DE102014010442A1 - Method and device for processing iron silicate stone - Google Patents
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Abstract
Das Verfahren dient zur Aufbereitung von Eisensilikatgestein. Aus dem Eisensilikatgestein wird mindestens ein Bestandteil mindestens teilweise entfernt. Mindestens ein zu Eisen unterschiedlicher Bestandteil wird dabei aus dem Eisensilikatgestein entfernt. Das aufbereitete Eisensilikatgestein wird zur Herstellung von Roheisen oder Stahl verwendet. Die Vorrichtung zur Verwertung des aufbereiteten Silikatgesteins ist als Einrichtung zur Herstellung von Roheisen oder Stahl ausgebildet.The method is used for the treatment of iron silicate rock. At least one component is at least partially removed from the iron silicate rock. At least one component other than iron is removed from the iron silicate rock. The processed iron silicate stone is used for the production of pig iron or steel. The device for recycling the treated silicate rock is designed as a device for the production of pig iron or steel.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Eisensilikatgestein, bei dem aus dem Eisensilikatgestein mindestens ein Bestandteil mindestens teilweise entfernt wird.The invention relates to a process for the treatment of iron silicate rock, in which at least one component is at least partially removed from the iron silicate rock.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Verarbeitung von aufbereitetem Eisensilikatgestein.The invention also relates to a device for processing processed iron silicate rock.
Das Eisensilikatgestein wird derzeit nahezu ausschließlich mechanisch verwertet. Das Eisensilikatgestein entsteht als Schlacke bei der Verhüttung von Kupfererzen.The iron silicate rock is currently being used almost exclusively mechanically. The iron silicate stone is produced as slag during the smelting of copper ores.
Das Eisensilikatgestein wird derzeit beispielsweise in Formen gegossen und die erhaltenen Formkörper werden zur Uferbefestigung verwendet. Ebenfalls ist bereits eine Granulierung des Eisensilikatgesteins bekannt. Grobes Granulat wird beispielsweise als Schotter für Bahndämme verwendet. Feineres Granulat kommt beim Sandstrahlen zum Einsatz.The iron silicate rock is currently being poured into molds, for example, and the resulting moldings are used for bank attachment. Likewise, granulation of the iron silicate rock is already known. Coarse granules are used for example as gravel for railway embankments. Finer granules are used in sandblasting.
Eisensilikatgestein besteht im Wesentlichen hinsichtlich seiner Gewichtsanteile aus Eisen, Silizium und Sauerstoff. Neben dem Gehalt an Eisen enthält das Eisensilikatgestein auch andere Elemente, beispielsweise Kupfer, Blei, Arsen, Nickel und/oder Zink.Iron silicate stone consists essentially of its weight proportions of iron, silicon and oxygen. In addition to the iron content, the iron silicate rock also contains other elements, for example copper, lead, arsenic, nickel and / or zinc.
Bei der Verhüttung von Kupfererzen (überwiegend Chalkopyrit) entstehen große Mengen an Schlacke. Bezogen auf die Menge an wertmetallhaltigem Einsatzmaterial fällt in der Kupferindustrie mit 600 kg Schlacke/t Erzkonzentrat im Vergleich zur Eisen- und Stahlindustrie etwa die dreifache Menge Schlacke an.The smelting of copper ores (mainly chalcopyrite) produces large amounts of slag. Based on the amount of valuable metal-containing feedstock, the copper industry produces 600 kg slag / t ore concentrate, which is about three times the amount of slag compared to the iron and steel industry.
Weltweit wird bereits Schlackenreinigung betrieben mit dem Hauptziel der Steigerung/Maximierung der Kupferausbringung. Es gibt letztlich zwei Verfahrensansätze:
- a) Pyrometallurgisch – im E-Ofen oder im öl-/gasbefeuerten Teniente-Ofen. Dabei erfolgt eine schmelzflüssige Behandlung der Schlacke durch gravimetrische Phasentrennung des Schlacken/Kupfersteingemisches. Eine Koksabdeckung (Reduktant) hat die Hauptaufgabe, einen Sauerstoffzutritt zur Schmelze zu vermeiden.
