DE102013114339A1

DE102013114339A1 - Verfahren zur Pelletierung von feinkörnigen Erzen

Info

Publication number: DE102013114339A1
Application number: DE102013114339.3A
Authority: DE
Inventors: Alpaydin Saatci; Katharina Kremmer; Jan Weckes; Günther Bähr
Original assignee: Outotec Finland Oy
Current assignee: Outotec Finland Oy
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-18
Also published as: EP3084020A1; CA2931321C; BR112016014265B1; CA2931321A1; AU2014364667A1; EA201691129A1; WO2015091528A1; EP3084020B1; AU2014364667B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pelletierung von feinkörnigen Erzpartikeln mit folgenden Schritten: a) Mischen der Erzpartikel mit Wasser, dem oberflächenaktive Stoffe zugegeben wurden, b) Zugeben eines Bindemittels und, wenigstens eines Zuschlagstoffs zur Herstellung einer Pelletiermischung, c) Zuführung der Pelletiermischung zu einer Pelletiervorrichtung, und d) Verarbeitung der Pelletiermischung in der Pelletiervorrichtung zu Pellets unter Zugabe von Wasser, dem oberflächenaktive Stoffe zugesetzt wurden.

Description

Die Erfindung betrifft die Pelletierung von feinkörnigen Erzpartikeln.
Feinkörnige Erzpartikel fallen bei einer Vielzahl von Prozessen an. Zum einen werden für die Herstellung von Roheisen, größere Erzbrocken gemahlen, wobei feinkörnige Erzpartikel entstehen. Zum anderen fallen feinkörnige Erzpartikel auch bei der Metallurgie als Stäube an. Das feinkörnige Erzmaterial lässt sich nur schwer handhaben und wird daher agglomeriert, insbesondere pelletiert. Zum Pelletieren wird das Erzpulver auf rotierenden Tellern oder in Drehrohrtrommeln mit Wasser vermischt. Die sich dabei bildenden feuchten Erzkügelchen werden Grünpellets genannt. Sie werden anschließend getrocknet und zwischen 1000 und 1400 °C gebrannt, bevor die eigentliche Erzreduktion folgt.
Aus der EP 1 263 995 B1 ist ein Verfahren zur Agglomeration und Sinterung von Eisen- und Zinkerzen bekannt. Dabei werden feinverteilte Feststoffe mit einem Brennstoff und einem Sinteragglomerierungsmittel vermischt und anschließend einer Sintereinrichtung zugeführt, wobei zur Sinterung der Feststoffe das entstehende Sinterbett gezündet wird. Als Sinteragglomerierungsmittel werden wasserlösliche Polyether und/oder Ölemulsionen verwendet. Zur Herstellung der Ölemulsionen werden oberflächenaktive Stoffe zugesetzt.
Die DE 25 01 636 C2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Briketts durch Vermischen von möglichst wasserfreien Feststoffen mit einer wässrigen Emulsion eines organischen, bituminösen Bindemittels. Als Emulgatoren können Seifen oder andere oberflächenaktive Mittel verwendet werden. Die zur Brikettierung herangezogenen Feststoffe weisen Teilchengrößen von 0.1 mm bis 10 mm auf.
Auch in der DE 21 09 086 wird zur Brikettierung feiner Feststoffe ein organisches Bindemittel zugemischt, wobei als Bindemittel Kohlenhydrate, insbesondere Zucker, verwendet werden. Zur Aktivierung, insbesondere der Steigerung der Eindringfähigkeit, der Bindemittel werden oberflächenaktive Stoffe mit dem Bindemittel vorgemischt. Außerdem kann dem Gemisch aus Feststoff und Bindemittel Wasser zugesetzt werden, was die Knetbarkeit des Gemisches und den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 16% erhöht.
Im Gegensatz zu der Sinterung von feinen Feststoffen ist bei der Pelletierung kein Anbacken der Erzpartikel untereinander beabsichtigt, da sonst keine separaten Pellets gebildet würden. Daher sind die Anforderungen an die Sintermischung, beispielsweise in Hinblick auf den Zusatz von Brennstoffen oder das verwendete Bindemittel, anders als an eine Pelletiermischung.
Pellets sind für die weitere Metallverarbeitung meist besser geeignet als gesinterte Materialien, da Pellets eine höhere Porosität und damit eine größere Oberfläche aufweisen. Durch die größere Oberfläche laufen die folgenden physikalischen und/oder chemischen Prozesse, beispielsweise die Reduktion der Erze bei erhöhter Temperatur, deutlich effizienter ab.
Bei manchen Erzen, insbesondere manchen Eisenerzen oder Nickelerzen, ist eine Grünpelletierbarkeit schwierig, da aufgrund der Erzeigenschaften die Agglomeration der Feinanteile so schlecht ist, dass keine Pellets gebildet werden, sondern kleine und/oder unförmige Agglomerate mit wenigen mm Durchmesser. Pellets ausreichender Qualität mit einem gewünschten Durchmesser von bspw. > 9 mm, runder Form, ausreichender Festigkeit und glatter Oberfläche entstehen nicht.
Bspw. aus der oben beschriebenen Literatur ist es bekannt, oberflächenaktive Stoffe zuzugeben, um die Benetzbarkeit der Partikel zu erhöhen. Diese Zugabe verringert jedoch die Festigkeit der erzeugten Grünpellets und wird deshalb in der Praxis möglichst vermieden.
Auch ist bekannt, dass die Wirksamkeit der oberflächenaktiven Stoffe durch einen hohen Wassergehalt herabgesetzt wird. Dies wird dadurch erklärt, dass die Bindung der oberflächenaktiven Stoffe an die Partikel mit der Bindung der oberflächenaktiven Stoffe zu den Wassermolekülen konkurriert. Daher wurden oberflächenaktiven Stoffe nur in Zusammenhang mit einem relativ geringen Wassergehalt, insbesondere von < 20%, verwendet.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Pelletierung auch solcher feinkörniger Erzen zu ermöglichen, welche bisher einer Pelletierung nicht zugänglich waren.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Pelletierung der feinkörnigen Erzpartikeln erfolgt hierbei mit folgenden Schritten:

