet ist.
2 zeigt eine Perspektivansicht einer zweiten Pelletiermühle, die für das Verfahren gemäß der Erfindung geeignet ist.
In den 1 und 2 sind zwei verschiedene Ausführungsformen von Pelletiermühlen, die für das Verfahren gemäß der Erfindung geeignet sind, schematisch dargestellt.
Ein Typ einer Pelletiermühle 10 vom Drehwalzentyp, die schematisch in 1 dargestellt ist, enthält ein zylindrisches Gehäuse, in dem zwei rollbare gekrümmte Flächen 30 vorgesehen sind, wobei jede die Oberfläche einer zylindrisch geformten Walze 35 darstellt. Die gekrümmte Innenfläche 40 des Gehäuses 20 und die gekrümmte Fläche 30 jeder Walze sind relativ zueinander so angeordnet, dass zwei konvergierende Flächen erhalten. werden, zwischen denen sich ein Spalt 50 befindet. Dies setzt voraus, dass die Drehachse 60 der Walze 35 relativ zu der Drehachse 70 des Gehäuses 20 exzentrisch ist. Im Betrieb findet eine relative Drehbewegung zwischen den beiden Flächen 30, 40 statt, wodurch eine Walzwirkung erzielt wird. Dies kann durch Drehen des Gehäuses 20 in Richtung des Pfeils um seine Achse und/oder durch Drehung jeder Walze 35 um ihre Achse 60, wie es ebenfalls durch die Richtung des Pfeils angedeutet ist, erfolgen. Das Gehäuse 20 kann aber auch stationär sein, und jede Walze 35 dreht sich sowohl um die Achse des Gehäuses 20 als auch um ihre eigene Achse 60. Die Drehung jeder Walze 35 um die Achse 70 des Gehäuses 20 erfolgt mit Hilfe eines Arms 80, der drehbar an der Achse 70 des Gehäuses 20 angebracht ist. Eine Walze 35 ist an diesem Ende des Arms 80 angebracht. Bei einer solchen Anordnung hat die Mühle tatsächlich zwei Paare von konvergierenden Flächen, wobei jede Walze 35 eine rollbare Oberfläche 30 ergibt, die einen Spalt aufweist, wobei die rollbare Oberfläche 30 der Innenfläche des Gehäuses 20 am nächsten liegt.
Das zermahlene kohlenstoffhaltige Material 90 wird dann extrudiert, wodurch das Material weiter geschert wird. Das scheren de Zerreiben und die Extrusion erfolgen in einem einzigen Verfahrensschritt, so dass es nicht nötig ist, das Material aus einer Zerreibvorrichtung in einen Extruder zu transportieren. Die Extrusion wird dadurch bewirkt, dass das zerriebene Material 90 durch sich verjüngende Öffnungen 95 gedrückt wird, deren Durchmesser sich vermindert, wenn das Material durchgedrückt wird. Der Einfachheit halber sind in 1 nur einige Öffnungen gezeigt, obwohl sich die Öffnungen 95 in Wirklichkeit praktisch vollständig um das gesamte Gehäuse 20 erstrekken, so dass das Gehäuse 20 als Formwerkzeug 100 funktioniert. Die sich verjüngenden Öffnungen 95 bewirken die Ausübung von sehr hohen Drücken auf das Material während der Extrusion, wodurch eine weitere mechanische Freisetzung von Wasser aus den Mikroporen der Braunkohle erzielt und die Kohleteilchen nahe aneinander gebracht werden, wodurch eine erneute Bindung zwischen den Teilchen gefördert wird. Das extrudierte Material bildet die Zylinder 105, die zu Pellets geschnitten werden können.
Bei einem anderen Typ einer Pelletiermühle 110 mit drehender Walze, die schematisch in 2 dargestellt ist, sind eine oder mehrere rollbare gekrümmte Flächen 130 dicht angrenzend an einer im wesentlichen ebenen Fläche 140 angeordnet, wobei jede rollbare gekrümmte Fläche 130 zusammen mit der ebenen Fläche 140 zwischen sich einen Spalt bildet. Die rollbare gekrümmte Fläche 130 ist die Fläche einer zylindrisch geformten Walze 135. Die Drehachse X, Y jeder Walze 135 ist im wesentlichen parallel zu der ebenen Fläche 140. Jede zylindrische Walze 135 ist drehbar unmittelbar oberhalb der ebenen Fläche 140 angeordnet. Jede drehbare Walze 135 ist weiterhin drehbar um eine Achse A senkrecht zu der ebenen Fläche 140 angeordnet. Die zerriebene Braunkohle 190 wird extrudiert, indem sie durch die Öffnungen 195 in einem Formwerkzeug 200 gedrückt wird, dessen obere Fläche die ebene Fläche 140 darstellt. Zylinder von extrudierter Braunkohle 205 treten auf der anderen Seite des Formwerkzeugs 200 aus, wo sie in Pellets geschnitten werden können.
Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugten Pellets können vorteilhafterweise als Ausgangsmaterial für die anschließende Herstellung von Koks verwendet werden. Die Pellets werden üblicherweise in einen Brennofen (kiln) oder einer Retorte, vorzugsweise in einem Drehrohrofen, eingeführt. Gewöhnlich stellt der Drehrohrofen einen geneigten zylindrischen Ofen dar, der sich langsam um seine Achse dreht. Die Pellets werden am oberen Ende eingeführt, und sie bewegen sich unter dem Einfluss der Schwerkraft langsam zum unteren Ende und mit Hilfe von Spiralblechen innerhalb des Ofens. Während die anfängliche Inbetriebnahme des Ofens mit Hilfe einer äußeren Brennstoffquelle (z.B. Erdgas, Öl oder gepulverte Kohle) erfolgt, ermöglichen die von den Pellets während des Verfahrens abgegebenen brennbaren Gase eine weitere Prozessführung mit eigenem Brennstoff.
Die braunkohlehaltigen Pellets enthalten gewöhnlich insgesamt etwa 12% Wasser, sowie Kohlenstoff, flüchtige Substanzen und Mineralien, die in der ursprünglichen Braunkohle vorkommen. Während der Erhitzung der Pellets wird zunächst freies Wasser entwickelt, anschließend gebundenes Wasser, sobald die Temperatur etwa 250°C erreicht hat. Mit zunehmender Temperatur werden flüchtige Substanzen, hauptsächlich Kohlenwasserstoffe, wie Methan, zwischen 400 und 700°C freigesetzt. Diese flüchtigen Substanzen zersetzen sich weitgehend zu Kohlenmonoxid, Wasserstoff und etwas Kohlendioxid. Das Produkt des Verkokungsprozesses ist der ursprüngliche Kohlenstoff sowie die von den Mineralien stammende Asche.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die nach dem erfindungsgemäßen scherenden Zerreiben und Extrudieren erhaltenen Pellets dicht und fest sind, so dass sie anschließend als Ausgangsmaterial in einem Drehrohrofen verwen det werden können, ohne dass sie nennenswert brechen. Dies ist gegenüber den Briketts nach dem Stand der Technik ein beträchtlicher Vorteil, da diese bei der Verarbeitung in einem Drehrohrofen die Neigung haben, zu brechen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können metallhaltige Materialien während des scherenden Zerreibens mit der Braunkohle kombiniert und den anschließend erzeugten Pellets einverleibt werden. Die Herstellung dieser Verbund-Pellets kann erwünscht sein, um schwierig zu handhabende feine Metalloxid-Stäube, die beispielsweise als Abfall in elektrischen Lichtbogenöfen gebildet werden, in eine bequemere und leicht zu handhabende Form zu bringen. Diese Pellets können auch als Ausgangsmaterialien in einem anschließenden Verfahren zur Reduktion und Gewinnung der Metalle verwendet werden.
Diese Modifikation des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nachstehend mit besonderer Betonung auf Ihre Anwendung zur Gewinnung von Metallen aus Stäuben, die beim Schmelzen von Eisen und Stahl gebildet werden, insbesondere beim Schmelzen von Stahlschrott in elektrischen Lichtbogenöfen, beschreibend das Verfahren ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt und kann allgemein zur Gewinnung von Metallen aus verschiedenen Materialien, insbesondere teilchenförmigen Materialien, angewendet werden. Andere metallhaltige Materialien können kupferhaltige Materialien, wie Kupfersulfide und/oder Kupferoxide, enthalten.
