DE1254363B

DE1254363B - Verfahren zur Reduktion von oxydischen Rohstoffen

Info

Publication number: DE1254363B
Application number: DEG42235A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joac Mueller-Berghaus; Helmut Guettler
Original assignee: ELEKTROMETALLURGIE GmbH
Current assignee: ELEKTROMETALLURGIE GmbH
Priority date: 1964-12-10
Filing date: 1964-12-10
Publication date: 1967-11-16
Also published as: SE317202B; US3502461A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C22b

Deutsche Kl.: 40 a-5/10

Nummer: 1254 363

Aktenzeichen: G 42235 VI a/40 a

Anmeldetag: 10. Dezember 1964

Auslegetag: 16. November 1967

Die Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zur Reduktion von oxydischen Rohstoffen der Metalle, wie Chrom, Mangan, Titan, Vanadium, Nickel, Eisen, Tantal, Niob, Molybdän und Wolfram, und zwar einzeln oder gemischt. Unter oxydischen Rohstoffen sind hierbei alle Stoffe zu verstehen, die eines oder mehrere der genannten Metalle in oxydischer Form enthalten, sei es, daß die Oxyde als Erze vorliegen, sei es, daß sie mittels physikalischer, chemischer oder metallurgischer Verfahren hergestellt werden. Das Verfahren soll unter Anwendung der Reduktion im festen und flüssigen Zustand durchgeführt werden.

Es ist bekannt, oxydische Erze im festen Zustand mit Kohlenstoff oder reduzierenden Gasen zu reduzieren. Diese Verfahren haben eine möglichst vollkommene Ausreduktion der Erze zum Ziel. Bei kleinen restlichen Oxydgehalten wird der Sauerstoff unter Anwendung von Wasserstoff entfernt.

Es sind auch sogenannte Vorreduktionsverfahren so bekanntgeworden, bei denen das Erz in festem Zustand der Einwirkung von Kohlenstoff ausgesetzt wird. Bei diesen Verfahren wird die Reduktion unter Verwendung von kohlenstoffhaltigen Mitteln im Schmelzofen bis zur vollständigen Ausreduktion weitergeführt.

Es ist ferner die metallothermische bzw. elektrometallothermische Reduktion bekannt. So wird z. B. Ferrochrom im elektrischen Ofen aus einem Chromerz-Kalk-Gemisch unter Zufügen von Silicochrom als Reduktionsmittel erzeugt.

Nach dem bisherigen Stand der Technik erschien es manchmal vorteilhaft, die Reduktion im festen Zustand bis zu einem verkaufsfähigen metallischen Produkt durchzuführen. Falls dies nicht möglich war, war die Reduktion im festen Zustand lediglich als eine Vorreduktion zu betrachten, die mit Kohlenstoff im flüssigen Zustand zu Ende geführt wurde.

Es ist nach den bekannten Verfahren nicht möglich, schwer reduzierbare oxydische Rohstoffe, deren Kohlenstoifreduktion im festen Zustand nur beschränkt möglich ist, auf Legierungen zu verarbeiten, deren Kohlenstoffgehalt sich von der niedrigsten Grenze von praktisch 0% bis unter die Sättigungsgrenze für Kohlenstoff erstreckt. Man ist darauf an- gewiesen, den Kohlenstoffgehalt hinzunehmen, der sich aus der Reduktion mit Kohlenstoff ergibt, wobei sich meist die Karbide der Metalle bilden. Sind niedrigere Kohlenstoff geh alte gewünscht, müssen diese Legierungen durch Raffination des Kohlenstoffs mit festem Oxyd oder gasförmigem Sauerstoff entkohlt werden. Diese Verfahren sind teuer und führen nur Verfahren zur Reduktion
von oxydischen Rohstoffen

Anmelder:

Gesellschaft für Elektrometallurgie m. b. H.,

Düsseldorf, Grafenberger Allee 56

AJs Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Joachim Müller-Berghaus,

Helmut Güttier, Düsseldorf

auf schwierige Weise zum gewünschten Resultat, da beim Entfernen des Kohlenstoffs auch von dem gewünschten Metall erhebliche Mengen wieder oxydiert werden.

Diese Nachteile der bekannten Verfahren sollen vermieden werden, und das Verfahren gemäß der Erfindung besteht im Gegensatz zum Bekannten in einer Kombination: nämlich einer Teilreduktion der Oxyde im festen Zustand zu Metall oder Metallkarbid in einer ersten Stufe und einer Fertigreduktion im flüssigen Zustand, bei der die mit Kohlenstoff und/oder reduzierenden Gasen noch nicht fertig reduzierten Oxyde in einer zweiten Stufe ebenfalls zu Metall reduziert werden. Die zweite Stufe ist ein metallothermisches oder elektrometallothermisches Schmelzverfahren.

Im Sinne der Erfindung sind unter Kohlenstoff alle industriellen kohlenstoffhaltigen Stoffe zu verstehen, wie Kohle, Koks und Holz. Unter den Kohlensorten sind sowohl die gasreichen als auch die mit geringem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen zu verwenden. Es eignen sich prinzipiell alle Kokssorten, doch sind die bei niedriger Temperatur erzeugten Kokse, die gewöhnlich eine bessere Oberflächenreaktivität haben, vorzuziehen. Die anzuwendenden Gase können Wasserstoff, Methan und andere höhere Kohlenwasserstoffgase oder Gemenge sein, wie Leuchtgas und Erdgas.

Das vorliegende Verfahren gestattet die Einstellung des Kohlenstoffgehaltes im Enderzeugnis, indem durch Bemessung des Reduktionsmittels in der ersten Stufe die Menge des reduzierten Metalls, wel-

