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Verfahren zum Entfernen von Eisen aus eisen-und titanhaltigen Erzen
Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von eisen- und titanhaltigem Material
zur Erhöhung seines Titangehaltes und insbesondere auf ein Verfahren zum Entfernen
von Eisen aus titanhaltigem Material, wie Ihnenit.
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Titanhaltige Erze, die bei der Herstellung von titanhaltigen Substanzen
als Rohmaterial verwendet werden, enthalten zahlreiche andere metallische Bestandteile,
hauptsächlich Eisen. Bei den meisten handelsüblichen Ihneniten beträgt der Eisengehalt
30
bis 80 Gewichtsprozent des Ti02-Gehaltes, der Ti02-Gehalt liegt
zwischen 30 und 65 Gewichtsprozent und der Eisengehalt zwischen 20
und 40 Gewichtsprozent. Da nur sehr geringe Mengen Eisen in den aus diesen Erzen
hergestellten Produkten vorhanden sein dürfen, z. B. in Titandioxydpigment und Titanmetall,
legt man hauptsächlich Wert auf ein wirtschaftliches Verfahren zum Entfernen desselben.
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Die Erfindung bringt ein Verfahren zur Entfernung von Eisen aus titanhaltigen
Erzen, nach welchem man das gesamte darin enthaltene Eisen zu Metall reduziert,
das metallische Eisen in Gegenwart einer wäßrigen Ammoniak-Ammoniumcarbonat-Lösung
zu zweiwertigem Eisen oxydiert unter Bildung eines löslichen Ferrokomplexes, daraufhin
den Ferrokomplex oxydiert unter Bildung eines Niederschlags von hydratisiertem Ferrioxyd
als zweite gesonderte feste Phase, das Ferrioxyd vom zurückbleibenden Titandioxydkonzentrat
abtrennt und schließlich das Titandioxydkonzentrat aufarbeitet. Bei einer bevorzugten
Ausführungsart der Erfindung wird das eisen- und titanhaltige Erz durch Brennen
in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre künstlich verwittert, bevor das im Erz enthaltene
Eisen zu Metall reduziert wird. Nach der selektiven Oxydation des Erzes und der
Reduktion des Eisens zu Metall wird das in den Erzteilchen enthaltene metallische
Eisen in hydratisiertes Ferrioxyd als eine zweite gesonderte feste Phase übergeführt,
indem man das reduzierte Erz in Gegenwart eines Oxydationsmittels in einer wäßrigen
Lösung, die vorzugsweise 5 bis 30 Gewichtsprozent Ammoniak und
3 bis 25 Gewichtsprozent C02 enthält, bewegt und dabei den Druck
je nach Reaktionstemperatur auf einem optimalen Wert hält. Das erhaltene
Titandioxydkonzentrat wird mit Hilfe der verschiedenen Dichte und Korngröße vom
hydratisierten Ferrioxyd getrennt. Das zusammen mit dem aufgearbeiteten Ti02
und hydratisierten Ferrioxyd in der auslaugenden Flüssigkeit enthaltene Ammoniak
und Kohlendioxyd kann zurückgewonnen und erneut in das Verfahren eingebracht werden.
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Es wurde festgestellt, daß durch ein reguliertes Brennen der eisen-
und titanhaltigen Erze, wie Ihnenit, die Kinetik der Reduktion und die Lage des
Gleichgewichts verbessert werden; ebenso wird das Eisen beim Auslaugen schneller
und besser entfernt. Auf diese Weise werden sowohl nichtgealterter als auch verwitterter
amorpher Ihnenit in gesonderte Hämatit- und Rutilphasen übergeführt. Der Ilmenit
wird vorzugsweise durch 30- bis 60minutiges Brennen bei Temperaturen von
600 bis 10001 C in luft-oder sauerstoffhaltigen Gasen künstlich verwittert.
