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Verfahren nebst Vorrichtung zum alkalischen Rösten chromoxydhaltiger
Stoffe Bei den bekannten Verfahren zum alkalischen Rösten von Chromerzen unterscheidet
man zwischen zwei grundsätzlich verschiedenen Prozessen. Bei dem bisher überwiegend
ausgeführten Prozeß werden dem eigentlichen Röstgut Zuschlagstoffe, z. B. Erdalkalioxyde
oder -carbonate, wie Kalk, ferner Dolomit oder eisenoxydhaltige Rückstände, wie
sie bei der weiteren Verarbeitung des Röstgutes anfallen, zugesetzt. Die Zuschlagstoffe
verleihen dem Röstgut unter anderem die erforderliche Konsistenz, um die Röstuna
in einem Dreh-, Schacht-, Etagen- oder Rincroien auszuführen. Da die Zuschlagstoffe
nicht nur in die Rohstoffkostenbilanz eingehen, sondern auch als Ballaststoffe das
nutzbare Ofenvolumen verringern und in der anschließenden Naßbehandlung a '#geschieden
und auf Halde gelegt werden müssen, sind schon frühzeitig Versuche unternommen worden,
um ohne diese Zuschlagstoffe den Röstprozeß durchzuführen.
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Der neuere Prozeß, der ohne Zuschlagstoffe arbeitet, kann nun in den
vorgenannten öfen nicht mit Erfolg durchgeführt werden; denn das Röstgut wird
bei den hohen Rösttemperaturen klebrig und hält den in diesen öfen auftretenden
mechanischen Belastun-en nicht stand. So tritt Klumpenbildung ein oder bilden sich
an den Wänden Schmelzringe; diese Erscheinungen führen bald zu einer Störung der
ablaufenden Operation; gleichzeitig wird durch Verkleben die reaktionsfähige Oberfläche
stark verkleinert, so daß der Reaktionsablauf bald zum Stillstand kommen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nebst Vorrichtung
zum alkalischen Rösten von Chromerzen und anderen chromoxydhaltigen Stoffen zur
Verfügung zu stellen, das ohne die genannten Zusatzstoffe arbeitet und die Nachteile
der beiden Prozeßwege ausschließt.
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Um dieses Ziel zu erreichen, müssen bestimmte Bedingungen eingehalten
werden.
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So wurde festgestellt, daß das in dem Röstgut (Mischung aus Chromerz
usw., ferner Alkalicarbonat, insbesondere Natriumcarbonat oder Ätzalkalien) vorliegende
schmelzende Alkalioxyd bzw. eutektische Gemische von Alkali und bereits gebildetem
Chromat nicht aus dem Röstgut austreten können und somit nicht zum Entmischen und
Verkleben führen, wenn in dem Röstgut ein nicht schmelzbares Gerüst aufgebaut wird,
in dem die geschmolzenen Anteile durch die Kapillarkräfte der Hohlräume an Ort und
Stelle gehalten werden. Die Gangart der Erze bildet dieses Gerüst, das
je nach Herkunft des Erzes verschiedene Zusammensetzung hat. Es zeigte sich,
daß nur dann ein derartiges Gerüst entsteht, wenn das Röstgut einer mechanischenVerpressungunterworfen
und der Schmelz- oder Sinterpunkt der Gerüstsubstanzen nicht erreicht wird. Da naturgemäß
die Festiekeit dieses Gerüstes gering ist, darf es keinen mechanischen Belastungen
ausgesetzt werden, wie sie beispielsweise durch Rührer oder andere Transportmittel,
die durch das Aufschlußgut geführt werden oder in dieses hineinragen, oder durch
Drücke, wie sie durch die Schwerkraft in Drehrohr- oder Schachtöfen entstehen, hervorg
gerufen werden. Wenn die Schichthöhe des Röstgutes g z- a groß gewählt wird, genügt
unter Umständen schon das Eigengewicht, um die Schmelze zum Auslaufen zu bringen.
Dadurch ist für ein bestimmtes Erz jeweils eine optimale Rösttemperatur festgelegt.
