DE1433356C3 - Verfahren zur Reduzierung von Metallchloriden mit Wasserstoff - Google Patents
Verfahren zur Reduzierung von Metallchloriden mit WasserstoffInfo
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Description
45
man .
a) frischen, auf eine über der Schmelztemperatur der in den Pellets enthaltenen Metallchloride,
jedoch nicht so hoch, daß damit in Berührung kommende Pellets, die von einer reduktiv gebildeten
Metallschwammschicht umgeben sind oder aus reduktiv gebildetem Metallschwamm bestehen, über die Schmelztemperatur ihrer
äußeren Schicht erhitzt werden, liegende Temperatur vorerhitzten Wasserstoff in die dritte
Zone einspeist, in der er mit partiell zu Metallschwamm reduzierten Pellets in Berührung „
kommt, in den Pellets noch »vorhandene Metallchloride und/oder andere mit Wasserstoff
reduzierbare Verbindungen zu dem bzw. den entsprechenden Metall(en) reduziert und
sich dabei so weit abkühlt, daß die noch nicht zu einem Metallschwamm reduzierte
äußere Schicht damit in Berührung gebrachter Pellets nicht über ihre Schmelztemperatur erhitzt
wird,
b) den in der dritten Zone abgekühlten und teilweise
als Reduktionsmittel verbrauchten Wasserstoff in die zweite Zone einspeist und dort
mit Pellets ohne reduktiv gebildete äußere Metallschwammschicht in Berührung bringt,
wobei er die äußere Schicht der Pellets zu Metallschwamm reduziert und sich dabei
noch weiter abkühlt, und
c) schließlich den Wasserstoff aus der zweiten Zone mit den in ihm" enthaltenen gasförmigen
Reduktionsprodukten in die erste Zone einspeist, in der er.mit frischen Pellets in Berührung
gebracht wird, um diese zu erhitzen und dadurch zu dehydratisieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den mit Reaktionsprodukten
verunreinigten Wasserstoff regeneriert, wobei mindestens ein Teil des darin enthaltenen
Chlorwasserstoffs entfernt wird, und nach Wiedererhitzen und gegebenenfalls Ergänzung mit frischem
Wasserstoff im Kreislauf in das Verfahren' zurückführt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß Chlorwasserstoff aus dem zu regenerierenden Wasserstoff entfernt wird, indem
man den verunreinigten Wasserstoff mit einer Metallchloridlösung in Berührung bringt.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
Pellets reduziert werden, die als Metallchlorid(e)
nur Chlorid(e) des Eisens und/oder Nickels und als gegebenenfalls vorhandene weitere mit Wasserstoff
reduzierbare Verbindungen ebenfalls nur Verbindungen dieser Metalle enthalten.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Pellets reduziert werden, die als
Metallchlorid Eisen(II)-chlorid mit 1 oder 2 Mol Hydratwasser sowie als gegebenenfalls vorhandene
andere mit Wasserstoff reduzierbare Verbindung Eisenoxyd enthalten.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
Pellets reduziert werden, die zur-Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des als Produkt anfallenden
Metallschwamms in Spurenmengen Calcium, Natrium, Schwefel, Vanadin, Zink oder
Nickel enthalten..
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von metallischem Eisen, Nickel und/oder Kobalt
durch Reduzieren von Chloriden dieser Metalle (Metallchlorid) mit heißem Wasserstoff.
Die Reduzierung von Metallen aus ihren Chloriden, wie Eisen(II)-chIorid, mit Hilfe von Wasserstoff ist als
solche bereits bekannt. So ist der USA.-Patentschrift 867 524 zu entnehmen, daß ausgefälltes pulverförmiges
Eisen(II)-chlorid mittels Wasserstoff bei Temperaturen zwischen 482 und 7040C zum Metall
reduzierbar ist. Ferner ist es aus der USA.-Patentschrift 2 762 700 bekannt, bei der Wasserstoff reduktion
von Eisenchloridpulvern in einem Temperaturbereich zwischen 500 und 6700C zu arbeiten, wodurch die
Reduktionstemperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Eisenchlorides gehalten wird. Aus »Archiv für das
Eisenhüttenwesen«, Februar 1963, Heft 2, S. 75 bis 82, ist ferner bekannt, daß die für die Eisengewinnung
erforderliche innere Erhitzung auch durch das in den Reaktionsraum eingeführte Erhitzungsmedium erfolgen
kann. Dieser Vorveröffentlichung ist auch zu
entnehmen, daß die Reduzierung von Mctalloxyden in ortsfesten Betten ausgeführt wird.
Ein Verfahren zum unmittelbaren Gewinnen von Eisen aus Chlorierungserzcugnisscn von Erzen oder
eisenhaltigen Schlacken mit Hilfe oxydierender Gase und anschließender Reduktion der entstandenen
Oxyde ist in der deutschen Patentschrift 659 689 beschrieben. Dabei erfolgt die Umsetzung der in dünner
Schicht unter 5 mm Stärke ausgebreiteten Eisenchloridc zu Eisenoxyd bei einer Temperatur von 300
bis 400üC durch Wasserdampf. Das auf diese Weise
hergestellte, leicht reduzierbare Eisenoxyd kann als Zuschlagstoff des Hochofcnmöllers oder in agglomerierter
Form, gegebenenfalls zusammen mit anderen Eisenrohstoffen nach einem der bekannten Gas- oder
sonstigen Reduktionsverfahren zu Eisen reduziert werden. Aus der deutschen Patentschrift 859 443 ist
auch bereits ein Verfahren zum Gewinnen von Eisen aus ferrioxydhaltigem Eisenerz durch Umwandlung
des Oxyds in Ferrichlorid mittels Salzsäuregasbehandlimg
und darauf folgendem Reduzieren des Ferri-.--Chlorids
zu Eisen mittels Wasserstoffbehandlung be- J kannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird in dem
Chloriergefäß ein Behandlungsgas verwendet, welches aus einer Mischung von Salzsäurcgas und Wasserstoff
besteht und beim Umlauf derart ergänzt wird, daß die aus dem Chloriergefäß überströmende Mischung in
einem Kreislauf zum Chloriergefäß zurückströmt und .dabei mindestens teilweise mit Wasserstoff angereichert
und als Behandlungsgas im Reduziergefäß verwendet wird. Die Chlorierung erfolgt dabei in einer Tieftemperatur-
und einer nachfolgenden Hochtemperaturstufe, wobei die Gase der Tieftemperaturstufe mit
Wasserstoff angereichert werden, dann zur Reduktion des Ferrichlorides zu Eisen verwendet und darauf
zu einer Mischstelle geführt werden, während die Gase der Hechtemperaturstufe zur gleichen Mischstelle geführt
und die so entstehende Mischung zum weiteren Chlori:ren verwendet wird. Die Reduktion des Ferrichlorides
zu Ferrochiorid und daraufhin zu Eisenschwamm erfolgt durch einen Teil der umlaufenden
Gasmischung, der nach der Reduktion zu Ferrochiorid bei 300 bis 5000C erhitzt und darauf bei einer Tem-
^i peratur zwischen 500 und 8000C zur Reduktion zu
"^ Eisenschwamm verwendet wird.