Ein Drehofen oder einWirbelschichtreaktor, die eine oxydierende Atmosphäre enthalten,
sind geeignet. Läßt man die Temperatur -über 10001 C ansteigen, so bildet
sich ein schwerreduzierbares Titanat (Pseudo-Brookite). Unter 600' C ist
die Reaktionsgeschwindigkeit sehr gering. Nach 45 Minuten bei 8001 C ist
Ilmenit nahezu 100%ig in Fe20., und TiO, über-,geführt.
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Obwohl Ferrooxyd von einer Ammoniak-A=oniumcarbonat-Lauge
gelöst wird, kann das zweiwertige Eisen, das in den handelsüblichen Ilmeniten
enthalten ist oder das bei der Reduktion des beim Verwittern des Ihnenits gebildeten
Ferrioxyds erhalten wird, nicht gelöst werden, da es hauptsächlich als Ilmenit,
d. h. Ferrotitanat, vorliegt. Zur Bildung des löslichen Ferrokomplexes ist
es notwendig, das
Eisen zu Metall zu reduzieren und in mder
- eingestellten Lauge zu zweiwertigem Eisen zurückzuoxydieren.
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Die Reduktion des im Erz enthaltenen Eisens zu Metall kann durchgeführt
werden, indem man das Erz bei einer Temperatur von 700 bis. 1100' C
in einer reduzierenden Atmosphäre behandelt. Geeignete Reduktionsmittel sind gasförmiger
Wasserstoff, Kohlenmonoxyd, Kokereigas, Wassergas oder festes kohlenstoffhaltiges
Material, wie Koks. Nach der Reduktion wird das Erz auf solche Weise gekühlt, daß
eine Rückoxydation des Eisens vermieden und da§ reduzierte Material keiner Umwandlung
unterworfen wird, wodurch es für das nachfolgende Oxydationsverfahren weniger reaktionsfähig
würde. Die Erfindung bringt drei Methoden zur Erreichung eines besseren Nutzeffektes
bei der Reduktion.
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Eine Methode zum Erhöhen des Nutzeffektes in einem Reduktionsofen
mit Wirbelschicht 'besteht darin, den' Verbrauch an reduzierenden Gasen durch ein
Gegenstromverfahren äußerst niedrig zu halten. Dieses Verfahren ist möglich durch
die Gleichgewichtsverhältnisse bei der Reduktion von Ilmenit. Während der Reduktion
mit Wasserstoff wird Fe20, zu Fe0 reduziert und bildet Fe0
- TiO2, wie Reaktion
1 in der nachfolgenden Tabelle
1 zeigt. Das Fe0
- TiO2 wird
daraufhin in nichtstöchiometrischem Verhältnis zu metallischem Eisen reduziert,
wie aus den Reaktionsgleichungen 2 und
. 3 zu ersehen ist. Eine Prüfung der
Gleichgewichtskonstanten dieser Reaktionen bei
10001 C zeigt, daß für die
Reduktion der niedrigeren Oxyde ein kräftiges reduzierendes Gas erforderlich ist
als für die Reduktion der höheren Oxyde. So ist das Abgas aus Reaktion
3 noch stark reduzierend im Hinblick auf Reaktion 2; die gleiche Beziehung
herrscht zwischen den Reaktionen 2 und
1:
| Tabelle 1 Kp. bei 10000 C |
| (1) Fe203 + 2 TiO2 + H2 2 Fe0
- Ti02 + H20 ................. 3 |
| (2) Fe0 1,0 TiO2 + 0,5 H2 Fe0 0,5 TiO2
+ 0,5 Fe + 0,5 H20 . ... 0,09 |
| (3) Fe00,5Tio2+0,4H2=Fe00,1-TiO.+O,4Fe+O,4H20
... 0,05 |
Ein Arbeiten bei Gegenstrom wird durch Verwendung eines Mehrkammer-Wirbelschichtofens
erreicht. Das auf
800 bis 12001
C vorgeheizte Erz wird eingespeist
im Gegenstrom zu Wasserstoff, der auf
800
bis
1100' C vorerhitzt wurde.