Die beim Schmelzen von Eisen und Stahl, insbesondere beim Schmelzen von Stahlschrott in elektrischen Lichtbogenöfen, erzeugten Stäube enthalten üblicherweise einen hohen Anteil an Zink (etwa 20 bis 30%), zusätzlich mit einer Menge von Eisen und viel kleineren Mengen an Blei und verschiedenen anderen Begleitelementen. Die sichere Beseitigung dieser Materialien bereitet große Schwierigkeiten, da bei ihrer Entsorgung in Deponien die löslichen Elemente, wie Zink, Cadmium und Kupfer, leicht in das Grundwasser ausgelaugt werden können. Werden sie auf eine Halde gebracht, so werden diese Materialien vom Wind verweht, und die hierbei erzeugten beträchtlichen Mengen machen einen solchen Weg unpraktikabel. Bei einigen gängigen Verfahren wird der Staub zu getrennten Staubbehandlungsanlagen (fuming plants) gebracht, was aber kostspielig ist und außerdem nur ein Teil des darin enthaltenen Zinks und kein Eisen wiedergewonnen wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Wiedergewinnung von sehr hohen Anteilen aller maßgeblichen Elemente auf wirtschaftliche Weise, ohne dass gefährliche Rückstände hinterbleiben. Weiterhin können die Behandlungsanlagen klein und nicht kapitalintensiv sein, und sie können zweckmäßig in der Nähe der vorstehend erwähnten elektrischen Lichtbogenanlagen stehen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden erfindungsgemäß geringwertige kohlenstoffhaltige Materialien, wie Braunkohle, Torf, weiche Lignite mit verhältnismäßig hohem Wassergehalt oder aus Anlagen stammende Materialien entweder einzeln oder in Kombination in gründlicher Mischung mit dem Staub in Form von Verbund-Pellets oder Agglomeraten verwendet.
Wie vorstehend beschrieben, setzt Braunkohle das in ihrer Mikrostruktur enthaltene Wasser frei, wenn sie durch Scheren zerrieben wird, um eine feuchte, glatte, plastische Masse zu bilden, worauf die Kohleteilchen sich schnell wieder miteinander verbinden, wobei ein beträchtlicher Wasserverlust entsteht und ein relativ hartes, dichtes Produkt mit einem geringen Wassergehalt gebildet wird. Der Staub aus dem elektrischen Lichtbogenofen, der der Kohle vor dem scherenden Zerreiben zugesetzt wird, wird in das harte Endprodukt in sehr enger Verbindung mit den Kohleteilchen eingebaut.
Die so hergestellten Verbund-Pellets können als Ausgangsmaterial in einem anschließenden Heißbrikettierverfahren verwendet werden, um reduzierte Kohlenstoff/Eisen-Briketts zu bilden, und/oder in einem Verfahren zur Wiedergewinnung von Metallen aus dem Staub von elektrischen Lichtbogenöfen verwendet werden.
Wenn die harten, trockenen Pellets beispielsweise in einer halb geschlossenen Retorte oder in einem Ofen, vorzugsweise einem Drehrohrofen, erhitzt werden, wobei die durch die Kohle erzeugte reduzierende Atmosphäre erhalten bleibt, kann die pyrolysierende Braunkohle eine äußerst starke Reduktionswirkung bei ziemlich niedrigen Temperaturen (500 bis 700°C) ausüben. Die feinteiligen Metalloxide in jedem Ofenstaub, die in den Verbundmaterialien enthalten sind, werden auf diese Weise vollständig reduziert und können schnell und vollständig in den metallischen Zustand überführt werden. Dies trifft nicht nur für Zink, Blei, Kupfer und Cadmium zu, sondern auch für Eisen, das einen Hauptbestandteil des Staubes darstellt.
Obwohl keine Beschränkung auf einen bestimmten Reduktionsmechanismus beabsichtigt ist, so nimmt man an, dass bei Anwesenheit von Eisenoxiden im Verbund-Pellet bei einer Erhöhung der Ofentemperatur auf mehr als 500°C eine Reduktion des Hämatits (Fe₂O₃) zu Magnetit (Fe₃O₄) erfolgt, worauf letzterer zu Wüstit (FeO) reduziert wird. Anschließend wird der Wüstit ab 900°C zu metallischem Eisen reduziert. Während der Pyrolyse der Braunkohle werden vorzugsweise ausreichend flüchtige Stoffe produziert, um den Bedarf an einem chemischen Reduktionsmittel zu decken und zumindest einen großen Teil des Brennstoffs für das Verfahren bereitzustellen. Die reduzierten Pellets erhalten also direkt reduziertes Eisen (Direct Reduced Iron, DRI), was eine allgemeine Bezeichnung für das Produkt des Verfahrens ist, bei dem oxidische Eisenerze oder Konzentrate im festen Zustand durch Reduktionsmittel, wie Wasser stoff, Kohlenmonoxid und Kohle, zu metallischem Eisen reduziert werden.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Reduktionstemperatur des Eisenoxids in den Verbund-Pellets etwa 500 bis 700°C beträgt, und somit niedriger ist als die gewöhnlich erforderliche Reduktionstemperatur, nämlich etwa 1200°C.