Die bekannten Verfahren zur Reduzierung von-Metallchloriden
mit Wasserstoff haben sich jedoch bis heute nicht erfolgreich in technischem Maßstab
anwenden lassen, da die Parameter noch nicht bekannt sind, die zur industriell verwertbaren Durchführung
der bekannten Verfahren notwendig sind.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung derart
auszubilden, daß ein Gewinnen von metallischem Eisen, Nickel und/oder Kobalt aus den jeweiligen
Chloriden mit Hilfe der Wasserstoffreduktion in technischem Maßstabe möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man mindestens 20% Metallchlorid(e) sowie
gegebenenfalls bis zu 80% einer oder mehrerer anderer mit Wasserstoff reduzierbarer Verbindung(en) der
genannten Metalle als Hauptbestandteil(e) enthaltende Pellets mit vorerhitztem Wasserstoff reduziert, der in
einer Menge und mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, die genügt, um den Wärmebedarf für das Erhitzen
der Pellets auf Reaktionstemperattir, das Verdampfen
von restlichem Wasser und die endotherme Reduktionsreaktion im wesentlichen vollständig durch
von dem heißen Wasserstoff abgegebene Wärme zu decken, wobei die Temperatur des mit den Pellets in
Berührung gebrachten heißen Wasserstoffs zur Erzielung eines möglichst raschen Reaktionsverlaufes
möglichst hoch, jedoch bis zur Ausbildung einer bei der Reduktion entstehenden, die Pellets umhüllenden,
... das Lecken von geschmolzenem oder verdampftem Mctallchlorid verhindernden Metallschwammschicht
nur so hoch gewählt wird, daß die Temperatur der
ίο äußeren Schicht der mit dem Wasserstoff erhitzten
Pellets unter der Schmelztemperatur des bzw. des niedrigstschmelzenden in den Pellets enthaltenen
Metallchlorides bleibt, und nach Ausbildung der Metallschwammschicht nur so hoch gewählt wird, daß
»5 die Temperatur der .Metallschwammschicht unter
deren Schmelztemperatur bleibt. —- .· : c
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß
mindestens ein zumindest partiell hydratisiertes Metallchlorid
enthaltende Pellets kontinuierlich in drei, gegebenenfalls in einem einzigen Reaktor durchgeführten
bzw. angeordneten Stufen bzw. Zonen reduziert werden, indem man
a) frischen, auf eine über der Schmelztemperatur der in den Pellets enthaltenen Metallchloride,jedoch.
nicht so hoch, daß damit in Berührung kommende Pellets, die von einer reduktiv gebildeten Metallschwammschicht
umgeben sind oder aus reduktiv gebildetem Metallschwamm bestehen, über
die Schmelztemperatur ihrer äußeren Schicht erhitzt werden, liegende Temperatur vorerhitzten
Wasserstoff in die dritte Zone einspeist, in der er mit partiell zum Metallschwamm reduzierten
Pellets in Berührung kommt, in den Pellets noch
vorhandene Metallchloride und/oder andere mit Wasserstoff reduzierbare Verbindungen zu dem
bzw. den entsprechenden Metall(en) reduziert und sich dabei so weit abkühlt, daß die noch nicht zu
einem Metallschwamm reduzierte äußere Schicht damii in Berührung gebrachter Pellets nicht über
ihre Schmelztemperatur erhitzt wird,
b) den in der dritten Zone abgekühlten und teilweise als Reduktionsmittel verbrauchten Wasserstoff in
die zweite Zone einspeist und dort mit Pellets ohne reduktiv gebildete äußere Metallschwammschicht
in Berührung bringt, wobei er die äußere Schicht der Pellets zu Metallschwamm reduziert
und sich dabei noch weiter abkühlt, und
c) schließlich den Wasserstoff aus der zweiten Zone mit den in ihm enthaltenen gasförmigen Redukduktionsprodukten
in die erste Zone einspeist, in der er mit frischen Pellets in Berührung gebracht
wird, um diese zu erhitzen und dadurch zu dehydratisieren.
Ein beträchtlicher wirtschaftlicher Vorteil bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird dadurch erzielt, daß man den mit Rcaktionsprodukten verunreinigten Wasserstoff regeneriert,
wobei mindestens ein Teil des darin enthaltenen Chlorwasserstoffs entfernt wird, und nach Wiedererhitzen
und gegebenenfalls Ergänzen mit frischem Wasserstoff im Kreislauf in das Verfahren zurückführt.
Dabei läßt sich der Chlorwasserstoff aus dem zu regenerierenden Wasserstoff am besten dadurch
entfernen, daß man den verunreinigten Wasserstoff mit einer Metallchloridlösung in Berührung bringt.
3. Es wird Eisend I )-chIorid aus der Auslaugelösung
vermittels Eindampfen unter Vakuum auskristallisiert.
4. Es werden Eisen(M)-chIorid-KristalIe gewonnen
und mit Sprühwassei zwecks Entfernen von Oberflächenverunreinigungen gewaschen.
5. Die EiscnOO-chlorid-Kristalle, die gewöhnlich
- etwa 4 Mol Hydratwasser aufweisen, werden in
einem Trockner in einen Zustand teilweise dchydratisiert,
in dem dieselben etwa '/„ MoI Hydratwasser
aufweisen. Die teilweise dehydratisierten Kristalle werden vorzugsweise in feuchtem Zustand
aus dem Trockner bei einer Temperatur von etwa 100 C abgezogen. In diesem Zustand
sind die Kristalle insbesondere für das Anwenden als Beschickungsmatcrial für das erfindungsgemäße
Verfahren geeignet.
Die Verwendung von Peliets ist für die erfolgreiche
Ein besonders günstiger Verfahrensabiauf kann dadurch erzielt werden, daß Peliets reduziert werden,
die als Metallchlorid(e) nur Chlorid(e) des Eisens und/oder Nickels und als gegebenenfalls vorhandene
weitere mit Wasserstoff reduzierbare Verbindungen 5 ebenfalls nur Verbindungen dieser Metalle enthalten.
Dabei hat es sich als besonders günstig herausgestellt, daß Pellets reduziert werden, die als Metallchlorid
Eisen(II)-chlorid mit 1 oder 2 Mol Hydratwasser sowie
als gegebenenfalls vorhandene andere mit Wasserstoff io
reduzierbare Verbindung Eisenoxyd enthalten. Die Qualität der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Erzeugnisse kann insbesondere in Hinsicht auf die physikalischen Eigenschaften der Verfahrenserzeugnisse
dadurch verbessert werden, daß 15 Peliets reduziert werden, die Spurenmengen Kalzium,
Natrium, Schwefel, Vanadin, Zink oder Nickel enthalten.