Das am schwierigsten zu reduzierende Oxyd wird mit dem Wasserstoff in Berührung
gebracht, das Gleichgewicht stellt sich ein, und die Abgase gelangen aufwärts in
die nächsten Stufen. Dort stellt sich erneut ein Gleichgewicht mit den Feststoffen
ein, bis die Abgase schließlich den Ofen verlassen. Die Anzahl der Reduktionsstufen,
die Reduktionstemperatur und -druck hängen vom verwendeten Erz ab und müssen für
jeden Fall bestimmt und eingestellt werden. Für die meisten Anwendungsgebiete ist
ein Dreistufenofen, der bei
800 bis 12001
C und
1 bis
10 Atmosphären Druck arbeitet, angebracht; für verwitterten Florida-Ilmenft
wird jedoch eine Temperatur von
10001 C und ein Druck von 4 bis
6 Atmosphären bevorzugt.
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Bei einer zweiten Methode zur Erreichung eines höheren Nutzeffektes
werden Drehöfen angewandt, ohne daß die Beschickung hängenbleibt oder klebt. Die
Ofenkapazität ist normalerweise beschränktdurch die Geschwindigkeit des Wärmeübergangs
von den Verbrennungsgasen auf die Beschickung, die wiederum durch die Temperaturdifferenz
begrenzt wird. Die Kapazität wird außerdem durch die Zusamrnensetzung der Verbrennungsgase
eingeschränkt, da eine gewisse Rückoxydation des reduzierten Erzes erfolgt. Während
der letzten 25 bis 50% der Reduktion sind eine geringe Temperaturdifferenz und ein
reduzierendes Verbrennungsgas erforderlich wegen der erhöhten Neigung zum Festhaften.
Wegen dieser beträchtlichen Beschränkung der Ofenkapazität wird dieser letzte Teil
der Reduktion am besten in einer Wirbelschicht durchgeführt mit Hilfe eines reduzierenden
Gases, wie Wasserstoff, Kohlenmonoxyd oder deren Gemischen. Ein wirtschaftliches
Verfahren kann man erreichen, indem man als Reduktionsmittel im Ofen Koks
verwendet, während teilweise oxydiertes Erdgas zur Vervollständigung der Reduktion
in einem Wirbelschichtreaktor verwendet wird. Bei dieser Kombination von Reaktoren
und Reduktionsmitteln sollte der Drehofen bei 1100 bis 12001 C mit
10 bis 5011/a Koks oder Kohle im Erzgemisch arbeiten. Es ist jede handelsübliche
Kohle verwendbar, jedoch ist Koks am wirtschaftlichsten. Die Wirbelschicht sollte
bei 900
bis 11001 C unter Verwendung eines auf 700 bis
11001 C vorgeheizten reduzierten Gasgemisches arbeiten. Außerdem ist ein
durch Verbrennen von Erdgas gebildetes heißes Gemisch aus Kohlenmonoxyd, Stickstoff
und Wasserstoff gut geeignet. Der Wirbelschichtreaktor muß bei einer Temperatur
arbeiten, die hoch genug ist, um eine verbesserte Ausnutzung des reduzierten Gases
durch Regenerierung mit Koks zu ermöglichen. Die Mindesttemperatur hierfür beträgt
9001 C, der bevorzugte Temperaturbereich für Ilmenit liegt bei
1000 bis 1050' C. Dies erreicht man durch Einspeisen eines
auf 11001 C
oder mehr erhitzten vorreduzierten Erzes und durch Einleiten von
reduzierten Gasen, die auf 700 bis 1100' C vorgeheizt wurden.
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Das dritte Verfahren zum Reduzieren von Ilmenit hat große wirtschaftliche
Bedeutung vor allem in geographischen Gebieten, wo Elektrizität reichlich zur Verfügung
steht. Die gesamte Reduktion wird in einer kohlenstoffhaltigen Wirbelschicht unter
Verwendung einer minimalen Menge Trägergas durchgeführt. Das Verfahren wird
ermöglicht, indem man die für die endothermen Reaktionen mit der Kohle erforderliche
Wärme durch in die Schicht eintauchende Heizwiderstände zuführt. Die Temperatur
der elektrisch geheizten Wirbelschicht muß 900 bis 1300'C betragen,
wenn das Erz zu einer Korngröße von 0,42 bis 0,15 mm gemahlen und
mit 10 bis 50 % Koks oder Kohle gemischt ist. Obwohl jede beliebige
Kohle verwendbar ist, ist Koks am wirtschaftlichsten. Die Gasgeschwindigkeit, die
von der Gasdichte und vom verwendeten Erzgemisch abhängt, sollte zum Aufrechterhalten
einer Wirbelschicht ausreichen.