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Claims

ches teilweise als Karbid vorliegen kann, begrenzt wird. Weiterhin kann in der sich anschließenden metallothermischen Reduktion durch Wahl des Kohlenstoffgehaltes des metallhaltigen Reduktionsmittels ein Metall erzeugt werden, das einen gewünschten Kohlenstoffgehalt hat. Der in der ersten und der zweiten Stufe jeweils erzielte Kohlenstoffgehalt ergibt im Enderzeugnis den zuvor bestimmten Kohlenstoffgehalt. Dieser läßt sich zwischen 0,01 und 7 % einstellen. Die Reduktion mit festem Kohlenstoff kann durch Anwendung eines Vakuums gefördert werden. Die sonst teilweise notwendigen sehr hohen Temperaturen, für die abhängig von dem zu erzeugenden Metall 1000 bis 1600: C und mehr notwendig sind, erniedrigen sich im Vakuum erheblich. Ein weiterer Vorteil des Vakuums besteht darin, daß es möglich ist, zur Erzielung eines bestimmten Metallisierungsgrades bei gleichzeitiger Vermeidung der Reoxydation mit einem geringeren Kohlenstoffzusatz zu arbeiten. Im Vakuum ist es möglich, bis zur vollständigen Aufzehrung des freien Kohlenstoffes zu arbeiten. Es wurde überraschend gefunden, daß bei dieser Verfahrensweise niedrige Kohlenstoffgehalte, bis praktisch Kohlenstofffreiheit, ohne Schwierigkeit erzielbar sind. Die Wählbarkeit des Kohlenstoffgehaltes der Endlegierung kann dadurch erreicht werden, daß der Metallisierungsgrad und damit der Anteil des im festen Zustand reduzierten Metalloxydes sich zwischen 15 und 8O°/o variieren läßt. Vorzugsweise wird auf 25 bis 65% des ursprünglichen Oxydgehaltes hingearbeitet. Andererseits kann man aber auch bei gegebenem Metallisierungsgrad und gegebenem Kohlenstoffgehalt in dem in der ersten Stufe angefallenen Metallanteil Kohlenstoffänderungen im Endprodukt dadurch erreichen, daß man den Kohlenstoffgehalt des metallischen Reduktionsmittels, wie z. B. Silicomangan oder Silicochrom, entsprechend wählt. Die Art des Zusatzes des Kohlenstoffs für die Reduktion im festen Zustand kann den technischen Belangen angepaßt werden. Bei Verwendung von Feinerz, fertigen Pellets, Briketts, Sinter oder auch stückigen oxydischen Rohstoffen für die Reduktion im festen Zustand kann der Reduktionskohlenstoff lose beigemischt werden. Der Kohlenstoff kann aber auch den Pellets oder Briketts einverleibt sein. Bei Verwendung von reduzierenden Gasen ist dafür zu sorgen, daß ein gleichmäßiger Gasdurchgang durch den zu reduzierenden Einsatz gewährleistet ist. Dies wird durch die Verwendung von stückigem Rohstoff, Pellets oder Briketts erreicht, wobei poröse Formkörper von Vorteil sind. Von den technisch verwendbaren Öfen hat sich der Drehrohrofen als gut geeignet erwiesen, doch ist bei stückiggemachtem oder an sich stückigem Rohstoff auch der Schachtofen geeignet, wenn die notwendige reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten werden kann. Während die genannten Ofentypen in erster Linie für das Arbeiten unter normalem Druck in Frage kommen, kann bei Anwendung von Vakuum zweckmäßigerweise ein mit elektrischen Widerständen beheizter Vakuumofen verwendet werden. Außer der Möglichkeit, die Reduktion mit Kohlenstoff und/oder reduzierenden Gasen durch Anwendung von Vakuum zu beschleunigen, kann auch vom Zusatz von Reaktionsbeschleunigern Gebrauch gemacht werden. Als solche Reaktionsbeschleuniger sind z. B. Alkali- und Erdalkaliverbindungen bekannt. Die metallothermisch^ Reduktion des restlichen in der ersten Stufe nicht reduzierten Metalloxydgehaltes erfolgt, wie oben beschrieben, indem die restlichen Metalloxyde zusammen mit dem bereits reduzierten Metall verflüssigt und dann durch Zusatz des ίο metallischen Reduktionsmittels in fester oder flüssiger Form ausreduziert werden. Es kann aber auch das metallische Reduktionsmittel in der ersten Stufe zusammen mit dem Kohlenstoff zugegeben werden. In der ersten Stufe beteiligt es sich nicht an der Reaktion und kommt erst in der zweiten Stufe anläßlich der Verflüssigung selbsttätig zur Wirkung. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird dadurch besonders gefördert, daß das in der ersten Stufe anfallende Erzeugnis in wärmeisolierten Behaltern gesammelt wird, um es anschließend noch heiß chargenweise dem Elektroofen für die Durchführung der zweiten Stufe zuzuführen. Es ist zweckmäßig, beim Sammelbehälter für die Aufrechterhaltung einer inerten Atmosphäre zu sorgen. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reduktion von oxydischen Rohstoffen der Metalle Chrom, Mangan, Titan, Vanadium, Nickel, Eisen, Tantal, Niob, Molybdän und Wolfram einzeln oder gemischt durch Teilreduktion mittels Kohlenstoff und/oder reduzierenden Gasen in festem Zustand zu Metall oder Metallcarbid in einer ersten Stufe und einer Fertigreduktion in flüssigem Zustand, bei der die mit Kohlenstoff und/oder reduzierenden Gasen nicht fertig reduzierten Oxyde in einer zweiten Stufe ebenfalls zu Metall reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Stufe metallothermisch oder elektrometallothermisch reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Gehalt an Oxyd des zu gewinnenden Metalls im Zwischenerzeugnis hingearbeitet wird, der 15 bis 80%, vorzugsweise 25 bis 65% des ursprünglichen Oxydgehaltes beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Reduktion im festen Zustand der oxydische Rohstoff in Form von Pellets oder Briketts oder Feinerz, roh oder gesintert, vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion im festen Zustand mit Kohlenstoff und/oder reduzierenden Gasen unter normalem Druck kontinuierlich im Drehrohrofen vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion im festen Zustand mit Kohlenstoff und/oder reduzierenden Gasen unter normalem Druck kontinuierlich im Schachtofen vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion im festen Zustand mit Kohlenstoff im Vakuum in einem mit Strahlkörpern versehenen Ofen vorgenommen wird.