Die Erfindung beruht auf dem Leitgedanken, daß
die zu reduzierenden metallchloridhaltigen Pellets 20 Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
zunächst bei einem Wasserstoffstrom mit einer Tem- wesentlich. Das Pelletieren stellt sicher, daß eine geperatur
unterhalb des Schmelzpunktes des Metall- steuerte Permeabilität und Porosität im Inneren des
chlorides bis zur Ausbildung einer äußeren Schicht Bettes erreicht wird. Dies führt zu einer guten Veraus
Metallschwamm reduziert und nach Ausbildung teilung des Wasserstoffes in dem Bett und somit zu
dieser Schicht bei einem Wasserstoffstrom höherer 25 einer zufriedenstellenden Verwcilzeit für den Abschluß
Temperatur, die jedoch unterhalb des Schmelzpunktes der Reduktion des Bettes unter Ausbilden des mctalder
bereits reduzierten Mctallschwammschicht liegt, lischcn Zustande:;. Weiterhin ist der für das Hinfertig reduziert werden. Demzufolge umfaßt das Ver- durchtreiben des Wasserstoffs durch das Bett erforderfahren
nach der Erfindung eine Niedertemperatur-und liehe Druckunterschied klein im Vergleich zu dem
eine Hochtemperaturreduktion mittels heißen Wasser- 30 Druckunterschied, der bei einem Pulverbett erforderstoffs.
lieh ist. Die Wichtigkeit dieses Merkmals ergibt sich
Das Ausgangsmaterial· für das Eisen(II)-chlorid- an Hand der weiteren Erläuterungen,
pulver ist für die erfolgreiche Durchführung des Ver- Auf Grund des Vorlicgcns einer verbesserten Wasser-
fahrens nicht von. wesentlicher Bedeutung. Stoffverteilung und verringerten Verweilzcit kann der
Es wird jedoch bevorzugt, ein warmes, feuchtes 35 Wasserstoff als solcher als Mittel für das Zuführen der
hydratisiertes Eiscn(II)-chloridpulvcr zu verwenden, gesamten, für den Reduktionsvorgang erforderlichen
das I bis 2 Mol Hydratwasser enthält. Warmes,
feuchtes Eisen(II)-chIoridpulver läßt sich zu Pellets
verdichten, die im Vergleich zu solchen Pellets mechanisch fester sind, die aus einem identischen Pulver 40
gebildet" sind, das in trockenem Zustand und bei
Raumtemperatur verdichtet worden ist. Eine teilweise
Dehydratisierung des Eisen(II)-chIoridcs wird durchgeführt, um so das Problem eines Auflösens des Materials in seinem eigenen Hydratwasser bei Erhitzen 45 als auch nach der Reduktion bei den in der Redukfür die Reduktion zu vermeiden. Weiterhin ist die tionszone herrschenden Temperaturen. Es versteht Dehydratisierung dahingehend vorteilhaft, als hier- sich, daß mit steigender mechanischer Festigkeit der durch die in den der Reduktion dienenden Reaktor Pellets die Gefahr- verringert wird, daß die Peliets eingeführte Wassermenge verringert wird. Das aus zerdrückt werden, wenn dieselben einen Teil des Bettes dem Reaktor austretende Reduktionsgas besteht aus 50 bilden. Das Zerdrücken muß vermieden werden, da Wasserstoff, Chlorwasserstoff und Wasser. Man kann sich hierdurch natürlich eine direkte Wirkung auf die davon ausgehen, daß dieser austretende Gasstrom Porosität und die Permeabilität des Bettes ergibt. Es einem Chlorwasserstoff-Absorber für das Regene- wurde gefunden, daß die Peliets dazu neigen, miteinrieren von reinem Wasserstoff zwecks Gewinnen von ander während der Reduktion in Wechselwirkung zu Chlorwasserstoff zugeführt wird. Es versteht sich, daß 55 treten. Wenn man z. B. ein Pellet über ein anderes legt der gewonnene Chlorwasserstoff um so konzentrierter und beide reduziert, so stellt man bei periodischer ist, je weniger Wasser in dem austretenden Gasstrom Untersuchung fest, daß in jedem Pellet eine der Beenthalten ist. rührungsfläche benachbarte Zone nur sehr langsam Ein geeignetes bekanntes Verfahren für das Ge- reduziert wird. Es wird angenommen, daß sich dies winncn eines derartigen Ausgangsmaterials besteht 60 auf Grund der Konzentrierung an Chlorwasserstoffgas i in dem schmalen Hohlraum ergibt, der zwischen den
feuchtes Eisen(II)-chIoridpulver läßt sich zu Pellets
verdichten, die im Vergleich zu solchen Pellets mechanisch fester sind, die aus einem identischen Pulver 40
gebildet" sind, das in trockenem Zustand und bei
Raumtemperatur verdichtet worden ist. Eine teilweise
Dehydratisierung des Eisen(II)-chIoridcs wird durchgeführt, um so das Problem eines Auflösens des Materials in seinem eigenen Hydratwasser bei Erhitzen 45 als auch nach der Reduktion bei den in der Redukfür die Reduktion zu vermeiden. Weiterhin ist die tionszone herrschenden Temperaturen. Es versteht Dehydratisierung dahingehend vorteilhaft, als hier- sich, daß mit steigender mechanischer Festigkeit der durch die in den der Reduktion dienenden Reaktor Pellets die Gefahr- verringert wird, daß die Peliets eingeführte Wassermenge verringert wird. Das aus zerdrückt werden, wenn dieselben einen Teil des Bettes dem Reaktor austretende Reduktionsgas besteht aus 50 bilden. Das Zerdrücken muß vermieden werden, da Wasserstoff, Chlorwasserstoff und Wasser. Man kann sich hierdurch natürlich eine direkte Wirkung auf die davon ausgehen, daß dieser austretende Gasstrom Porosität und die Permeabilität des Bettes ergibt. Es einem Chlorwasserstoff-Absorber für das Regene- wurde gefunden, daß die Peliets dazu neigen, miteinrieren von reinem Wasserstoff zwecks Gewinnen von ander während der Reduktion in Wechselwirkung zu Chlorwasserstoff zugeführt wird. Es versteht sich, daß 55 treten. Wenn man z. B. ein Pellet über ein anderes legt der gewonnene Chlorwasserstoff um so konzentrierter und beide reduziert, so stellt man bei periodischer ist, je weniger Wasser in dem austretenden Gasstrom Untersuchung fest, daß in jedem Pellet eine der Beenthalten ist. rührungsfläche benachbarte Zone nur sehr langsam Ein geeignetes bekanntes Verfahren für das Ge- reduziert wird. Es wird angenommen, daß sich dies winncn eines derartigen Ausgangsmaterials besteht 60 auf Grund der Konzentrierung an Chlorwasserstoffgas i in dem schmalen Hohlraum ergibt, der zwischen den
Pellets an deren Berührungsfläche begrenzt wird. Diese Konzentration führt leicht zu einer Verschiebung der
Reduktionsreaktion. Aus diesem Grunde besitzen die
Wärme angewandt werden. Dies hat zu Verbesserungen bezüglich des Wärmewirkungsgrades und praktisch
vollständigem Ausschließen von heißen Stellen geführt. Die Pellets werden vorzugsweise durch Verdichten
des warmen, feuchten EiscnOO-chloridpulvcrs unter
Anwenden einer mechanischen Vorrichtung ausgebildet. Bei einer derartigen Ausbildung besitzen dieselben
zufriedenstellende Druckfestigkeit sowohl vor
im folgenden:
1
1
Es wird ein eisenenthaltendes Material, wie Alteisen
oder Konzentrat in einem säurefesten Gefäß
ausgelaugt, das eine heiße wäßrige Lösung an
Chlorwasserstoffsäure enthält.
ausgelaugt, das eine heiße wäßrige Lösung an
Chlorwasserstoffsäure enthält.