a) Mischen der Erzpartikel mit Wasser, dem oberflächenaktive Stoffe zugegeben wurden,
b) Zugeben eines Bindemittels und, wenigstens eines Zuschlagstoffs zur Herstellung einer Pelletiermischung,
c) Zuführung der Pelletiermischung zu einer Pelletiervorrichtung, und
d) Verarbeitung der Pelletiermischung in der Pelletiervorrichtung zu Pellets unter Zugabe von Wasser, dem oberflächenaktive Stoffe zugesetzt wurden.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden als oberflächenaktive Stoffe (Tenside) Substanzen bezeichnet, welche die Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen herabsetzen.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass durch die zweistufige Zugabe von Wasser und oberflächenaktiven Stoffen Pellets in ausreichender Größe und Festigkeit aus Erzen hergestellt werden, welche bisher als nicht pelletierbar galten.
Es wird vermutet, dass als Ursache für die schlechte Pelletierbarkeit in erster Linie unerwünschte Van-der-Waals Haftkräfte der Partikel untereinander auszumachen sind, welche durch den Einsatz der oberflächenaktiven Stoffe herabgesetzt werden.
Der Anteil an oberflächenaktiven Stoffen in dem zugesetzten Wasser beträgt erfindungsgemäß 0,2% bis 2% und bevorzugt etwa 0,5% bis etwa 1%. Dabei kann der Anteil an oberflächenaktiven Stoffen in dem Wasser bei der 1. Wasserzugabe (zu den Erzpartikeln) und bei der 2. Wasserzugabe (in der Pelletiervorrichtung) gleich, aber auch unterschiedlich sein. Der Anteil liegt jedoch immer in den angegebenen Grenzen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind alle Prozentangaben als Massenprozent zu verstehen.
Als oberflächenaktive Stoffe kommen erfindungsgemäß kationische, anionische, nichtionische oder amphotere Tenside in Betracht. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, handelsübliche Reinigungsmittel und bevorzugt Spülmittel als oberflächenaktiven Stoff zu verwenden.
In Weiterbildung der Erfindung ist das zugesetzte Bindemittel Bentonit, welches vorzugsweise in einem Anteil an der fertigen Pelletiermischung von bis zu 2,5%, bevorzugt von 1,5 bis 2,5%, insbesondere etwa 2% zugegeben wird. Die genannten Bentonitanteile können für sämtliche feinkörnigen Erzpartikel verwendet werden.
Allerdings werden besonders bevorzugt bei der Pelletierung von Nickelerzen Bentonitanteile von 1,5 bis 2,5%, insbesondere etwa 2%, verwendet. Für Eisenerze wird der Bentonitanteil besonders bevorzugt auf Werte von 0,5% bis 1%, insbesondere 0,7%, eingestellt.
Als Zuschlagstoff wird bevorzugt Kalkstein, vorzugsweise in einem Anteil an der Pelletiermischung von bis zu 10 %, bevorzugt 3 bis 10%, insbesondere etwa 8% zugegeben. Aber auch andere Zuschlagstoffe, wie Dolomit, Anthrazit oder Olivin, können zugesetzt werden.
Besonders effektiv lässt sich die 2. Wasserzugabe gestalten, wenn das mit oberflächenaktiven Substanzen versetzte Wasser auf einen Pelletierteller oder in eine Pelletiertrommel der Pelletiervorrichtung auf- bzw. eingesprüht wird. Dadurch wird eine gleichmäßige Verteilung des Wassers während der Pelletierung sichergestellt, wodurch besonders gleichförmige Pellets gebildet werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich als Edukt insbesondere Eisenerze, beispielsweise Hämatit, Magnetit, Pyrit, Siderit oder Limonit, aber auch Nickelerze, beispielsweise Garnierit, Kamacit, Saprolit oder Taenit.
Der Wassergehalt in der Pelletiermischung sollte auf Werte bis zu 30%, vorzugsweise größer als 15%, bevorzugt zwischen 20% und 30% und insbesondere auf etwa 25% eingestellt werden. Ist dieser Wasseranteil im feinkörnigen Erz bereits recht hoch, kann die erfindungsgemäße Zugabe des Wassers reduziert werden. Die genannten Wasseranteile eignen sich für sämtliche feinkörnigen Erzpartikel.
Besonders bevorzugt wird jedoch, den Wassergehalt bei der Pelletierung von Nickelerzen auf Werte zwischen 20% und 30%, insbesondere auf etwa 25%, einzustellen. Das liegt unter anderem daran, dass Nickelerze von Hause aus eine relativ hohe Feuchte aufweisen. Für Eisenerze werden besonders bevorzugt Wasseranteile größer 5%, insbesondere 8 bis 10%, verwendet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich feinkörnige Erzpartikel verarbeiten, welche zu wenigstens 50%, vorzugsweise zu wenigstens 80% einen Partikeldurchmesser von < 1 mm, bevorzugt < 150 µm und besonders bevorzugt < 100 µm aufweisen. Besonders bevorzugt sind Erze, welche einen mittleren Partikeldurchmesser von < 45 µm aufweisen, wobei insbesondere etwa 80% des Materials einen mittleren Durchmesser von < 45 µm zeigen.