Die reduzierten Pellets können durch Heiß- oder Kaltbrikettierung, gegebenenfalls nach dem Zerdrücken, weiter verarbeitet werden. Wenn die DRI enthaltenden reduzierten Pellets heißbrikettiert werden, erhält man heißbrikettiertes Eisen (Hot Briquetted Iron, HBI). Dieses Produkt hat gewöhnlich die Form von dichten, harten Pellets, die gründlich miteinander vermischtes metallisches Eisen und Kohlenstoff enthalten. Bei dem Heißformverfahren wird das Material verdichtet, z.B. durch Verminderung der Porosität, und es werden Luft und/oder Feuchtigkeit ausgeschlossen, wodurch die Oxidation des Eisens und des Kohlenstoffs in den Briketts vermindert wird. Das HBI kann gelagert und anschließend als Einsatzmaterial in Öfen zur Erzeugung von Eisen und/oder Stahl verwendet werden.
Ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die reduzierten Pellets alternativ kalt brikettiert werden können. Bei diesem Verfahren lässt man die reduzierten Pellets in einer inerten Atmosphäre auf etwa Raumtemperatur abkühlen, bevor man sie zu Briketts formt. Die Abkühlung in Gegenwart einer inerten Atmosphäre vermindert die Oxidation des Eisens und des Kohlenstoffs in den Pellets, bevor sie zu Briketts geformt werden. Die Pellets können vor der Brikettierung zerdrückt und mit einem Bindemittel oder einem anderen Zusatz vermischt werden. Wie beim Heißbrikettieren wird auch beim Kaltbrikettieren das Material durch Verminderung der Porosität verdichtet, und es werden Luft und Feuchtigkeit ausgeschlossen, um die Oxidation des Eisens und des Kohlenstoffs zu minimieren.
Anschließend an oder anstelle des Heiß- oder Kaltbrikettierens, kann das Verfahren weiterhin die Abtrennung der reduzierten Metalle aus dem restlichen Koks und der Gangart umfassen. Wenn die Pellets reduzierte Metalle enthalten, die aus den Stäuben von elektrischen Lichtbogenöfen stammen, kann diese Trennung eine von zwei Alternativen darstellen.
Bei der ersten Alternative werden metallisches Zink, Blei und Cadmium nach ihrer Wiedergewinnung verflüchtigt, und die Dämpfe werden mit Hilfe eines inerten Trägergases, z.B. Stickstoff oder Argon, in einen geeigneten Kondensator geleitet. Dies wird dadurch erreicht, dass die Temperatur stetig auf etwa 1000°C erhöht wird, bis die flüchtigen Metalle vollständig entfernt sind. Die hinterbleibenden Verbundmaterialien enthalten dann nur noch reduziertes Eisen, Kohlenstoff und Gangart, und können in den Ofen zurückgeführt werden. Man muss darauf achten, dass bei dem Verfahren keine oxidierenden Gase während der Verflüchtigung vorhanden sind.
Die zweite bevorzugte Alternative besteht darin, dass Zinkoxid und geschmolzenes Eisen direkt aus den heißen reduzierten Verbundmaterialien erzeugt werden. Zu diesem Zweck können die reduzierten Verbundpellets bei etwa 700°C in ein geeignetes Gefäß entleert werden, in welchem vom Boden aus geblasen und Sauerstoff mit einer geeigneten Geschwindigkeit eingeführt wird. Die Verbrennung des heißen Kokses bewirkt einen schnellen Temperaturanstieg, wobei Zink, Blei und Cadmium verflüchtigt und dann in der Atmosphäre oberhalb der Beschickung oxidiert werden. Die oxidierten Metalle können leicht in einem "Sackhaus-System" (bag house System) gesammelt werden. Der Hauptteil des restlichen Eisens im brennenden Verbundmaterial schmilzt schnell, wodurch eine wirksame Wiedergewinnung des im ursprünglichen Ofenstaub enthaltenen (Eisens) erzielt wird.
Eine Betrachtung der Flüchtigkeiten der betreffenden Unedelmetalle erleichtert das Verständnis des dem Verfahren gemäß der Erfindung zugrunde liegenden Grundgedankens. Die Siedepunkte von Zink, Cadmium und Blei sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