2. Die ausgelaugte Lösung wird von dem unlösliehen Rückstand abgetrennt.
Pe„ets dne im wesentlichen kugelartige Gestalt, um
so die Berührungsfläche kleinstmöglich zu halten und
trotzdem Peliets von erheblicher Größe verwenden zu können. Ferner stellt das Abrunden eine Porosität
und Permeabilität im Inneren des Bettes sicher. Da sich ideal kugelförmige Pellets schwierig herstellen
lassen, wurden mit Erfolg auch herkömmliche kissenförmige und birnenförmige Pellets verwendet.
Wenn die Größe der Pellets zu groß ist, wird das Reduktionsgas zu weit von dem Pellet entfernt, so
daß die Verweilzeit übermäßig lang wird. Es sind gute Erfolge mit dichten Pellets mit einem Gewicht von
etwa 10 bis 30 g erzielt worden. Nach der zur Zeit bevorzugten Pelletisierungsweise werden Pellets mit
einer Porosität von etwa 10 % und einem Gewicht von 15 bis 30 g ausgebildet. Dies wird dadurch erreicht, daß
ein heißes, feuchtes Eisen(II)-chIorid, wie weiter oben beschrieben, in eine Zweiwalzenpresse eingeführt wird,
die mit einem Stangenschub von 33 Tonnen arbeitet. Das Eisen(II)-chlorid erfordert einen hohen Verdichtungsdruck,
um ein Pellet auszubilden, das die angestrebten mechanischen Festigkeitseigenschaften
aufweist. Es ist erfolgreich ein Zusammendrückverhältnis von 3:1 angewandt worden. Die scheinbare
Dichte der gebildeten Pellets beläuft sich auf etwa
2,3 g/cm3. Wenn diese Pellets in ein Bett überführt werden, weist dasselbe eine Porosität von etwa 50%
auf. Bei ortsfesten Betten mit einem Durchmesser von 1,0 m können Betthöhen bis etwa 76 cm gut reduziert
werden. .
Zur Durchführung der Reduktion wird eine Vielzahl von Eisen(II)-chloridpelIets in einen geeigneten
Reaktor eingeführt. Die besten Ergebnisse werden bei Verwendung eines ortsfesten Bettes im Reaktor erzielt.
Ein senkrechter Reaktor mit einer Abmessung von 3 · 1 m aus rostfreiem Stahl wurde erfolgreich verwendet..
Die Pellets wurden in Betten mit einer Dicke von etwa 60 cm auf jedem von drei senkrecht im Abstand
angeordneten Gittern übereinander angeordnet, die auf einem mittleren Träger angeordnet sind. Ein
Einlaß für heißen Wasserstoff ist an der Unterseite des Reaktorgefäßes und ein Auslaß ist an dem oberen
Ende desselben vorgesehen.
Die Dicke der in dem Umsetzungsgefäß angewandten Betten sollte sorgfältig beachtet werden. Es
können eine Reihe von Faktoren auftreten, die die Dicke des anzuwendenden Bettes entscheiden.
Wenn die Querschnittsfläche des Reaktorgefäßes klein ist, ist ein großer Druckabfall über dem Bett
unzweckmäßig. Es ist zu beachten, daß der Wasserstofffluß längs der Wände des Reaktorgefäßes Kanäle
bildet. Wenn ein größerer Druckabfall angewandt wird, neigt dieser kanalbildende Fluß zu einem Falten
des Bettes nach innen oder trennt dasselbe von den Wandflächen, wodurch die Wandkanalbildung intensiviert
wird. Ein dickes Bett wird natürlich zu einem größeren Druckabfall führen. Demzufolge sind dünnere
Betten in den Reaktorgefäßen mit erheblichem Querschnitt vorzugsweise zu verwenden.
Die Dicke des Bettes ist so zu bemessen, daß ein Zerbrechen der Bodenschicht der Pellets vermieden
wird. Bei den Reduktionstemperaturen sind die Pellets relativ weich. Ein Zerbrechen derselben verringert
naturgemäß die Permeabilität des Bettes. Durch Versuche wurde gefunden, daß 15 bis 30 g kissenförmige
Pellets mit Abmessungen von 3,81 -2,21 bis 1,27 cm ohne Zerbrechen erfolgreich in einem Reaktorgefäß
mit einem Durchmesser von 1 m reduziert werden können, in welches heißer Wasserstoff unter einem
Druck von 0,2 kg/cm2 eingeführt wird, wenn eine Bettdicke von 60 cm eingehalten wird.
Die Reinheit des angewandten Wasserstoffs stellt keinen kritischen Faktor dar. Selbstverständlich sind
Verunreinigungen unzweckmäßig. Es wurde jedoch erfolgreich Wasserstoff angewandt, der aus Naturgas
hergestellt worden ist. Dieser Wasserstoff enthält bis zu 15 Volumprozent Kohlenwasserstoffe und 36 Volumprozent
Wasser. Der Reinheitsgrad wird größtenteils durch die Spezifikation für das Eisenpulver und
durch wirtschaftliche Betrachtungen bestimmt.
Der heiße Wasserstoff wird dem Reaktorgefäß in ίο einer Menge zugeführt, die ausreichend ist, um
Eisen(II)-chlorid in Eisen zu reduzieren, und den gesamten Wärmeerfordernissen für die Reduktion entspricht.
Der Ausdruck »gesamte Wärmeerfordernisse für die Reduktion« bedeutet folgendes:
1. Die erforderliche Wärmemenge zum Erhitzen des Pellets auf die Reduktionstemperatur.
2. Die erforderliche Wärmemenge zur Verdampfung des Restwassers und
3. die Wärmemenge, die für die endotherme Reduktionsreaktion benötigt wird, die bei 600°C
wie folgt definiert werden kann:
FeCl2 + H2 = Fe + H2Cl + 34 Kilokalorien pro Grammol Fe. .
FeCl2 + H2 = Fe + H2Cl + 34 Kilokalorien pro Grammol Fe. .