Für eine gute Weiterverarbeitung weisen die geformten Pellets einen mittleren Durchmesser von > 9 mm und bevorzugt 16 bis 25 mm auf. Weiterhin haben die Pellets eine nahezu kugelförmige, insbesondere runde Form, ausreichende Festigkeit und eine glatte Oberfläche. Die genannten mittleren Durchmesser können für alle feinkörnigen Erzpartikel erhalten werden.
Besonders bevorzugt werden bei der Pelletierung von Nickelerzen Pellets mit einem mittleren Durchmesser von 16 bis 25 mm erhalten. Bei der Pelletierung von Eisenerzen werden besonders bevorzugt mittlere Durchmesser von 12,5 bis 16 mm erhalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
Pelletiervorgang
Zur Pelletierung werden feinkörnige Erzpartikel (etwa 80 % < 45 µm) zunächst mit Wasser vermischt (1. Wasserzugabe), wobei dem Wasser 0,5 bis 1 % oberflächenaktive Stoffe, bspw. Spülmittel oder andere Tenside, zugesetzt wurden. Die Menge an zugesetztem Wasser ist im Wesentlichen abhängig vom Wassergehalt des eingesetzten Erzes. Anschließend werden bis zu 2,5%, bevorzugt etwa 1 bis 2% Bentonit als Bindemittel und wenigstens ein Zuschlagstoff, insbesondere Kalkstein, in einem Anteil von bis zu 10%, vorzugsweise etwa 8%, beigemischt (Herstellung der Pelletiermischung).
Die Pelletiermischung wird dann einer Pelletiervorrichtung, insbesondere auf einen Pelletierteller oder in eine Pelletiertrommel, zugeführt, und dort unter Zugabe von weiterem Wasser (2. Wasserzugabe), welches wiederum 0,5 bis 1% oberflächenaktive Stoffe enthält, zu Pellets mit einer Größe von bis zu 25 mm verarbeitet. Die zugegebene Wassermenge wird dabei im Wesentlichen vom Pelletiervorgang bestimmt.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Wasser- und Tensidzugabe vor der Pelletierung allein nicht ausreicht, um aus den erfindungsgemäßen Erzen zufriedenstellende Pellets herzustellen. Vielmehr muss auch während der Pelletierung nochmals mit oberflächenaktive Stoffen versetztes Wasser zugeführt wurden.
Entgegen dem im Stand der Technik herrschenden Vorurteil, dass eine Zugabe oberflächenaktiver Stoffe die Festigkeit der Pellets vermindert, lassen sich mit der Erfindung auch aus der Pelletierung bisher nicht zugänglichen Erzen Pellets mit der gewünschten Größe, ausreichender Festigkeit (Grünfestigkeit ca. 1 bis 2 kg/Pellet, Trockenfestigkeit bis zu ca. 20 kg/Pellet), gleichmäßiger Form und glatter Oberfläche herstellen. Von der im Stand der Technik empfohlenen Zugabe organischer Bindemittel, beispielsweise Bitumen oder Kohlenhydraten, wurde abgesehen.
In den nachfolgenden Beispielen wurden jeweils 17 Grünpelletierversuche mit 35 kg Grünpellets durchgeführt. Als Bindemittel wurden 2% Bentonit und als Zuschlagstoffe 4 bis 8% Kalkstein sowie 0 bis 2% Anthrazit zugesetzt. Dem Wasser wurden 0,5% tensidhaltiges Spülmittel zugesetzt. Nach der Pelletierung wurden die erhaltenen Grünpellets bei 1000 bis 1400 °C gebrannt.
Beispiel 1: Pelletierung eines Eisenerzes
Die Pelletierung wurde wie oben beschrieben durchgeführt. Es wurde feinkörniges Limonit (Eisenerz) verwendet, wobei der mittlere Durchmesser von 100% der Partikel < 315 µm betrug und 64% der Partikel einen mittleren Durchmesser von < 45 µm aufwiesen.
Beispiel 2: Pelletierung eines Nickelerzes
Die Pelletierung wurde ebenfalls wie oben beschrieben durchgeführt. Jedoch wurde anders als in Beispiel 1 feinkörniges Saprolit (Nickelerz) verwendet, wobei der mittlere Durchmesser von 100% der Partikel < 315 µm betrug und 54% der Partikel einen mittleren Durchmesser von < 45 µm aufwiesen.
Die nach den Beispielen 1 und 2 hergestellten Grünpellets hatten einen mittleren Durchmesser von 16 bis 20 mm und ihre Feuchte betrug 23 bis 25%. Die erfindungsgemäße Feuchte liegt damit deutlich über den im Stand der Technik verwendeten Werten und setzt überraschenderweise die Wirksamkeit der zugesetzten oberflächenaktiven Stoffe nicht herab. Dies zeigte sich insbesondere daran, dass ohne die Zugabe der oberflächenaktiven Stoffe keine Pellets erhalten wurden. Die Grünfestigkeit der Pellets betrug 1,3 bis 2,0 kg/Pellet und die Trockenfestigkeit 12 bis 21 kg/Pellet.
Nach dem Brennen betrug der mittlere Durchmesser der gebrannten Pellets 12,5 bis 16 mm und die Kaltdruckfestigkeit 77 bis 327 kg/Pellet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1263995 B1 [0003]
DE 2501636 C2 [0004]
DE 2109086 [0005]