Eine genaue Kontrolle der Temperaturen und des Temperaturverlaufs ist für die erfolgreiche
Durchführung des Verfahrens von Bedeutung.
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Das Röstgut, welches aus einer Mischung des ehromoxydhaltigen Stoffes
und Alkalicarbonat bzw. Ätzalkali besteht, wird, gegebenenfalls unter Zusatz von
geringen Mengen Wasser, vor der Aufgabe in den Röstofen zusammengepreßt. Zweckmäßig
werden auf einer mechanischen Preßvorrichtuna Formlinge hergestellt mit maximaler
Materialstärke bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis 50 mm. Diese
Bereichsgrenzen wurden aus der Diffusionsgeschwindigkeit des Oxydationsgases im
Röstgut ermittelt, die wiederum vom Porendurchmesser, dem Partialdruck des Sauerstoffs,
der optimalen Temperatur und der Zeit abhängig ist.
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Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich
auf die Strömung des Röstgases, die der Röstgutführung entgegengesetzt sein muß.
Das bei der Reaktion als Nebenprodukt entstehende CO, muß sobald als möglich
nach seiner Bildung abgefährt werden, um nicht durch Gleichgewichtsbildung
den
Reaktionsablauf unerwünscht zu beeinflussen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Röstgases
beträgt dabei 1 bis lOrrVsec, wodurch eine gute Wärmeverteilung erzielt wird.
Dies bedingt wiederum einen geringen freien Querschnitt und somit einen geringen
Abstand zwischen Röstgut und Decke des Reaktionsraumes.
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Alle diese Bedingungen lassen sich nur in einem langgestreckten, indirekt
beheizten Reaktionsraum geringer Höhe mit Erfolg durchführen, indem in der Durchlaufrichtung
des Röstgutes ein ansteigendes Temperaturprofil aufrechterhalten wird, dessen Temperaturmaximum,
unterhalb des Schmelz- oder Sinterpunktes des Preßlingsgerüstes liegt. Eine geeignete
Ausführungsform ist z. B. ein Tunnelofen, der einen Reaktionsraum und einen Feuerraum,
welche durch eine Wand voneinander getrennt sind, und eine im wesentlichen horizontale
Auflagefläche für das Röstgut besitzt. Die Auflagefläche besteht gegebenenfalls
aus mehreren aneinander anschließenden Abschnitten und ist durch den Ofen ohne mechanische
Beanspruchung des Röstgutes bewegbar. Mit anderen Worten- In dem Röstraum wird das
Röstgut auf einer fahrbaren Auflagefläche derart entlanggeführt, daß es keiner mechanischen
Belastung ausgesetzt wird. Dabei ist es erforderlich, den Abstand zwischen der Oberfläche
des Röstgutes und der Unterseite der Trennwand möglichst gernig zu halten. Innerhalb
des zwischen Röstgut und Trennwand gebildeten Spaltes strömt das Röstgas; vorzugsweise
ist der freie Strömungsquerschnitt des Spaltes so bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit
des Röstgases, wie bereits angegeben wurde, bei 1 bis 10 m/sec. liegt.
Während des ganzen Röstvorganges kann das Röstgut genau überwacht werden. Infolge
der Länge des Reaktionsraumes können an jedem beliebigen Ort die jeweils günstigsten
Bedingungen für den Reaktionsablauf geschaffen werden. Dabei ruht das Gut ohne irgendwelche
mechanische Belastung auf der Auflagefläche und wird erst nach Verlassen des Ofens
durch einen Abstreifer von seiner Auflagefläche getrennt.
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Es ist bekannt, bei einem Verfahren zum alkalischen Rösten von Chromerz
in der Weise zu verfahren, daß aus einer Mischung von Chromerz und Soda Formlinge
hergestellt und diese in Reihen mit Durchlässen für den Zutritt der Luft in Öfen,
vorteilhaft Muffelöfen, unter Ausfluß des Zutritts der Flamme der Einwirkung erhitzter
Luft ausgesetzt werden.