Metall Siedepunkt°C

Zink 906

Cadmium 765

Blei 1740
Auf der ersten Stufe der Pyrolyse/Reduktion der Verbundmaterialien sollte die Temperatur auf etwa 700 bis 725°C beschränkt werden, um eine Verflüchtigung des Zinks und des Cadmiums zu vermeiden. Dieser Temperaturbereich reicht aus, um eine vollständige Reduktion der Metalloxide und eine Entfernung der meisten organischen flüchtigen Substanzen (hauptsächlich Phenole) aus der erhitzten Kohle zu erreichen. Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl das Blei verhältnismäßig wenig flüchtig ist, ein Teil dieses Metalls während des Erhitztes auf 1000°C in einem Trägergasstrom, vermutlich in Form von Mikrotröpfchen, mitgerissen wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird unter Berücksichtigung der nachstehenden, nicht einschränkenden Beispiele erläutert.
Beispiel 1: Bildung von aufbereiteten Braunkohlepellets
Loy Yang-Braunkohle, die, aus dem Bergwerk kommend, 60 Gew.-% Wasser enthält, das sich nach der Lagerung in Säcken auf 55 Gew.-% vermindert, wurde einem scherenden Zerreiben und einer Extrusion in einer Pelletiermühle unterzogen. Die feuchten Pellets hatten nach ihrer Bildung einen Durchmesser von 12 mm. Die Pellets wurden in einer offe nen Halle (shed) mit freier Luftbewegung auf natürlichem Weg trocknen gelassen.

Die maximale Tagestemperatur während des Versuchs betrug 26 bis 28°C. Der Wassergehalt der Pellets wurde als Funktion der Zeit gemessen und ist in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2

Zeit	Wasser
Vor dem Pelletieren	55
15–20 Minuten nach dem Pelletieren	38
1 Stunde nach dem Pelletieren	36,5
4 Stunden nach dem Pelletieren	23,0
20 Stunden nach dem Pelletieren (nächster Tag)	17,5.

Diese Ergebnisse zeigen den sehr schnellen Wasserverlust und die damit einhergehende Verdichtung und Härtung, die bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung erzielbar sind. Nach 20 Stunden waren die Pellets für weitere Anwendungen geeignet.
Beispiele 2 und 3: Wiedergewinnung von Metallen aus Verbundpellets aus Braunkohle und Staub aus elektrischen Lichtbogenöfen
In jedem Fall wurde Braunkohle aus Morwell, Victoria, zusammen mit dem Staub aus elektrischen Lichtbogenöfen von Smorgon Steel, Laverton, Victoria, verwendet. Der Staub hatte die in Tabelle 3 angegebene Zusammensetzung. Tabelle 3

Element Gew.-%

Zink 27,45

Eisen 21,08

Calcium 3,49

Blei 2,36

Mangan 1,16

zusammen mit den Begleitelementen

ppm

Kupfer 1730

Cadmium 375

Nickel 206

Kobalt 5.
Beispiel 2
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Verbundpellets mit einem Kohle/Staub-Verhältnis von 1:2 wurden als Ausgangsmaterialien für einen Retortenofen verwendet. Die Retorte wurde 50 Minuten auf etwa 700°C erhitzt, worauf die Temperatur progressiv zuerst auf 940°C und schließlich auf 1050°C über einen Zeitraum von 30 Minuten erhöht wurde. Während der letzten Erhitzungsstufen wurde ein Strom aus vorerhitztem, sauerstofffreiem Stickstoff verwendet, um die flüchtigen Metalle aus der Retorte in einen einfachen Röhrenkondensator auszutragen, der mit Hilfe einer Wasserfalle von der Atmosphäre isoliert war. Die Wirksamkeit des Verfahrens nach diesem Beispiel wurde durch Analyse von vier getrennten Proben der restlichen abgekühlten Koksverbundstoffe in der Retorte bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4

Probe % Zink verflüchtigt

1 97,52

2 97,27

3 97,67

4 97,51.
Das kondensierte Metall hatte die in Tabelle 5 angegebene Zusammensetzung. Tabelle 5

Element Gew.-%

Zink 99,3

Blei 0,50

Eisen 0,12

Magnesium 0,0003

Mangan 0,002

Kupfer 0,0001

Cadmium 0,0025

Nickel 0,024

Kobalt 0,001.
Beispiel 3
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Verbundpellets mit einem Kohle/Staub-Verhältnis von 1:1 wurden als Ausgangsmaterialien für einen Retortenofen verwendet. Die Retorte wurde 60 Minuten auf etwa 700°C erhitzt, worauf die Temperatur über weitere 80 Minuten auf 1170°C erhöht wurde, wobei in der zweiten Erhitzungsstufe ein Stickstoffstrom durch die Retorte geleitet wurde, um das verflüchtigte Metall in den Kondensator überzuführen. Die Wirksamkeit wurde durch Messung des wiedergewonnenen Materials (Zink) im Kühler und des restlichen Zinks im abgekühlten Koks bestimmt. In vier getrennten Bestimmungen wurde ein Verflüchtigungsgrad von 100 festgestellt.
Die Zusammensetzung des kondensierten Metalls ist in Tabelle 6 angegeben. Tabelle 6

Element Gew.-%

Zink 97,3

Blei 1,32

Eisen 0,32

Mangan 0,058

Kupfer 0,006

Cadmium 0,175

Nickel 0,0026

Kobalt 0,001.
Die Analyse des kondensierten Metalls ergab, dass mehr Blei ausgetragen wurde als man aufgrund der höheren Endtemperatur erwarten konnte.
Die vorhergehenden Beispiele zeigen, dass das Verfahren gemäß der Erfindung eine praktisch vollständige Trennung und Wiedergewinnung des Zinks aus Ofenstäuben ermöglicht.
Beispiele 4 und 5: Herstellung von Kaltbriketts
Beispiel 4
Beispiel 4 erläutert die Herstellung von Briketts durch Kompaktierung von kaltem Schwammeisen (cold sponge iron, DRI), das durch Reduktion der erfindungsgemäß hergestellten und auf Raumtemperatur abgekühlten Pellets hergestellt worden war.
45 g kaltes Schwammeisen wurde mit 1,0 g eines Bindemittels und 1,0 ml Wasser vermischt und mit einer Belastung von 48 Tannen (264 MPa) verdichtet. Das erhaltene Kaltebrikett brauchte nur in geringem Umfang in Luft getrocknet werden, bevor es als Einsatzmaterial für die weitere Verarbeitung bei Raumtemperatur verwendet wurde.
Beispiel 5
Beispiel 5 erläutert ein Verfahren zur Herstellung von kaltbrikettiertem Schwammeisen, das durch die Reduktion von Eisenoxiden in den erfindungsgemäß hergestellten Verbund-Pellets erhalten wurde.
45 g kaltes Schwammeisen und Verunreinigungsphasen wurden zu einem gleichmäßigen Gemisch vermahlen und mit 1 g eines Bindemittels (Stearinsäure) vermischt. Das erhaltene Gemisch wurde mit einer Belastung von 30 Tonnen (165 MPa) verdichtet. Die erhaltenen Briketts brauchten vor ihrer Verwendung als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Eisen nicht weiter behandelt zu werden.