- b) Hydrometallurgisch – Schlackenflotation. Nach Erstarren der Schlacke erfolgt ein Mahlprozess und anschließend die Flotation der sulfidischen Kupferpartikel. Es entsteht ein Konzentrat, das wieder in den Primärprozess zurückgeführt werden kann.
- a) Pyrometallurgical - in the electric furnace or in the oil / gas fired Teniente furnace. In this case, a molten treatment of the slag by gravimetric phase separation of the slag / Kupfersteingemisches. A coke cover (reductant) has the main task to prevent oxygen access to the melt.
- b) Hydrometallurgical slag flotation. After solidification of the slag, a grinding process and then the flotation of sulfidic copper particles. The result is a concentrate that can be returned to the primary process.
Die Restkupfergehalte dieser Verfahren liegen bei ca. 0,4–0,8% und beide Verfahren sind nicht für die metallurgische Entfernung weiterer Verunreinigungen ausgelegt. Das dabei entstehende Schlackenprodukt (egal ob aus pyro- oder hydrometallgisch) hat ein Problem: Es gibt nahezu keine wirtschaftliche Anwendung und die verfügbaren Anwendungen sind von geringer Wertschöpfung. Der größte Anteil der weltweit erzeugten Kupferschlacke (ca. 15 Mill. t/a) wird deshalb deponiert.The residual copper contents of these processes are approximately 0.4-0.8% and both processes are not designed for the metallurgical removal of further impurities. The resulting slag product (whether pyro- or hydrometallic) has one problem: there is virtually no commercial application and the available applications are of little value added. The largest share of copper slag produced worldwide (approx. 15 million t / a) is therefore landfilled.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, dass eine verbesserte Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit bereitgestellt wird.The object of the present invention is to improve a method of the aforementioned type such that improved economy and sustainability is provided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein zu Eisen unterschiedlicher Bestandteil mindestens teilweise entfernt wird und dass das aufbereitete Eisensilikatgestein zur Herstellung von Stahl oder Roheisen verwendet wird.This object is achieved in that at least one component other than iron is at least partially removed and that the processed iron silicate rock is used for the production of steel or pig iron.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, dass eine verbesserte Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit erreicht wird.Another object of the present invention is to construct a device of the initially mentioned type such that improved economy and sustainability is achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung als eine Einrichtung zur Herstellung von Roheisen oder Stahl ausgebildet ist.This object is achieved in that the device is designed as a device for the production of pig iron or steel.
Der Metallinhalt von Kupferschlacken wurde bisher nicht genutzt (weder die Nichteisenmetalle noch der Eiseninhalt). Bei einer Schlackenmenge von 700 kt/a entspricht dies einem Eiseninhalt von 280 kt/a. Die Schlacke ist bereits flüssig und es muss daher nur mehr vergleichsweise wenig Energie aufgewendet werden, um den Prozess durchzuführen. Daher basiert die vorliegende Erfindung auf dem Ansatz, die Nichteisenmetalle aus dem Schlackenprodukt zu entfernen und das verbleibende Schlackenprodukt (enthält Schlackenbildner Si, Ca, Mg, Al und Fe als Oxide) als Rohstoff für die Herstellung von Roheisen oder Stahl zu verwenden.The metal content of copper slags has not been used (neither the non-ferrous metals nor the iron content). With a slag amount of 700 kt / a, this corresponds to an iron content of 280 kt / a. The slag is already liquid and therefore only relatively little energy has to be expended to carry out the process. Therefore, the present invention is based on the approach to remove the non-ferrous metals from the slag product and to use the remaining slag product (containing slag formers Si, Ca, Mg, Al and Fe as oxides) as raw material for the production of pig iron or steel.