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Als reduzierendes Trägergas kann man Wasserstoff, Reformergas und
teilweise oxydiertes Erdgas
verwenden, jedoch sollte es keine größeren
Mengen eines »verdünnenden« Gases wie Stickstoff enthalten, das die Reaktorkapazität
eventuell verringert. Vorzugsweise wird das reduzierende Trägergas auf
100 bis 1200' C vorgeheizt. Die restliche Wärme, die für die endotherme
Reaktion zwischen Reduktionsmitteln und Eisenoxyd erforderlich ist, wird am wirtschaftlichsten
durch elektrische Beheizung zugeführt. Ein Sintern des Erzes um die elektrische
Heizung wird verhindert, indem man eine geringe Temperaturdifferenz zwischen Heizwiderständen
und Wirbelschicht aufrechterhält, die niedrigste zweckmäßige Temperatur anwendet
und Heizvorrichtungen mit der größtmöglichen Oberfläche anwendet, damit die Außenflächentemperatur
der Heizvorrichtung nicht zu groß wird und die Schicht mit Koks verdünnt wird. Der
Vorteil dieses Reduktionsverfahrens besteht darin, daß die Reduktion des Eisens
hauptsächlich durch die Kohle bewirkt wird und nur eine geringe Menge reduzierendes
Gas zum Aufrechterhalten der Wirbelschicht erforderlich ist. Erfolgt durch das Gas
eine Oxydation des Erzes, so würde Wärme frei, was zu einer örtlichen überhitzung
und zu einem Zusammenkleben der Wirbelschicht führen würde. Demnach muß das Trägergas
eine solche Reduktionskapazität besitzen, daß das Erz, dessen Eisen zu
95 % reduziert ist, weiter durch das Gas reduziert wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung wird das gekühlte,
elementares Eisen enthaltende Erz in einer wäßrigen Ammoniak-Ammoniumcarbonat-Lösung
suspendiert, durch welche sauerstoffhaltiges Gas geleitet wird. Wie bereits erwähnt,
ist es wichtig, daß das Eisen bei der Oxydation zur zweiwertigen Stufe mit der auslaugenden
Flüssigkeit in Berührung ist. Der lösliche Ferrokomplex muß crebildet werden, bevor
eine weitere Oxydation erfolgen kann, da die stärker oxydierten Produkte in der
Lauge nicht löslich sind. Es wird angenommen
und die Versuchswerte ergeben,
daß einem gegebenen Erz bei einer gegebenen Laugentemperatur ein optimaler Sauerstoffdruck
entspricht, bei dem eine fast vollständige Extraktion des Eisens am schnellsten
erreicht wird. Unter diesem Druck wird durch die geringe Sauerstoffkonzentration
an der Grenzfläche die Geschwindigkeit beschränkt, und über diesem Druck führt die
hohe Sauerstoffkonzentration an der Grenzfläche zur Bildung von unlöslichem hydratisiertem
Ferrioxyd in den Poren der Erzteilchen. Hierdurch wird die Geschwindigkeit verrin-Grert,
bis die Eisenextraktion nahezu zum Stillstand C kommt. Es können demnach für die
verschiedenen Variablen keine einzelnen Optimalwerte angegeben werden, da sie z.