Bei 600° C beträgt das gesamte theoretische Wärmeerfordernis etwa 60 Kilokalorien pro Grammol hergestellten
Eisens.
Es ist unzweckmäßig, die Reduktionsreaktion bei Temperaturen unter 550° C durchzuführen. Das hergestellte Eisenpulverprodukt ist pyrophor, wenn die Reaktion bei niedrigen Temperaturen durchgeführt wird. Außerdem ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei niedrigen Umsetzungstemperaturen zu gering, um technisch von Bedeutung zu sein.
Es ist unzweckmäßig, die Reduktionsreaktion bei Temperaturen unter 550° C durchzuführen. Das hergestellte Eisenpulverprodukt ist pyrophor, wenn die Reaktion bei niedrigen Temperaturen durchgeführt wird. Außerdem ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei niedrigen Umsetzungstemperaturen zu gering, um technisch von Bedeutung zu sein.
Theoretische Berechnungen und visuelle Prüfung der teilweise reduzierten Pellets haben gezeigt, daß sich
die Reduktionsreaktion längs einer fortschreitenden Front ausbreitet. Die Reaktionsfroni schreitet von
außen nach innen vor. Experimentelle Beobachtungen haben gezeigt, daß der nicht reduzierte Teil eines
Pellets nicht angegriffen wird, wenn derselbe der Reduktion durch Wasserstoff unterworfen wird, der auf
eine über 670°C liegende Temperatur erhitzt worden ist. Mit anderen Worten dient die Reaktionsfront als
ein Wärmeschild für das nicht reduzierte Eisen(II)-chlorid,
wodurch das Reduktionsprodukt auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden kann. Es wurde
gefunden, daß Gegebenheiten der Reaktorgefäßeinrichtung die Einlaßtemperatur des Wasserstoffs auf
etwa 800° C begrenzen. ' ,
Die Einlaßtemperatur soll größer als 550° C sein. Vorzugsweise liegt sie oberhalb von 700°C. Bei einer
Einlaßtemperatur von etwa 8000C und einer Abgabetemperatur
von etwa 550°C werden 30 bis 40 Mol Wasserstoff zur vollständigen Reduktion von 1 Mol
Eisen(II)-chlorid benötigt, wobei alle Wärmeerfordernisse durch das Reduktionsprodukt bestimmt werden.
Die Gasgeschwindigkeit durch das Reaktionsgefäß weist eine Wirkung auf die Reduktionsgeschwindigkeit
auf. Um eine größtmögliche Reduktionsgeschwindigkeit zu erzielen, sollte die Gasgeschwindigkeit über
dem Pellet ausreichend groß sein, um den Widerstand gegenüber der Wärme- und Masseübertragung an der
Pelletoberfläche im Vergleich zu dem Diffusionswiderstand durch die schwammförmige Eisenschicht an der
Außenseite des teilweise reduzierten Pellets vernachlässigbar zu machen. Bezüglich Pellets mit einem
9 10
Durchmesser von 2,54 bis 5 cm wurde experimentell erneut dem Erhitzer zugeführt, und es wird frische
gefunden, daß die Geschwindigkeit etwa 60 cm/sec Eisen(II)-chlorid-Lösung dem umlaufenden Strom bei
betragen soll. Da der Fließwiderstand des Bettes groß Eintritt in den Erhitzer zugesetzt,
ist und bei fortschreitender Reduktion zunimmt, ist Die Aufschlämmung der Eisen(II)-chloridkristalle
es zweckmäßig, die geringstmögliche Geschwindigkeit 5 in der Absitzvorrichtung wird einer waagerechten,
anzuwenden. Umgekehrt ist eine hohe Gasgeschwin- kontinuierlich arbeitenden Druckzentrifuge (pusher
digkeit erforderlich, um eine Kondensation des in centrifuge) mit benetzten Teilen aus Titan zugepumpt,
einen Teil des Bettes verdampften Wassers an einer Die Kristalle werden von der Mutterlauge in der
anderen Stelle zu verhindern. Bei niedrigen Ober- Zentrifuge abgetrennt. Die zurückgewonnenen Kriflächen-Gasgeschwindigkeiten
kühlt sich die Gas- io stalle werden sodann mit etwa 5% ihres Eigengrenzschicht
an der Pelletoberfläche unter die Sätti- gewichtes an Wasser unter Entfernen der anhaftenden
gungsiemperatur des Gases ab, und zwar insbesondere Mutterlauge versprüht. Die etwa 93% des in den
in Zonen, wo die Bettporosität auf Grund einer un- Kreis eingeführten Eisens enthaltenden feuchten
gleichmäßigen Packung am niedrigsten ist. Die Kon- Kristalle werden als FeCl2-4H2O gewonnen. Die
densation des Wassers in den Zonen führt zu undurch- 15 verbleibenden 7% des eingeführten Eisens werden
lässigen Massen aus Eisen(II)-chlorid, die sich inner- unter Entfernen löslicher Verunreinigungen, wie
halb vernünftiger Zeitspannen nicht reduzieren lassen. Nickelchlorid, abgezogen. Die feuchten Eisen(II)-Ein
Arbeiten mit einer Geschwindigkeit von 0,6 bis chlorid-Tetrahydrate werden sodann in einem Ray-1,5
m/sec hat sich als ausreichend erwiesen, um eine mond-Schnelltrockner unter Verringern des Wasser-Kondensation
der Feuchtigkeit in einem kleinen Bett 20 gehaltes des Eisen(ll)-chlorides auf 1,5 bis 2 MoI pro
mit einer Dicke von 0,6 m und einem Durchmesser Mol Eisen(II)-chlorid getrocknet. Während des Trockvon
1 m zu verhindern. nens werden die Kristalle in einem nach oben fließen- r~
Das durch die Umsetzung erhaltene Produkt ist den Strom aus heißen Verbrennungsgasen eines direkt
ein Metallschwamm, der eine scheinbare Dichte von befeuerten Ofens geführt. Die Gase treten mit einer
etwa 0,8 und eine Porosität von etwa 80 bis 90% »5 Temperatur von etwa 6000C ein. und aus hei einer
besitzt und ungewöhnlich rein ist, wie den nachfolgen- Temperatur von etwa 135°C, wobei die verdampfte
den Analysedaten zu entnehmen. Feuchtigkeit mitgenommen wird. Die Kristalle treten
Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer mit einer Temperatur von etwa 40 bis 50°C ein und
Reihe von Ausführungsbeispielen erläutert: mit einer Temperatur von etwa 100 bis 1200C aus
R . ■ . . 1 ■ .. 30 und enthalten 1,5 bis 2 Mol Wasser pro Mol Eisen(ll)-"
e 1 s ρ 1 e chlorid. Es erfolgt eine geringe Hydrolyse zu dem
Es wird Eisenschrott mit der folgenden angenäherten Oxyd in der Trocknungsvorrichtung. Bei der che-
Zusammensetzung mischen Analyse wurde gefunden, daß die aus dem
C 0 08 bis 013 °/ Trockner kommenden Kristalle die folgende Zu-
Ni und'cu '.'/.'.'.'.'.'.'..'..'.'.'. o|oi bis 0,05 % 35 sammensetzung aufweisen:
Mn ..0,6 bis 1,0% FeCI2..... 72,5 bis 82%
S ...0,08 bis 0,33% Fe2O3..... 3. bis 7%
Fe und Eisenoxyde ....... Rest Verunreinigungen 0,1 bis 0,5%
in ein verstärktes Kunststoffgefäß zusammen mit 40 2 ':
'°
20 Gewichtsprozent wäßriger HCl eingefühlt, die auf Dieses Produkt wird noch im heißen Zustand einer
900C erhitzt worden ist. Das Schrotteisen löst sich in Pelletisierungsvorrichtung zugeführt, die zwei Walzen
der Säure unter Entwickeln von Wasserstoff in einer mit einem Durchmesser von 25,4 cm aufweist, wobei f
exothermen Reaktion auf, wodurch die Lösung bei ein Walzendruck von 33 t vorliegt. Es werden kissen- C.