Dieser nachgeschaltete Prozess erlaubt den vorgelagerten Prozessschritten mehr Flexibilität bei der Verarbeitung der Kupferrohstoffe. Die Komplexität dieser Rohstoffe hinsichtlich deren Zusammensetzung wird in Zukunft weiter steigen, was dadurch bedingt ist, dass die vorhandenen Kupfererzvorkommen ärmer werden. Neben wirtschaftlich interessanten Verunreinigungen (verarbeitende Hütten erhalten eine Vergütung von den Minen für die Verarbeitung von Konzentraten mit erhöhten Gehalten) wie z. B. As und Pb sind im Hinblick auf die Stahlindustrie vor allem auch z. B. Zn und Stahlschädlinge wie S und P wichtige Parameter. Darüber hinaus ist natürlich die Kupferausbringung entscheidend. Der neu entwickelte erfindungsgemäße Prozess deckt diese Anforderungen ab und verfolgt das Ziel der sog. „zero-waste-Metallurgie”, d. h. alle im Produktionsprozess entstehenden Produkte werden weiterverarbeitet.This downstream process allows the upstream process steps more flexibility in the processing of copper raw materials. The complexity of these raw materials in terms of their composition will continue to increase in the future, which is due to the fact that the existing copper ore deposits are poorer. In addition to economically interesting impurities (processing huts receive a fee from the mines for the processing of concentrates with increased levels) such. B. As and Pb are with regard to the steel industry especially z. Zn and steel pests such as S and P are important parameters. In addition, of course, the copper application is crucial. The newly developed process according to the invention covers these Requirements and pursues the goal of the so-called "zero-waste metallurgy", ie all products resulting from the production process are further processed.
Nachfolgend erfolgt eine stichpunktartige Beschreibung der wesentlichen Prozessschritte bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Aufbereitung von EisensilikatgesteinBelow is a point-like description of the main process steps in carrying out the preparation of iron silicate rock according to the invention
Prozessbeschreibungprocess description
Einsatzstoffe:Starting Materials:
- – Eisensilikatgestein, Fayalit – (Cu-Schlacke aus Primärkupfererzeugung)- iron silicate rock, fayalite - (copper slag from primary copper production)
- – Reduktionsmittel (fest, z. B. Koks, Kohle, z. B. Fe; gasförmig, z. B. CO, H2)Reducing agent (solid, eg coke, coal, eg Fe, gaseous, eg CO, H2)
- – Sammlermetalle (Cu, Fe)- Collector Metals (Cu, Fe)
- – Elektrische Energie- Electrical power
- – Erdgas oder Erdgaszersetzungsprodukte, Erdgasvergasungsprodukte oder Erdgansverbrennungsprodukte- natural gas or natural gas decomposition products, natural gas gasification products or natural gas burning products
- – Luft/Sauerstoff- air / oxygen
- – Kreislaufprodukte aus der Kupfer- und Stahlindustrie (z. B. Gekrätze, Glätten, Flugstäube, Speise, Metallphasen) oder Schlacken- Circulation products from the copper and steel industries (eg desserts, smoothing, fly ash, food, metal phases) or slags
Prozesstemperatur:Process temperature:
- – 1300–1600°C (optimale Prozesstemperatur bei 1400°C)- 1300-1600 ° C (optimum process temperature at 1400 ° C)
Aggregat(e):Unit (e):
- – E-Ofen (rechteckig, Behandlungszone, Ruhezone, Abstich als Überlauf ausgeführt, Zulauf über Rinnensystem, Gaseintrag durch Bodenspülung)- E-oven (rectangular, treatment zone, rest zone, tapping executed as overflow, inlet via gutter system, gas entry through soil rinsing)
- – Geschlossener AOD-Konverter mit Bodenspülung- Closed AOD converter with floor rinse
Prozessführung:Litigation:
- – Diskontinuierlich- discontinuous
- – Kontinuierlich (bevorzugt, abhängig von den laufenden Untersuchungen ob tatsächlich realisierbar)- Continuous (preferred, depending on the ongoing investigations if actually feasible)
- – Mehrstufig – Notwendig!- Multi-level - necessary!