B. von den folgenden Faktoren abhängen: dem verwendeten Erz, dem angewandten Reduktionsverfahren,
der wirtschaftlich günstigsten Betriebstemperatur, der Sauerstoffkonzentration im
Gas und von der Art der verwendeten Vorrichtung. So wurde z. B. bei Verwendung von
reinem Sauerstoff bei verschiedenen Erzen eine Extraktion des Eisens erreicht in
einem Temperaturbereich von 20 bis 80' C, bei 0,14 bis 3,85 atü, Ammoniakkonzentrationen
von 5 bis 20"/o, Kohlendioxydkonzentrationen von 1,5 bis 18 %, einem Verhältnis
von Ammoniak zu CO, von 1: 1 bis 5: 1 und Feststoffkonzentrationen
bis zu 30 Gewichtsprozent. Wird an Stelle von reinem Sauerstoff Luft verwendet,
so liegt der optimale Druck für die Durchführung des Verfahrens höher. Die obigen
Werte sollen nicht zur Begrenzung dienen, sondern nur die weiten Bereiche angeben,
bei denen gearbeitet und eine zufriedenstellende Extraktion erreicht werden kann.
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Zur Erreichung von optimalen Ergebnissen sollte eine geringe Menge
Reduktionsmittel, insbesondere Ammoniumsulfid, während des Auslaugens vorhanden
sein. Vorzugsweise wird Ammoniumsulfid in einer Menge von 0,05 bis 0,20 Gewichtsprozent
des Erzes angewandt, jedoch sind größere Mengen nicht störend. Hierdurch wird das
Eisen schneller und besser extrahiert. Die Wirkungsweise ist nicht genau bekannt.
Das Ammoniumsulfid kann möglicherweise eine passive Oxydschicht reaktivieren, die
auf den Erzteilchen gebildet wurde durch Spuren von Wasser und Sauerstoff in der
zum Kühlen des reduzierten Erzes verwendeten inerten Atmosphäre oder die während
der schnellen Übertragung des gekühlten reduzierten Erzes in das Auslaugegefäß aus
der Luft aufgenommen wurden. So können die bei Verwendung von Ammoniumsulfid erhaltenen
Vorteile später entfallen durch bessere Kühl- und Erzaufbereitungsverfahren, die
in großtechnischem Maßstab bei kontinuierlichem Arbeiten möglich sind.
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In der Industriepraxis kann das Auslaugen in verschiedenen Vorrichtungen
erfolgen. Die einzige Notwendigkeit dabei ist, daß die Bewegung ausreicht, um die
Erzteilchen in der Auslaugeflüssigkeit zu suspendieren und eine genügende Geschwindigkeit
beim Massentransport zu erreichen, bei der Absorption des Sauerstoffs in der Lauge,
beim Auflösen des Eisens und Abtrennen des löslichen Ferrokomplexes von den Erzteilchen.
Zu einer geeigneten Vorrichtung gehören Belüftungstürme, gegebenenfalls stafenförmig,
eventuell mit mechanischer Bewegung; Pachuea-Behälter; Turbo-Absorber und
Trommel-
mischer, die schichtweise oder kontinuierlich betrieben werden können.
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Das ausgelegte Erz, das hydratisierte Ferrioxyd und die Lauge können
nach verschiedenen Methoden zum Trennen von festen und flüssigen Substanzen voneinander
getrennt werden. Ein geeignetes Verfahren ist das folgende. Das hydratisierte Ferrioxyd,
das eine geringere Dichte und Komgröße aufweist als das ausgelaugte Erz, wird im
Überlauf einer kontinuierlich arbeitenden Schlämmvorrichtung entfernt, während das
ausgelaugte Erz, das frei ist von Eisenoxyd, mit der unten ablaufenden Masse entfernt
wird. Letztere wird in ein rotierendes Filter geleitet, wo das ausgelaugte Erz von
der Lauge abgetrennt und mit Wasser gewaschen wird. Das Erz wird getrocknet und
ergibt ein frei fließendes Endprodukt. Der Überlauf aus der Schlämmvorrichtung wird
in Absetzbehälter eingespeist zum Konzentrieren des hydratisierten Ferrioxyds, während
der klare Überlauf in die Auslaugeflüssigkeit zurückgeleitet wird. Die aus den Absetzbehältern
unten abffießende Masse, das Filtrat und das Waschwasser aus dem Rotierfilter werden
in einen Dampfdestillationsturm eingeleitet, wo Anu-noniak und Kohlendioxyd vom
Ferrioxyd abgestreift, in Wasser absorbiert und in die Lauge zurückgeleitet werden.