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Dieses Verfahren konnte keinen Erfolg haben, weil die Formgebung und
die indirekte Beheizung des Röstgutes für sich unzulänglich sind. Im Sinne vorliegender
Erfindung muß hinzukommen, daß man das Röstgut frei von mechanischen Belastungen
auf einer Auflagefläche und entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Röstgases,
vorzugsweiseLuft, durch einen langgestreckten Reaktionsraum geringer Höhe fährt,
in welchem ein in Durchlaufrichtung des Röstgutes ansteigendes Temperaturprofil
aufrechterhalten wird.
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Nach einer besonderen Ausführungsforin der Erfindung besteht die Trennwand
zwischen Reaktionsraum und Feuerraum aus Siliciumcarbid.
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Es zeigte sich, daß Siliciumcarbidsteine die nötige Strahlungsintensität
und Wärmeleitung aufweisen; zweckmäßig sind diese mit hochschmelzenden Substanzen,
z. B. Kaolinen od. ä., imprägniert, um die Porosität herabzusetzen. Dadurch
wird vermieden, daß die Atmosphäre des Reaktionsraumes die Siliciumcarbidsteine
durch korrosive Einflüsse schädigt. Beispiel 1
Als Röstapparatur wurde ein
Kleintunnelofen verwendet. Die Nutzbreite betrug 200 mm, die Nutzlänge
6000 mm. Als Auflage für das Röstgut dienten Schamotteplatten, die auf den
auf Schienen laufenden Wagen durch den Ofen hindurchgeführt wurden. Der Röstraum
war vom Feuerungsraum durch Siliciumcarbidplatten getrennt. Als Oxydationsgas diente
Luft, welche gleichbleibend in einer Menge von 55 Nm3/h im Gegenstrom zum
Gut durch den Röstraum gedrückt wurde. Der freie Querschnitt im Röstraum betrug
1 dm2, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der Gase bei der herrschenden
Temperatur etwa 7 m/sec. betrug. Geheizt wurde der Ofen durch acht gleichmäßig
verteilte Gasbrenner. Das Temperaturprofil im Reaktionsraum wurde durch fünf Thermoelemente,
welche stationär eingebaut waren, sowie durch ein fahrbares Thermoelement kontrolliert.
Die Verweilzeit des Gutes in der Röstzone betrug 60 Minuten, die Ladedichte
3,7 kg pro Wagen. Im Ofen befanden sich insgesamt zehn Wagen.
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Als chromoxydhaltiges Ausgangsgut diente ein albanisches Chromerz
mit 41,611/o Cr.O.. Der Vermahlungsgrad betrug 2,% Rückstand auf DIN 100. Das Erz
wurde mit Soda im Molverhältnis 1 Cr.O.:2,6 Na20 vermischt. Diese Mischung
wurde auf einer Ringwalzenpresse zu Formlingen verpreßt, welche eine maximale Stärke
von 25 mm bei 38 g
Einzelgewicht hatten. Die mittlere Optimaltemperatur
wurde mit 11001 C ermittelt. Im Ofen wurde ein Temperaturprofil von
1060 bis 1120' C eingestellt.
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Im kontinuierlichen Betrieb und bei einmaligem Ofendurchgang wurde
ein Röstprodukt erhalten, das einen Gehalt von 24,04% löslichem Cr.O., 27,01% Total-Cr.O.,
entsprechend einer Chromausbeute von 89,00%, aufwies.
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Beispiel 2 Als chromoxydhaltiges Ausgangsgut diente ein brasilianisches
Erz mit 49,8 % Cr20.. Das Mischungsverhältnis Erz zu Soda betrug 1 Cr20":
2,0 Na.O. Die übrigen Bedingungen entsprachen denen des Beispiels 1. Das
Temperaturoptimum für dieses Erz lag im Mittel bei 1050"C; im Ofen wurde ein Temperaturniveau
von 1030 bis 10701 C eingestellt. Es wurde im laufenden Betrieb ein
Produkt erhalten, welches 28,69% wasserlösliches Cr20 3 bei 30,48% Total-Cr20.-Gehalt
aufwies. Dies entspricht einer Nutzung des Erzes von 94,0611/o. Die Ausbeute, bezogen
auf Alkali, betrug ebenfalls 94,06% und die Totalrohstoffausbeute 88,4711/o.