Energiezuführung:Energy supply:
- – E-Ofen → elektrisch (sehr geringe Sauerstoffpotentiale einstellbar)- electric stove → electric (very low oxygen potentials adjustable)
- – AOD-Konverter → gasbefeuert (unterstöchiometrische Verbrennung erforderlich ( < 1; bevorzugt 0,8–0,9; Nachteil – Sauerstoffpotential erhöht im Vergleich zum E-Ofen)- AOD converter → gas-fired (substoichiometric combustion required ( <1; preferably 0.8-0.9; Disadvantage - oxygen potential increased compared to the electric furnace)
Verweilzeit:dwell time:
- – Noch nicht endgültig ermittelt; ca. 2–6 h- not yet finally determined; about 2-6 h
Produkte:Products:
- – Schlackenprodukt(e) – Fayalitprodukt, Magnetitprodukt- slag product (s) - fayalite product, magnetite product
- – Flugstaub- Flight dust
- – Metalllegierung- metal alloy
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawings, embodiments of the invention are shown schematically. Show it:
Die Schlacke aus dem primären Kupferprozess wird bevorzugt flüssig in den Tiefreduktionsprozess chargiert. Die flüssige Schlacke weist bevorzugt eine Temperatur im Bereich von 1200°C bis 1350°C auf. Typisch ist ein Temperaturwert von etwa 1260°C.The slag from the primary copper process is preferably charged liquid in the reduction process. The liquid slag preferably has a temperature in the range of 1200 ° C to 1350 ° C. Typical is a temperature value of about 1260 ° C.
Alternativ ist auch daran gedacht, Schlackenhalden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufzuarbeiten. Im Vergleich zur Verarbeitung von flüssiger Schlacke wird hier jedoch ein höherer Energiebedarf verursacht, da zunächst ein Einschmelzen des festen Materials erforderlich ist. Eine typische Analyse des Einsatzstoffes ist in der Tabelle gemäß
Ziel des Prozesses ist es, die enthaltenen edleren Wertmetalle durch selektive Reduktion vom Eisen zu trennen. Das Eisen verbleibt, gebunden an Silizium und/oder an Sauerstoff als Fayalitprodukt (Fe2SiO4) oder Magnetitprodukt (Fe3O4) für die weitere Verwendung als Einsatzstoff in der Eisen- und Stahlindustrie. Dieses Produkt enthält weitere Oxide von Ca, Mg oder Cr als Verunreinigungen. Die Spezifikation für das Produkt findet sich in der Tabelle gemäß
Während des Aufheizens auf die bevorzugte Prozesstemperatur von 1400°C muss durch den Eintrag von Sauerstoff der vorhandene Restschwefel aus dem System entfernt werden, damit die anschließende Reduktionsperiode effizient ausgeführt werden kann. Dadurch wird durch Zugabe von max. 7% festen Kohlenstoff bezogen auf die Schlackenmenge das Schmelzbad abgedeckt und vor weiterem Sauerstoffzutritt geschützt. Das CO/CO2-Verhältnis der Prozessatmosphäre ist so einzustellen, dass ein Sauerstoffpotential von 10–12 atm nicht überschritten wird. In dieser Phase verflüchtigen die volatilen Bestandteile der Schlacke und verlassen mit dem Abgas den Prozess. Im Zuge der Abgasbehandlung fallen diese in Form ihrer Oxide als Flugstaub an. Der erhaltene Flugstaub hat eine Zusammensetzung von etwa 40–60% Zn, 10–20% Pb und < 10% As und kann als Rohstoff für die Zinkerzeugung z. B. im sog. Wälzprozess eingesetzt werden. Aus dem hier betrachteten Beispiel mit einer Jahrestonnage von 700.000 t ist mit einer Flugstaubmenge von ca. 20.000 t zu rechnen.During the heating up to the preferred process temperature of 1400 ° C, the entry of oxygen must remove the residual sulfur present from the system so that the subsequent reduction period can be carried out efficiently. This is by adding max. 7% solid carbon based on the amount of slag covered the molten bath and protected from further oxygen access. The CO / CO 2 ratio of the process atmosphere should be adjusted so that an oxygen potential of 10 -12 atm is not exceeded. During this phase, the volatile components of the slag volatilize and leave the process with the exhaust gas. In the course of the exhaust treatment, these are incurred as fly ash in the form of their oxides. The resulting flue dust has a composition of about 40-60% Zn, 10-20% Pb and <10% As and can be used as a raw material for zinc production z. B. be used in the so-called. Rolling process. From the example considered here, with an annual tonnage of 700,000 t, a quantity of airborne dust of approximately 20,000 t is to be expected.