Die am Boden des Turms erhaltene Aufschlämmung von hydratisiertem Ferrioxyd in Wasser
wird zur Gewinnung der Feststoffe in Absetzbecken geleitet. Das erhaltene Ferrioxyd
hat eine Reinheit von 95 % oder mehr. Die Verunreinigungen bestehen ini allgemeinen
aus Al203> Sio2, CuO und Mg0, die während des Auslaugens
von der
Eisenphase getrennt werden zu-sammen mit einer geringen Menge feiner Titandioxydteilchen.
Dieses Produkt ist äußerst gut brauchbar und kann nach Aufarbeiten als Beschikkungsmaterial
zur Herstellung von hochwertigem Eisen oder Sintermaterial verwendet werden. Das
Oxyd kann auch als wasserhaltiges Eisenoxydpigment verwendet werden. Es kann eine
zusätzliche Behandlung erforderlich werden zum Entfernen von zu großen Teilchen
oder um ein Dispergiermittel zuzusetzen. Eine andere Möglichkeit besteht darin,
das Oxyd zu hochreinem Eisen zu reduzieren zur Verwendung in der Pulvermetallurgie,
oder man gewinnt nach der Klassierung zum Entfernen grober Verunreinigungen ein
chemisch reines Eisen zur Herstellung von Ferriten.
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Es sollte -nochmals betont werden, daß das obige Verfahren nur eine
der vielen Möglichkeiten be-
schreibt, nach welchen die Erfindung in industriellem
Maßstab durchgeführt werden kann.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die folgenden Beispiele
aufgeführt. Die Beispiele sollen nur verschiedene Methoden zur praktischen Durchführung
der Erfindung darlegen und dieselbe nicht beschränken.
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Wenn nichts anderes vermerkt, bedeuten die angegebenen Teile Gewichtsteile.
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Beispiel 1
Es wird ein gasbeheizter Drehofen verwendet zum Reduzieren
eines Erzes von einer-Korngröße von 0,42 bis 0,074 mm mit einem Gehalt von
64,0 %
Tio23 3,5% Fe0 und 26,0% Fe20.. Die Reduktion erfolgt mit Koks von
einer Komgroße bis 3,36 mm
in einer Menge von 40 % der Charge. Das
Erz wird auf 12000 C erhitzt und zur Erreichung einer 75%igen Reduktion des
Eisens 1 Stunde im Ofen bei dieser Temperatur gehalten. Daraufhin wird es
in einen Trichter ausgetragen, von welchem es in einen Wirbelschichtofen Übergeführt
wird. Das Erz wird mit teilweise oxydiertem Erdgas von 1000'C
behandelt, das
gewonnen wird durch Verbrennen von Methan von 6001 C und Luft von
1000' C in der Wirbelschicht. Unter diesen Bedingungen arbeitet die Wirbelschicht
bei einer Temperatur von 1000
bis 10500 C bei einer Gasgeschwindigkeit
von 0,3
bis 0,45 m/Sek. Die Reaktionsfähigkeit der Kohle reicht aus, um 7510/9
der Reduktion zu bewirken durch Reaktion mit H20 und CO.. Hierbei erhält
man ein Ofenabgas aus 35,3 % H2, 1,4 % H20, 25,2 % CO, 1,0
0/0 C02 und 38,1 % N.. Das Verhältnis der Beschickungsgeschwindigkeit von
Gas zu
Feststoff, bei dem 9510/9 des im Erz enthaltenen Eisens zu Metall reduziert
werden, liefert genug Ab-
gas, um unter diesen Arbeitsbedingungen
80 % der Ofenwärme zu liefern. Beispiel 2 Ein - Gemisch aus 70% Ilmenit,
Korngröße 0,42mm, und 30,1/o Koks, Korngröße bis 3,36mm, wird auf 11001 C
vorgeheizt und. in einen Wirbelschichtreaktor eingespeist. Das Trägergas ist teilweise
oxydiertes Methan von 10001 C, das etwa 40% H2, 20 % CO und 40 % N, enthält. Im
Reaktor wird eine Gasgeschwindigkeit von 0,45 m/Sek. aufrechterhalten; er arbeitet
isotherm bei 10001 C, wobei die Wärme durch in die Schicht eintauchende,
elektrische Heizwiderstände geliefert wird. Das Abgas enthält 5'% C02 + H20 (einschließlich
N.). Dies ist die Zusammensetzung beim Gleichgewicht mit einem 95 % metaläsierten
Erz. Die Reduktion erfolgt zu 90% durch Kohle und zu 1011/o durch das Trägergas.
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Beispiel
3
Es wurde eine Reihe von Extraktionen vorgenommen
mit
je 50 g der in Tabelle 2 aufgeführten Erze:
| Tabelle 2 |
| Analyse von handelsüblichen Ihneniten |
| limenitlierkunft % Ti02 % Fe % Feo 0/0 F203 |
| Probe A Trail Ridge, Fla . .......... 64,8
20,5 4,5 24,4 |
| Probe B West Australien ........... 54,9 30,6
24,4 16,8 |
| Probe C Adirondak, N. Y . .......... 45,6
32,8 38,5 4,2 |
| Probe D Allard Lake, Quebee ...... 36,6 41,4
33,3 22,4 |
| Probe E Jacksonville, Fla . .......... 60,4
23,5 9,8 22,7 |
Jede Probe wurde in einen Röhrenofen gebracht und in einem Wasserstoffstrom
1 Stunde bei
10001 C
reduziert, daraufhin in Stiekstoffatmosphäre auf
25' C gekühlt.
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Das Ausmaß der Eisenuinwandlung wurde bei
je-
dem Erz durch seinen Gewichtsverlust bestimmt. Die erhaltenen Resultate
sind in Tabelle
3 aufgeführt:
| Tabelle 3 |
| Analyse der in Tabelle 2 aufgeführten reduzierten |
| . Erze % Umwandlung |
| Probe A ......................... 95 |
| Probe B ......................... 94 |
| Probe C ......................... 92 |
| Probe D ......................... 93 |
| Probe E ......................... 95 |
Jede der gekühlten reduzierten Erzproben wurde in einen 1-1-Kolben mit flachem Boden
gebracht, der 250 ml Ammoniak-Ammoniumearbonat-Lösung enthielt und verschlossen
wurde. Die Ammoniak-Carbonat-Lösung wurde hergestellt durch Absorbieren von Ammoniak-
und C02-Gas in Wasser, bis bei beiden eine Konzentration von
15 % erreicht
war. Jeder Kolben, der mit einem Einleitungsrohr für Sauerstoff versehen war, wurde
auf einer Schättehnaschine befestigt und etwa 2 Stunden bei Raumternperatur bei
einem Gesamtüberdruck von
50 mm Hg bewegt. Die ausgelaugten Erzteilchen
wurden von der Flüssigkeit und der Ferrioxydsuspension durch Filtrieren durch ein
Netz mit
0,44 mm
lichter Maschenweite abgetrennt. Jede Probe wurde mit
11 Wasser gewaschen und getrocknet.
Die Analysenergebnisse
der extrahierten Erze sind in Tabelle 4 aufgeführt:
| Tabelle 4 % |
| Extraktion von Ilmeniterz Eisen entfernt |
| Probe A ....................... 91 |
| Probe B ....................... 90 |
| Probe C ....................... 90 |
| Probe D ....................... 90 |
| Probe E ....................... 92 |
Beispiel 4 Dieses Beispiel zeigt den Einfluß von Temperatur und Druck beim Auslaugen
auf die Extraktion des Eisens.