85 bis 950C gehalten wird. Es wird eine Eisen(II)- 45 förmige Pellets mit einer Länge von 3,8 cm, einer
chlorid-Lösung, die angenähert 12 Gewichtsprozent Breite von 2,2 cm und einer Dicke von 1,27 cm her-
Eisen und 3 Gewichtsprozent HCl enthält, kontinu- gestellt.
ierlich aus dem Gefäß abgezogen. Die Lösung wird 1880 kg dieser Pellets werden in ein Umsetzungssodann
zwecks Entfernen unlöslicher Verunreini- gefäß aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchgungen
filtriert. 50 messer von 1,05 m eingeführt, das von außen isoliert.
Die Eisen(II)-chlorid-Lösung wird in einen Va- ist. Die Pellets werden in drei gleiche Mengen unterkuum-Kristallisationsvonichtungs-Kreis
eingeführt, teilt und auf waagerechte Roste im Inneren des Um- <ier aus einem Erhitzer, einer Kristallisationsvorrich- setzungsgefäßes gebracht. Jedes dieser drei Betten
tung sowie einer Absitzvorrichtung besteht, die alle- weist eine Dicke von 0,60 m auf und erstreckt sich
samt säurefest aufgebaut sind. Ein Teil der Eisen(II)- 55 über den gesamten Durchmesser des Gefäßes. Nach
chlorid-Lösung wird kontinuierlich zu dem Erhitzer Verschließen des Umsetzungsgefäßes und Überbei
etwa 550C zurückgeführt, wo ein indirektes Er- prüfen auf Leckstellen wird die darin vorliegende
wärmen auf etwa 70° C erfolgt. Diese heiße Lösung Luft mit Stickstoff verdrängt, und der Stickstoff wird
wird sodann in die Kristallisationsvorrichtung einge- seinerseits durch Wasserstoff verdrängt. Nachdem
sprüht, die unter einem absoluten Druck von 50 mm Hg 60 das Umsetzungsgefäß mit Wasserstoff gefüllt ist,
gehalten wird. Das Einsprühen erfolgt vermittels eines werden pro Stunde 4,37 kg Gas der folgenden Zu-Wasserdampf-Ejektorsystems.
Wasser und Chlor- sammensetzung wasserstoffsäure werden aus der Lösung bedingt pj 4g Gewichtsprozent
durch den niedrigen Druck verdampft. Dadurch kühlt ^j2Q -'
/.36 Gewichtsprozent
sich die Lösung auf etwa 55°C ab, und in der Absitz- 65 j^2 un^' "^ ........... 14 Gewichtsprozent
vorrichtung an dem unteren Ende der Kristallisations- 2 4 "
vorrichtung bilden und sammeln sich Eisen(II)- unter einem Druck von 0,21 kg/cm2 und einer Tem-
chloridkristalle. Die überschüssige Mutterlauge wird peratur von 78O0C nach oben durch die Betten ge-
• 11 . 12
führt. Die vollständige Reduktion wird in 7 Stunden BeisDiel 3
durchgeführt. Zu Beginn der Reduktion bei Trocknen
durchgeführt. Zu Beginn der Reduktion bei Trocknen
des Bettes beläuft sich die Temperatur am Auslaß auf Dieses Beispiel zeigt die Erhöhung der. mechanischen
etwa 100''C, jedoch steigt die Temperatur nach Festigkeit des Pellets bei Anwenden heißen, feuchten
1 Stunde am Auslaß auf 570 bis 6000C an und ver- 5 Eisen(II)-chIorides. Die mechanische Festigkeit eines
bleibt bei diesem Wert, bis die Reaktion abgeschlossen Pellets wird durch die Druckkraft gemessen, die erist.
Sodann beginnt dieselbe wiederum langsam an- forderlich ist, dasselbe im kalten Zustand zu zerzusteigen.
. drücken. Da Pellets aus Eisen(II)-chlorid im Laufe
Nach"'Abschluß der Umsetzung werden die Eisen- der Zeit eine Verringerung ihrer mechanischen
betten mit kaltem Wasserstoff abgekühlt. Der Wasser- io Festigkeit erfahren, insbesondere in einer feuchten
stoff wird sodann mit Stickstoff verdrängt, bevor die Atmosphäre, werden die Feuchtigkeitstests ausgeführt,
Betten aus dem Umsetzungsgefäß entfernt werden. sobald die Pellets abgekühlt worden sind.
Der als Produkt anfallende Eisenschwamm wird Auf Grund von Veränderungen von Pellet zu
zerkleinert und in einer Hammermühle gemahlen und Pellet wird in jedem Falle ein Bereich von Werten
weist die folgenden Analysenwerte und physikalischen 15 angegeben: ..;-;
Eigenschaften auf: , _ .. : _ . ..
Mechanische Festigkeit gegenüber einem Zerdrücken
Scheinbare Dichte .. 1,5 bis 1,9 in kg
Fließwert.........: kein Eisen(II)-chlorid, das 1,6 Mol Wässer pro Mol
Zusammensetzung: 20 Eisen(II)-chlorid enthält
Wasserstoffverlust.. 0,3 bis 0,5 Gewichtsprozent wie im Trockner hergestellt... 114 bis 159
"~\ C .0,02% . nach Abkühlen auf Raum-
■--' Cl 0,01 bis 0,05 Gewichtsprozent temperatur 90 bis 134
Fe Rest
- Beispiel *5 . Beispiel
Dieses Beispiel zeigt die überraschende Verbesserung Dieses Beispiel zeigt die Anwendung des Verfahrens
bezüglich der Reduktionszeit, die durch Pelletisieren auf Nickelchlorid.