Der Kupfergehalt nach diesem Prozessschritt beträgt noch etwa 0,2–0,3% Cu. Zur selektiven Trennung von Kupfer und Eisen wird über am Boden angeordnete Spülsteine Kohlenmonoxid als Reduktionsmittel eingetragen. Der Vorteil der Bodenspülung liegt in der wesentlich geringeren benötigten Gasgeschwindigkeit im Vergleich zu einer Lanzenspülung. Dies führt zu einer intensiven Vermischung zwischen Schlacke, Metall und Gasphase. Die Reduktion findet an der Phasengrenzfläche Gas/Schlacke nach der Reaktionsgleichung Cu2O + CO → 2Cu + CO2 statt. Die gebildeten Metalltropfen sind sehr fein (max. 20 μm) und müssen in einer Beruhigungszone durch Dichtetrennung von der Schlackenphase getrennt werden.The copper content after this process step is still about 0.2-0.3% Cu. For the selective separation of copper and iron, carbon monoxide is introduced as a reducing agent via rinsing stones arranged on the bottom. The advantage of soil flushing lies in the much lower required gas velocity compared to a lancet purging. This leads to an intensive mixing between slag, metal and gas phase. The reduction takes place at the phase interface gas / slag according to the reaction equation Cu 2 O + CO → 2Cu + CO 2 . The metal drops formed are very fine (max 20 μm) and must be separated from the slag phase in a calming zone by density separation.
Je nach weiterem Verarbeitungsweg kann die Mineralogie des Schlackenproduktes für den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden. Soll das Produkt zum Beispiel direkt im Hochofen eingesetzt werden, ist die erhaltene Fayalitphase ausreichend. Für den Einsatz über den Hochofenmöller ist die Vorbehandlung in der Sinteranlage notwendig. Der Schmelzbereich von Fayalit (ca. 1180°) ist hierfür zu gering und würde zu Problemen in der Verarbeitung führen. Daher ist die Einstellung des Magnetigehaltes im Fertigprodukt notwendig. Durch Zusatz einer definierten Menge an Sauerstoff kann dieses Verhältnis nach der Anforderungen des Kunden eingestellt werden. Der Sauerstoff kann nicht nur in From von Sauerstoffgas zugesetzt werden, sondern auch in Form von Zwischenprodukten, die als Sauerstoffdonatoren dienen, wie z. B. Fe2O3-Staub aus der Stahlindustrie.Depending on the further processing, the mineralogy of the slag product can be adapted for the respective application. If the product is to be used, for example, directly in the blast furnace, the fayalite phase obtained is sufficient. For use above the blast furnace, the pre-treatment in the sinter plant is necessary. The melting range of fayalite (about 1180 °) is too low for this and would lead to problems in processing. Therefore, the adjustment of the magnetic content in the finished product is necessary. By adding a defined amount of oxygen, this ratio can be adjusted according to the customer's requirements. The oxygen can be added not only in From oxygen gas, but also in the form of intermediates serving as oxygen donors, such. B. Fe 2 O 3 dust from the steel industry.
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