10 g Proben von Trail-Ridge-Ilmenit (Probe
A, Tabelle 2) wurden mit Wasserstoff in einem Röhrenofen
1 Stunde
bei
9001C reduziert, dann auf
251C in Stickstoffatmosphäre gekühlt.
Jede Probe wurde in einen 250-mI-Druckbehälter aus korrosionsbeständigem Stahl übergeführt,
der
100 ml auslaugende Flüssigkeit enthielt, mit einer Konzentration von
etwa 1211/o Ammoniak, 3% Kohlendioxyd,
0,01 g Ammoniumsulfid und
150 ml Sauerstoff. Es wurde Sauerstoff aus der Bombe eingeleitet, 0, um einen
konstanten Druck während des Auslaugens aufrechtzuerhalten; die Temperatur wurde
durch Einbringen des Behälters in ein Wasserbad reguliert. Das Bewegen erfolgt mitHilfe
einer Schüttelmaschine. In Tabelle
5 ist die Extraktion des Eisens in % angegeben,
die nach 30minutigem Auslaugen bei verschiedenem Druck und Temperatur erhalten wurde:
| Tabelle 5 |
| Druck atü 400 C % Fe extrahiert bei |
| 60c1 C 800 C |
| 0,168 82 |
| 0,35 84 46 |
| 0,7 84 68 |
| 1,4 80 88 |
| 2,8 70 86 |
| 3,85 72 82 |
Beispiel
5
Dieses Beispiel zeigt den Einfluß von Ammoniak-und Kohlendioxydkonzentration
auf die Extraktion desEisens. 10-g-Proben von westaustralischenillmenit (Beispiel
B, Tabelle 2) wurden reduziert und wie im Beispie13 ausgelaugt mit der Abänderung,
daß das Auslaugen bei
251 C und 120
mm Hg-überdruck bei verschiedenen
Konzentrationen der auslaugenden Flüssigkeit durchgeführt wurde. Die Ergebnisse,
die den weiten Bereich der zulässigen Co.- und NH.-Konzentrationen zeigen, sind
in Tabelle
6 aufgeführt.
| Tabelle 6 |
| Konzentration der auslaugenden Flüssigkeit |
| 0/0 c02 % NH" #h Eisen extrahiert |
| 1,8 8,6 53 |
| 2,1 9,3 69 |
| 2,7 12,1 81 |
| 2,7 5,2 45 |
| 4,6 8,9 77 |
| 9,3 9,5 79 |
| 11,8 12,1 70 |
| 15,4 15,8 47 |
Beispiel
6
454
kg Trail-Ridge-Ilmenit, der mit Wasserstoff bei
10001 C und 2 Atmosphären Druck reduziert wurde, wurden in einem Pachuca-Behälter
ausgelaugt, der
22,7 hl Lauge enthielt. Die wäßrige Lauge enthielt
13 % Ammoniak,
3 % Kohlendioxyd und 0,45
kg Ammonsulfid. Die
Temperatur betrug 40 bis
50' C. Der Druck wurde bei 1,4 atü gehalten. Am
Boden des Behälters wurde Sauerstoff eingeleitet, um den Inhalt zu bewegen und das
Eisen zu hydratisiertem Ferrioxyd zu oxydieren. Nach lstündigem Auslaugen wurde
die Aufschlämmung in eine kontinuierlich arbeitende Schlämmvorrichtung gepumpt,
um das Ferrioxyd und das ausgelaugte Erz abzutrennen. Das ferrioxydfreie aufbereitete
Material am Boden der Schlämmvorrichtung wurde
fil-
triert, gewaschen und
in einer Trockentrornmel getrocknet. Die Analyse ergab, daß
91 % des Eisens
extrahiert waren.
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Die Erfindung bringt ein wirtschaftliches chemisches Verfahren zur
nahezu vollständigen Entfernung von Eisen aus ferrotitanhaltigen Erzen, die bisher
nicht möglich war. Insbesondere wird durch die Rückgewinnung von Ammonia und Kohlendioxyd
zur Herstellung frischer wäßriger Lösungen das Verfahren zur Eisenentfernung besonders
wirtschaftlich.