des Eisen(II)-chlorides erhalten wird. Es werden Es wird handelsübliches Nickelchlorid mit der an-2,95
kg Eisen(II)-chlorid mit einer etwa FeCl2 · 2H2O 30 genäherten Zusammensetzung der Formel NiCla· 6 H2O
entsprechenden Zusammensetzung vermählen und unter Ausbilden von 145 g Nickelchlorid mit der andurch
ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von genäherten Zusammensetzung, entsprechend der For-0,15
mm abgesiebt. Das abgesiebte Produkt wird so- mel NiCl2*l,7 H2O, entwässert. Dieses Produkt wird
dann in ein zylinderförmiges Reaktorgefäß mit einem in einer zylinderförmigen Form mit einem DurchDurchmesser
von 10 cm eingeführt, das einen Boden- 35 messer von 3,18 cm unter Anwenden eines Druckes
einlaß für die Einführung von Wasserstoff aufweist. von 560 kg/cm2 zu Pellets verformt, die jeweils ein
Das Umsetzungsgefäß und der eintretende Wasser- Gewicht von 14 g besitzen. Die Pellets werden in ein
stoff werden in einem senkrechten Ofen auf eine Reaktorgefäß in Form eines Rohrs aus rostfreiem
Temperatur von 6500C gebracht. Nach 20stündigem Stahl mit einem Durchmesser von 10,8 cm eingeführt.
Erhitzen bei einer Fließgeschwindigkeit des Wasser- 40 Sodann läßt man durch das Umsetzungsgefäß in der
Stoffs von etwa 0,565 m3/h läßt man das Reaktor- folgenden Weise vorerhitzten Wasserstoff fließen:
gefäß unter Aufrechterhalten eines langsamen Wasser- 3450C (a) I 13 m3/h 117 Minuten
gefäß unter Aufrechterhalten eines langsamen Wasser- 3450C (a) I 13 m3/h 117 Minuten
stoffflusses abkühlen. Bei dem Öffnen des Reaktor- inn"p)„\i'ii™3/i,
λ* \/i;„.,**„
^ ...„ -jrj .ο j. λ /- · ^ 500 C (a) 1,13 irr/n 45 Minuten
gefaßes wird gefunden, daß man etwa 1 Gewichtsprozent des Eisen(II)-chlorides zu Eisenmetall reduziert 45 Die Analyse der erzeugten Pellets zeigt, daß diehat,
und dies trotz der Tatsache, daß mehr als genug selben vollständig reduziert worden sind,
heißer Wasserstoff durch das Umsetzungsgefäß hin- .
durchgeführt worden ist, um eine vollständige Re- Beispiel 5
duktion der Beschickung zu bewirken. :
heißer Wasserstoff durch das Umsetzungsgefäß hin- .
durchgeführt worden ist, um eine vollständige Re- Beispiel 5
duktion der Beschickung zu bewirken. :
Es werden 4,54 kg des gleichen Eisen(II)-chlorides 50 Dieses Beispiel zeigt die Anwendung des Verfahrens
vermählen und durch ein Sieb mit einer lichten auf Kobaltchlorid.
Maschenweite von 6,15 mm abgesiebt. Das abgesiebte Es wird handelsübliches Kobaltchlorid mit einer
Produkt wird sodann unter Anwenden eines zylinder- angenäherten Zusammensetzung entsprechend der
förmigen Verformungswerkzeuges in eine Anzahl von Formel CoCl2-OH2O unter Ausbilden von .15Og
Tabletten mit einem Durchmesser von 2,5 cm zu- 55 Kobaltchlorid mit der angenäherten Zusammensammengedrückt.
Die Tabletten werden sodann in Setzung, entsprechend der Formel CoCl2 · 0,66 H2O,
das gleiche Umsetzungsgefäß unter Ausbilden einer entwässert. Dieses Produkt wird in einer zylinder-Höhe
des Bettes von 23 cm eingeführt. Das Um- förmigen Form mit einem Durchmesser von 3,18 cm
setzungsgefäß und der eintretende Wasserstoff werden unter Ausbilden von Pellets mit einem Gewicht von
in einem senkrechten Ofen auf eine Temperatur von 60 etwa 14 g verformt, wobei ein Druck von 560 kg/cm2
65O0C erhitzt. Nach 3,5stündigem Erhitzen unter angewandt wird. Die Pellets werden in ein Umsetzungseiner Fließgeschwindigkeit des Wasserstoffes von gefäß in Form eines Rohres aus rostfreiem Stahl mit
etwa 5,65 m3/h läßt man sich das Umsetzungsgefäß einem Durchmesser von 10,8 cm eingeführt. Sodann
abkühlen unter Aufrechterhalten eines langsamen läßt man durch das Umsetzungsgefäß in der folgenden
Wasserstoffflusses. Bei dem öffnen des Umsetzungs- 65 Weise vorerhitzten Wasserstoff fließen:
gefäßes wurde gefunden, daß die Gesamtmenge des
gefäßes wurde gefunden, daß die Gesamtmenge des
Eisen(Il)-chlorids vollständig zu Eisen reduziert wor- 548°C (a) 1,13 m3/h 30 Minuten
den ist. " . 405° C (a) 1,13 m3/h 67 Minuten
Die Analyse der erzeugten Pellets zeigt, daß dieselben vollständig reduziert worden sind.
Man sieht, daß die geeignete Reduktionsgeschwindigkeit für Nickelchlorid bei etwa 3000C, bezüglich
Kobaltchlorid bei etwa 4000C und bezüglich Eisenchlorid bei etwa 5000C beginnt. Die Temperaturen,
bei denen das Bett des reduzierten Produktes gehalten wird, kann natürlich auch oberhalb dieser
unteren Grenzwerte verändert werden.
B e i sp i e 1 6
Dieses Beispiel zeigt, daß Eisen(III)-oxyd erfolgreich
mit heißem Wasserstoff reduziert werden kann, wenn ein Vermischen mit Eisen(II)-chlorid vor der Reduktion
unter Ausbilden eines nicht pyrophoren Produktes erfolgt.
Es werden eine Anzahl Pulvergemische aus FeCl2
und Fe2O3 hergestellt. FeCl2 weist die angenäherte
Formel FeCl2 · 1,6 H2O auf und tritt durch ein Sieb
mit einer Hchten Maschenweite von 0,35 mm hindurch. Das Fe2O3 stellt ein Konzentrat aus Spiegelhämatit
dar und geht durch ein Sieb mit einer Hchten Maschenweite von 0,105 mm hindurch. Die zwei
Produkte werden in den in der folgenden Tabelle wiedergegebenen Mengen vermischt:
Gewicht von FeCl2 · 1,6 H2O | Gewicht des Spiegelhämatits |
g | g |
14,0 | |
14,0 | 1,4 |
14,0 | 2,8 |
14,0 | 5,6 |
10,0 | 10,0 |
5,6 | 14,0 |
Die Gemische werden in einem Verformungswerkzeug unter einem Druck von 560 kg/cm2 unter Ausbilden
von zylinderförmigen Pellets mit einem Durchmesser von 3,18 cm verpreßt. Die Pellets werden
einzeln mit Wasserstoff bei einer Temperatur von 5850C reduziert, wobei der Verlauf der Chloridreduktion
durch kontinuierliche Absorption und Titration des erhaltenen Chlorwasserstoffs verfolgt
wird. In allen Fällen, wo das Chlorid ursprünglich in dem Gemisch überwog, konnte keine Wirkung
durch das Oxyd auf die Reaktionsgeschwindigkeit des Chlorides festgestellt werden. Wenn die Pellets 50%
oder mehr Oxyd enthalten, ist eine anfängliche geringfügige
Verzögerung der Chloridreduktion zu beobachten. In allen Fällen ist die Reduktion innerhalb