Claims

Verfahren zur Pelletierung von feinkörnigen Erzpartikeln mit folgenden Schritten: a) Mischen der Erzpartikel mit Wasser, dem oberflächenaktive Stoffe zugegeben wurden, b) Zugeben eines Bindemittels und, wenigstens eines Zuschlagstoffs zur Herstellung einer Pelletiermischung, c) Zuführung der Pelletiermischung zu einer Pelletiervorrichtung, und d) Verarbeitung der Pelletiermischung in der Pelletiervorrichtung zu Pellets unter Zugabe von Wasser, dem oberflächenaktive Stoffe zugesetzt wurden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an oberflächenaktiven Stoffen in dem Wasser 0,2% bis 2% und bevorzugt etwa 0,5% bis etwa 1% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenaktiven Stoffe aus einer Gruppe bestehend aus kationischen, anionischen, nichtionischen oder amphoteren Tensiden ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Bentonit, vorzugsweise in einem Anteil von bis zu 2,5%, zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zuschlagstoff Kalkstein, vorzugsweise in einem Anteil von bis zu 10%, zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser auf einen Pelletierteller oder in eine Pelletiertrommel der Pelletiervorrichtung auf- oder eingesprüht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als feinkörnige Erzpartikeln Eisenerze und/oder Nickelerze verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassergehalt der Pelletiermischung bis zu 30% beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die feinkörnigen Erzpartikel zu wenigstens 50%, vorzugsweise zu wenigstens 80% einen Partikeldurchmesser von < 100 µm und besonders bevorzugt < 45 µm aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der hergestellten Pellets > 9 mm.