Claims

Verfahren zur Verbesserung oder Aufbereitung (upgrading) von Braunkohle, welches folgende Stufen umfasst: Bereitstellung einer Pelletiermühle mit rotierender Walze, welche zumindest eine Walze, ein Formwerkzeug bzw. ein Gehäuse sowie zwei oder mehrere gegeneinander geneigte Flächen umfasst, die zwischen sich einen Spalt begrenzen, wobei mindestens eine der Flächen die Oberfläche der zumindest einen Walze ist und in einer Richtung zum Spalt hin rollbar ist, und weiter sich verjüngende Öffnungen in mindestens einer der konvergierenden Flächen, insbesondere des Formwerkzeuges bzw. des Gehäuses, vorgesehen sind; Aufgabe von Braunkohle in den Spalt, wobei durch die Rollwirkung der mindestens einen rollbaren Fläche die Braunkohle einer Scherbeanspruchung unterzogen wird, wodurch die mikroporöse Struktur der Braunkohle zerrieben und das in den Mikroporen enthaltene Wasser freigesetzt wird; Fortsetzen des scherenden Zerreibens, bis sich die Braunkohle zu einer plastischen Masse verformt hat; Extrudieren der plastischen Masse entweder im Wesentlichen sofort nach oder gleichzeitig mit dem scherenden Zerreiben, worin das Extrudieren dadurch bewirkt wird, dass die zerriebene Braunkohle durch die Rollwirkung der rollbaren Fläche durch die sich verjüngenden Öffnungen gedrückt wird, die einen sich vermindernden Durchmesser aufweisen, so dass hohe Drücke auf das Material während der Extrusion ausgeübt werden, wodurch eine weitere mechanische Freisetzung des Wassers aus den Mikroporen der Braunkohle erfolgt und die Kohleteilchen gegeneinander angedrückt werden, wodurch eine erneute Bindung zwischen den Teilchen gefördert wird; und die extrudierte Braunkohle zu Pellets geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Mühle ohne Luftseparator (air separator) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Öffnungen einen Durchmesser von etwa 8 bis 20 mm und eine Länge von etwa 15 bis 100 mm haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die extrudierte, zerriebene Braunkohle zu Pellets geschnitten wird.
Verfahren nach Anspruch 4, worin die Pellets als Einsatzmaterial in einem Verfahren zur Erzeugung von Koks verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Verfahren zur Erzeugung von Koks in einem Drehrohrofen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, worin bei dem Verfahren zur Herstellung von Koks eine Pyrolyse der Braunkohle in den Pellets zwischen 400 und 700°C stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin ein metallhaltiges Material mit der Braunkohle vor oder während des scherenden Zerreibens vermischt wird, um eine plastische Verbundmasse zu bilden und die plastische Verbundmasse zu Verbundpellets extrudiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei weiter die Verbundpellets erhitzt werden, um die Braunkohle zu pyrolysieren und genügend Reduktionsmittel zu bilden, um das metallhaltige Material zum Metall zu reduzieren, wobei ein reduziertes Verbundmaterial erhalten wird, das das reduzierte Metall und eine kohlenstoffhaltige Phase enthält.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, worin das metallhaltige Material ein Metalloxid oder -sulfid, z.B. ein Oxid oder Sulfiddes Eisens, Zinks, Bleis, Kupfers oder Kadmiums darstellt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, worin das metallhaltige Material ein Oxid oder Sulfid des Eisens oder Kupfers darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, worin das metallhaltige Material einen beim Schmelzen von Eisen und Stahl entstehenden Staub, vorzugsweise einen beim Schmelzen von Schrott in einem elektrischen Lichtbogenofen entstehenden Staub darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, worin die Erhitzung in einer halbgeschlossenen Retorte oder in einem Ofen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, worin die Pyrolyse der Braunkohle während der Erhitzung bei einer Temperatur zwischen 500 und 700°C erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüchen 12 bis 14, worin der Staub Eisenoxid und das bei der Reduktion des Eisenoxids auf der Stufe des Erhitzens gebildete Metall direkt reduziertes Eisen (direct reduced iron, DRI) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das DRI heiß oder kalt brikettiert, vorzugsweise kalt brikettiert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, worin das DRI vor dem Kaltbrikettieren in einer inerten Atmosphäre auf etwa Raumtemperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, worin das reduzierte Metall im reduzierten Verbundmaterial von der reduzierten kohlenstoffhaltigen Phase abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, worin das reduzierte Verbundmaterial in Gegenwart von Sauerstoff erhitzt wird, um die reduzierte kohlenstoffhaltige Phase zu verbrennen und die Temperatur des reduzierten Verbundmaterials soweit zu erhöhen, dass das Eisen im Verbundmaterial schmilzt.
Aufbereitete Braunkohle, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Koks, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7.
Verbundmaterial aus metallhaltigem Material und aufbereiteter Braunkohle, hergestellt mit dem Verfahren nach Anspruch 8.
Reduziertes Verbundmaterial, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17.
Metall, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 18 und 19.