1 Stunde abgeschlossen und ist der erhaltene Eisenschwamm nicht pyrophor.
Im Gegensatz dazu werden 14,0 g Hämatit (ohne jedes Chlorid), das in einen flachen Eisenbehälter
mit einem Durchmesser von 3,18 cm gebracht worden ist, nach 1 Stunde in Wasserstoff bei 585°C offensichtlich
vollständig reduziert. Jedoch wurde gefunden, daß das Produkt nach dem Abkühlen und Entfernen
aus der Reduktionsvorrichtung pyrophor ist.
Es ist bekannt, daß die für die Reduktion erforderliche Zeit allgemein proportional zu den linearen Abmessungen
der Oxyde- und Chloridteilchen ist. Bei Pellets, die aus Gemischen aus Oxyd oder Chlorid
hergestellt worden sind, wurde jedoch gefunden, daß eine Umsetzung mit einer Geschwindigkeit erfolgt,
;drejäyrch7die gesamte Größe der Pellets bestimmt
wird, und zwar bezüglich der Chloridreduktion, jedoch mit einer Geschwindigkeit, die größtenteils
ίο durch die einzelne Korngröße in dem Fall des darin
vorliegenden Oxydes bestimmt wird. Das hier beschriebene Verfahren wird somit eine Möglichkeit
geben, den angestrebten Zweck eines Inberührungbringens einer feinen Dispersion von Eisenoxyd mit
»5 Wasserstoff zu erreichen, um so hohe Reduktionsgeschwindigkeiten zu erzielen.
Das Vorliegen einer feinen Oxyddispersion in kugelförmigem oder pelletisiertem Eisen(II)-chlorid
ist insbesondere bei der technischen Herstellung von
ao Eisenchlorid vorteilhaft, da hier eine allgemeine Verbesserung
der Wirtschaftlichkeit bezüglich der Wärme (ausgedrückt als gebildete Eiseneinheiten) im erheblichen
Ausmaß erzielt wird. Dies ergibt sich auf Grund der Tatsache, daß das Reduktionsgleichgewicht
in dem Fall der Oxydreduktion wesentlich günstiger als dasjenige der Chloridreduktion ist, und zwar insbesondere
bei relativ niedrigen Temperaturen von 575 bis 400° C. Es ist tatsächlich möglich, ein kontinuierliches,
im Gegenstrom geführtes Reduktionsverfahren durchzuführen, bei dem vorerhitzter Wasserstoff in
das System bei einer Temperatur von z. B. 775°C unter derartigen Bedingungen eingeführt wird, daß
im wesentlichen nur Chlorid bei Abnahme der Wasserstofftemperatur auf etwa 575 0C reduziert wird, während
die Oxydreduktioh in der Reaktionszone überwiegt, die einem weiteren Temperaturabfall von 575
auf 4000C entspricht. Die in dem Wasserstoff verbleibende
Wärme steht sodann für jede erforderliche Dehydratisierung des Eisen(II)-chlorides zur Verfügung.
Der relativ kalte Wasserstoff kann sodann weiter abgekühlt und überschüssiges Wasser und
Chlorwasserstoffsäure für eine wirtschaftliche Zurückführung durch den Vorerhitzer und den Reduktionsofen
abgezogen werden. Bei der Reduktion von Eisen(Il)-chlorid, das kein Oxyd enthält, geht die dem
Temperaturabfall von 575 auf 4000C entsprechende Wärme des Wasserstoffes größtenteils verloren, wenn
hohe Reduktionsgeschwindigkeiten erforderlich sind.
Die Bedeutung des Erfindungsgegenstandes wird offensichtlich, wenn man berücksichtigt, daß er auf
Grund der geringen Reduktionswärme des Oxydes im Vergleich zu dem Chlorid bei einigen Reduktionssystemen möglich ist, die Erzeugung von gebildetem
Metall bis auf das Dreifache zu steigern, ohne die Wasserstoffmenge zu erhöhen, wenn eine geeignete
Oxydmenge mit dem Eisen(II)-chlorid vor dem Überführen
in Pellets vermischt wird. Es ist zu beachten, daß eine geringe Druckerhöhung des heißen Wasserstoffes
in den Fällen zweckmäßig sein kann, wo der
Oxydgehalt der Pellets· hoch ist, wobei dieser eine verbesserte
Wärmeübertragung und eine Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit zur Folge hat.
Claims (2)
1. Verfahren zum Gewinnen von metallischem Eisen, Nickel und/oder Kobalt durch Reduzieren
von Chloriden dieser Metalle (Metallchloride) mit heißem Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet,
daß man mindestens 20% Metallchlorid(e) sowie gegebenenfalls bis zu 80% einer
oder mehrerer anderer mit Wasserstoff reduzier- ι ο
barer Verbindung(en) der genannten Metalle als Hauptbestandteii(e) enthaltende Pellets mit vorerhitztem
Wasserstoff reduziert, der in einer Menge und mit einer Geschwindigkeit zugeführt
wird, die genügt, um den Wärmebedarf für das Erhitzen der Pellets auf Reaktionstemperatur, das
Verdampfen von restlichem Wasser und die endotherme Reduktionsreaktion im wesentlichen vollständig
durch von dem heißen Wasserstoff abgegebene Wärme zu decken, wobei die Temperatur
des mit den Pellets in Berührung gebrachten heißen Wasserstoffs zur Erzielung eines möglichst raschen Reaktionsverlaufs möglichst hoch,
jedoch bis zur Ausbildung einer bei der Reduktion entstehenden, die Pellets umhüllenden,
das Lecken von geschmolzenem oder verdampftem Metal|chlorid verhindernden Metallschwammschicht
nur so hoch gewählt wird, daß die Temperatur der äußeren Schicht der mit dem Wasserstoff erhitzten Pellets unter der Schmelztemperatur
des bzw. des niedrigstschmelzenden in den Pellets enthaltenen Metallchlorids bleibt,
und nach Ausbildung der Metallschwammschicht nur so hoch gewählt wird, daß die Temperatur
der Metallschwammschicht unter deren Schmelztemperatur bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zumindest partiell
hydratisiertes Metallchlorid enthaltende Pellets kontinuierlich in drei, gegebenenfalls in einem
einzigen Reaktor durchgeführten bzw. angeordneten Stufen bzw. Zonen reduziert werden, indem
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |