DE1508022A1 - Verfahren zur reduzierenden Behandlung von Rotschlamm oder anderen eisenoxidhaltigen Schlaemmen - Google Patents

Description

Verfahren zur reduzierenden Behandlung von Eotschlamm oder anderen eisenoxidhaltigen Schlämmen

Die nutzbarmachung des bei dem nassen Aufbereitun^sverfahron von Bauxit zu Aluminiumoxid als Hebenprodukt anfallenden Eo tschlammes ist eine Aufgabe, die man seit Jahrzehnten zu lesen versucht. Da bei der Herstellung von 1 to A1_?O, etwa 1,5 - 2 to feuchter Rotschlamm mit einem Wassergehalt von 40 - 50 ;' anfällt, stellt die Unterbringung des Rotschlammes in den tonerdeerzeugenden Industrien ein ernstes Hallen-Problem dar, zumal eine Stapelung nur in Becken möglich ist, für die zunächst auf aufwendige //eise erst entsprechende Begrenzunjsdämme gebaut werden müssen. Durch die dadurch bedingte Verteuerung des Aluminiumoxids hat es nicht an Versuchen gefehlt, den Rotschlamm einer nutzbringenden Verwendung zuzuführen.

Unter den bekanntgewordenen zahlreichen Verwertungs- und Anwendungsmöglichkeiten des Rotschlammes hat sich bis jetzt ¹räine auf die Dauer durchzusetzen veraocht. Dies gilt auch für die Verfahren der reduzierenden Aufbereitung des Rotschlammes mit dem Ziel der Gewinnung metallischen Eisens und einer Schlacke, die die restlichen Bestandteile des Rotschlammes enthält. Die- ( ser Einsatz des Rotschlammes in Öfen, die für die Reduktion von Eisenerzen geeignet sind, beispielsweise in Hochöfen, ist mit seiner Problematik in folgenden 2 Veröffentlichungen beschrieben wordens

1. Ginsberg und Wrigge, Tonerde und Aluminium, Bd. 1, 1964, S· 134 - 136, Walter Degruyter Verlag Berlin, 2. AufIj

2. H. Suchansk, Die Verwendung des Rotschlamm3, Öhemiker-Zejhg. 8.2 (1958), Hr. 11 , S. 390 - 392.

Aus beiden Veröffentlichungen geht hervor, daß die reduzierende Aufbereitung von Rotschlamm mit dem Ziel der Gewinnung von

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metallischem Eisen in einwandfreier Trennung von der gebildeton Schlacke bisher 7/eder wirtschaftlich nooh Verfahrens technisch gelöst werden konnte. Der wirts^oha^tlj-ch^ Mißerfolg war durch folgende Tatsachen begründet:

1. Vor dem Einsatz im Hochofen oder den anderer Verhüttungsöfen, wie beispielsweise im Krupp-Renr.-Ofer:, im Stürzelbergofen, im niederschachtofen/oder im Elektroofen mußte der -Rotscalamm, der etwa 40 - 50 ^a/o feuchtigkeit aufweist, soweit abgetrocknet "/erden, daß er seine sohlfumnige Struktur verlor ..-Die dadurch bedingten Trocknungskoeter in Verbindung mit den - bedingt durch den niedrigen jSise-.geh&.lt relativ hohen Transportkosten bis zur Hütte v/aren höher als die vergleiohaweisen 'K.oa ';en für ein hochwertiges L'isenerzl

2. Der Koksverbrauch bei der Verhüttung des ZotSchlammes war wesentlich höher als bei der Verhüttung hochwertiger Erze.

3. Die vom Verarbeiter aus verfahrenstechnischen O-rün^en auij -.■·- dem gewünschte Notwendigkeit der Brikettierung bzw. Sinterung des Rotschlammes bedeutete eine zusätzliche große .Kostenbelastung.

Die Gründe für den verfahr a ns t e c hni^s chen ".lißerfolg sind folgende:

1. Der FagO-Gehalt im Rotschlamm führte zu Schaden an der Ausmauerung der Öfen.

2. Der Gehalt des getrockneten Rotschlair.nes an stark staubenden feinstbestandteilen bedeutete eine aui3erordentliche Belästigung.

Wenn trotz der genannten Nachteile der üotschlamm zeitweise zum Teil in erheblichen Mengen großtechnisch eingesetzt wurde, so wurde dies deshalb getan, um die bei der Verhüttung von Eisenerzen anfallende Schlacke in ihrem Al₂O,-Gehalt anzuheben und dadurch die Schlacke für manche. Anwßndungsgebiete» witj z.B. zur Verwendung als Sohlackenaement, geeignet, zu machen, nachdem

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jedoch/natürliche Erze mit höheren Al_?0^«Gehalten auf dem Erz-

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markt anhebe ten wurden, entfiel die lotv.'endiirkeit, de:i Rotschlsrcn Kit all seinen ITaohteilen als Sc'ilackenverbesssrer einzusehen.

?is wurde nun -ref-andeii, iaß die genannten Schwierigkeiten vermieden werden, we^x man die Reduktion des Rotschlainmes im Drehrohrofen durel: führt und dabe-'. fola-eMe '.!aßnn linien ergreift:

1. Der Rot schlimm x^ird Kit solchen Mengen an fein gemahlener Kohle, XoIis oder Itohlenstoffhal ΐ^: gen Abfallstoffen und gegebenenfalls Kalkstein vermischt, daß über die zur Re- , dttktion nach der gleichung Pe₀O,, + 3 C = 2 Ie + 3 CO " theoretisch erforderliche Ileav.e ^ohloj;stoff liinaur ein Überschuß an Kohlenstoff von 30 bis 100 fo vorhanden ist.

2. Diese I.Tisehuiig -.ήτ-ά. in eine kettenbehängte 7or?e im rückwärtigen Teil eines Drehrohrofens eingetragen.

3. Mittels einet·; hanteltorenners am Ofenmantel vor der Kettenzone, der mit einen entsprechenden Luftüberschuß betrieben wird, werden die in der Ofenatmosphäre dieses Drehrohrofenabfichnittes noch vorhandenen brennbaren Bestandteile praktif c'-i \^rolll:orapieii verbrannt.

4. Ferner wird Luft in verschiedenen Drehrohrofeiiabschnitten zwecks Verbrennung der aus der Beschickung aufsteigenden "bremibaren Gase, z.B. des aus der Reaktion Pe₂O-, + 30 = 2 Pe + 5 CG herrührenden Kohlenmonoxidgases und der flüchtigen brennbaren Bestandteile der Reduktionskohle einge-

Eß wird die ~'.n der Heduktionszone, vorzugsweise im Bereich hoher iteduktioKsgraöe des Ofengutes einzublasende Luft mit einem Inertgas, wie z.B. mit Dampf oder mit Abgasen vermischt, uei dadurch einen allzu großen Temperaturanstieg in Bereich der Einblasstelle zu vermeiden und damit zu verhindern, daß an dieser Stelle eine Anbackung des Ofengutes an dem Mauerwerk stattfindet. Derselbe Effekt kann erreicht werden durch dosiertes Einspritzen von Flüssigkeiten..Jn

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diesem lall ist die Vermischung der eingeblasenen luft mit Dampf oder Abgas nicht erforderlich. Eine Kombination beider Möglichkeiten int ebenfalls durchführbar.

6. Die zentrale Beheizung des Drehrohrofen erfolgt derart, daß das reduzierte Gut nur mit geringen Mengen Sauerstoff in Berührung kommt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß dem Drehrohrofen eine Brennkammer vorgeschaltet wird, in der der feste, flüssige oder gasförmige Brennstoff mit Luft so verbrannt wird, daß die Flamme beim Eintritt in den Drehrohrofen ausgebrannt ist. Will man auf diese Brennkammer verzichten, so wird die gleiche Wirkung erzielt, wenn das reduzierte Gut an der Stelle des Ofens ausgetragen wird, an der die Flamme ausgebrannt ist» Man muß in diesem Falle jedoch dafür Sorge tragen, daß durch die Austragsklappen keine Luft in den Ofen eingezogen wird, weil sonst an dieser Stelle durch die dort eintretende spontane TemperatursMgerung ein teilweises Schmelzen der Eeduktionsmasse erfolgen würde, die zu einer Bildung von außerordentlich störenden Ofenkrusten führen kann. Eine weitere Möglichkeit der-Beheizung des Drehrohrofens in dem gewünschten Sinne besteht darin, daß man in den Drehrohrofen die heißen Gase eines Einschmelzofens einleitet, in dem der reduzierte Sinter zum Zwecke der Trennung von Eisen und Schlacke geschmolzen wird.

Zu 1.

Es wurde festgestellt, daß der Feinheitsgrad des Reduktionsmittels auf die Geschwindigkeit der Umsetzung mit dem Eisenoxid des Rotschlammes großen Einfluß hat. Ein Überschuß an feingemahlenem Kohlenstoff erhöht die Geschwindigkeit der Umsetzung weiterhin und vermeidet, daß die kleinen Eiaen- und Sohlaeketeilchen im Gebiet hoher Reduktionegrade des Ofengutes zusammenfritten. Eine solche Zusammenfrittung würde die Gefahr der Bildung von Ofenkrueten verursachen, was bekanntlich zu einem baldigen Abstellen des Drehrohrofens führt. Andererseits

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wurde festgestellt, daß eine schwache Frittung für das Erreichen hoher Reduktionsgrade vorteilhaft ist. Wird deshalb zu viel Kohlenstoff zugesetzt, so wird diese schwache frittung auch verhindert und infolgedessen ein schlechterer Reluktionsgrad erzielt.

Es vrarde gefunden, daß in einer Kettenzone ein völlig belagfreies Trocknen des Schlammes durchführbar ist. Es ist einer- A lsi, ob die Ketten in G-ir landenform oder in Zopf kettenform angebfacht sind« Zweokmässigerweise wird die Dichte des Kettensehleiers und die Länge der Kettenzone so gewählt, daß der Schlamm getrocknet ist, bevor er die Kettenzone durchwandert hat. Es fällt ein körniges Trockengut an, das sich in dieser Form für die nachfolgende Reduktion ganz ausgezeichnet eignet} insbesondere ist die Bildung von Krusten im Reduktionsteil bei diesem körnigen Material wesentlich weniger möglich, als wenn ein pulverförmiges Gemenge aufgegeben würde« Bin solches pulverförmiges Gemenge, wie es bei der trookenen Vermischung von getrocknetem Rotschlamm, gemahlener Reduktionskohle (oder Koks) und gemahlenem Kalkstein erhalten wird, müßte zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten zunächst ( einmal brikettiert und granuliert werden. Es ist ersichtlich, daß diese letztere Arbeitsweise wesentlich umständlicher und kostspieliger ist als das erfindungsgemäße Verfahren.

Ein Mantelbrenner unterhalb der Trockenzone, d.h. unterhalb

der Kettenzone, ist aus folgenden Gründen erforderlieh!

Das von der Reduktionszone kommende heiße Ofengss hat an der Stelle, an der es in die Trockenzone eintritt, noch gewisse Anteile an brennbaren Beetandteilen, weil die von der Beschickung aufsteigenden brennbaren Ga.se (GO aus der Reduktionszone, flüchtige brennbare Bestandteile aus der Reduktionekohle) infolge ungenügender Turbulenz im Qfeninnern sich nur unvollkommen mit dem Sauerstoff enthaltenden Ofengas niisohen.

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Auch wenn eine Vermischung stattfinden würde, würde trotzdem eine restlose Verbrennung dieser aus der Beschickung aufsteigenden brennbaren Gase nicht stattfinden.

Es wurde gefunden, daß durch einen Mantelbrenner, der vor der. Kettenzone angebracht ist, eine Vermischung und Aufheizung der Ofengase erzielt wird, wodurch die Anregung zur restlosen Verbrennung von Kohlenoxid und Kohlenwasserstoffen stattfindet. Palis an dieser Stelle in der Ofenatmosphäre noch Sauerstoff fehlt, wird der Mantelbrenner mit einem entsprechenden Sauerstoffüberschuß gefahren. Außerdem wird durch einen solchen Brenner die Trocknung innerhalb der Kettenzone besser gesteuert und beispielsweise vermieden, daß der Schlamm zeitweise durch die Kettenzone hindurch in den Kalzinationsteil hineinläuft. letzteres würde nicht nur zu unliebsamen Störungen führen, sondern würde auch die Reduktion entscheidend benachteiligen«

Die Einführung von Luft in verschiedene Drehrohrofenabschnitte bei der Reduktion von Eisenerzen im Drehrohrofen ist bekannt. Durch die Luft werden die an dieser Stelle im Ofengas vorhandenen brennbaren Bestandteile verbrannt und für den Prozeß ausgenützt. Infolgedessen werden sowohl Brennstoffe eingespart ale auch eine lange und gleichmäßige Reduktionszone erhielt. .

Zu.Jti.

&Ö& Stellen, an denen Luft eingeblasen wird» wird infolgedessen eine bestimmte Temperatursteigerung bewirkt. Eine zu starke Temperaturateigerung ist im Bereich mittlerer und höherer Reduktionsgrade unerwünscht, da dann das Ofengut eine teigige Oberfläche bekommt und an der Ofenwandung anklebt. Die dadurch bedingten Aneätae an der Wand können sich so schnell verstärken, daß der Ofen abgestellt und gereinigt werden müßte.

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Wird dagegen die eingeblaBene Luft mit einem Inertgas, wie beispielsweise Ofenabgas oder Wasserdampf, vermischt, so wird die durch den Sauerstoff der Luft bedingte Verbrennung auf ein größeres Gebiet verteilt und damit eine zu starke örtliche Temperatursteigerung vermieden. An Stelle der Vermischung der Luft mit Dampf oder Abgas kann eine zu starke Temperatursteigerung im Bereich der Lufteintrittsstutzen durch Einspritzen einer Flüssigkeit vermieden werden.

Bei der zentralen Beheizung des Drehrohrofens am Ofenkopf besteht Gefahr, daß das ankommende. Reduktionsgut mit Luft in Berührung kommt, da üblicherweise die Flamme in der Ofenalicse brennt und um sie h-irum bis zur Flammenspitze noch Sekundärluft vorhanden ist. Die Berührung des heißen reduzierten Gutes mit größeren Mengen an Sauerstoff ist jedoch schädlich, da durch Verbrennung des pulverförmigen Eisens tind der Überschußkohle eine örtliche Temperatursteigerung eintritt, die zu einem unerwünschter oberflächlichen Schmelzen des Gutes und da-nit zur lelat-bildung an der Ofenwand führt. Durch die unter 6. genannten Maßnahmen wird dies verhindert. Die völlige Abwesenheit von Sauerstoff an dieser Stelle ist jedoch nicht erforderlich; vielmehr ist ein geringer Sauerstoffgehalt im ausgebrannten Gas erwünscht, damit die aus dem Reduktionsgut aufsteigenden Kohlenmonoxidgase an Ort und Stelle verbrannt werden und ihre Energie somit für den Prozeß nutzbar gemacht werden kann.

Durch die Kombination der beschriebenen Maßnahmen wird zweierlei erreicht} einmal eine weitestgehende Ausnutzung der Energie, wobei auch die Trocknung des Rotschlammes in wirtschaftlicher Weise mit einbezogen wird» andererseits ein störungsfreier Betrieb des Reduktionsofens. Die Abgase des Drehrohrofens sind bei Durchführung des Verfahrens frei von brennbaren Bestandteilen und haben eine Temperatur von etwa 100 150 0. Es ist neu und konnte nicht erwartet werden, daß man

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in einem einzigen Ofen sowohl die Trocknung eines schlammigen. Gemisches aus eisenoxidhaltigen Stoffen mit Reduktionakohle und anderen Zuschlagstoffen als auch die Reduktion zu metallischem Bisen durchführen kann, wobei die Abgase frei von brennbaren Bestandteilen sind und somit Nachverbrennungskammern für das Abgas entfallen. Der Energieinhalt der Abgase, ' sowohl die fühlbare als auch die latente Wärme, wird bis zu einem Grade ausgenützt, wie er schlechthin nicht besser ausgenutzt werden kann, ohne daß zusätzliche Apparaturen zur _k Ausnutzung der fühlbaren und latenten Abgaswärme, wie Nachverbrennungskammern oder Dampfkessel, eingesetzt werden müssen.

Eine Belagbildung in der Reduktionszone, wie sie erfahrungsgemäß sonst sehr leicht erfolgt, findet nicht statt. Dadurch wird eine außerordentlich wirtschaftliche Reduktion des Rotschlammes erreicht, vor allem, wenn man berücksichtigt, daß für die Reduktion billige Abfallkohle oder Abfallkokse und zur Beheizung ebenfalls billige Brennstoffe verwendet werden können.

Der reduzierte Rotschlemm kann entweder einem Einschmelzofen zugeführt werden, in dem schmelzflüssig eine Trennung von Eisen und Schlacke erzielt wird, er kann aber auch nach Abkühlung für geeignete Anwendungszwecke eingesetzt werden.

An Stelle von Rotschlamm können auf die beschriebene Weise auch andere FepO^-haltige Schlämme reduziert werden.

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In dem Behälter 1 (siehe Abbildung) befindet sich eine pumpfähige Mischung, bestehend aus 192,5 Teilen filterfeuchtem Rotschlamm mit 48 i° anhaftendem Wasser und 50 fo FepO, in der Trockensubstanz, 25 Teilen gemahlenem Koksgrus und 20 Teilen gemahlenem Kalkstein. Diese Mischung wird mit der Pumpe 2 durch die Leitung 3 in den Drehrohrofen 4 eingetragen. Mit dem Energieinhalt der heißen Ofengase, unterstützt durch den Mantelbrenner 6, findet innerhalb der kettenbehängten Trockenzone 5

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die Trocknung des Schlammes statt, wobei ein festes Ü-ranulat mit einer Korngröße von 3-30 mm anfällt. Im Bereich der Lufteinblasstellen 7» 8 und 9 findet die Raduktion des Pe₂O, zu metallischem Eisen in Schwammform bei Temperaturen zwischen 900 und 1100° C statt. Die bei 7, 8 und 9 eingeblasene Luft wird mit Dampf (Dampfleitung 13) gemischt, wobei je nach den vorliegenden Ofenbedingungen ein Verhältnis zwischen 1-5 Teilen Luft auf 1 Teil Dampf eingestellt sein kann. Der Sauerstoff in dem eingeblasenen G-asgeriisch hat die Aufgabe, das aus ' dem Ofengut durch die Reduktion des Eisenoxids entwickelte Kohlenoxid zu verbrennen und damit einen Teil der zur In- % ganghaltung der Reduktion benötigten Energie zu liefern. Dem Drehrohrofen int eine Brennkammer 10 vorgeschaltet, in der sich der Zentralbrenner 11 befindet, durch den die restliche noch nötige Energiemenge zur Beheizung des Drehrohrofens zugeführt und die flamme so eingestellt wird, daß am Ofenauslauf kein oder nur wenig Sauerstoff in den Ofengasen enthalten ist.

Das reduzierte Material wird bei 12 so ausgetragen, daß keine Luft ins Ofeninnere gelangen kann. Der Sinter, bei dem 85 - 95 $ der Eisenoxide zu metallischem Eisen reduziert sind, muß unter Luftabschluß abgekühlt oder unmittelbar zwecks Trennung von Bisen und.Schlacke in einem (in der Zeichnung nicht dargestellten) Schmelzofen eingeschmolzen werden. Das am Drehrohr- i Qfeneinlauf austretende Abgas enthält weniger als 1 °/o brennbare Bestandteile und hat eine Temperatur zwischen 100 - 150⁰O.

Claims (2)

1. Patentanspruch

   Verfahren zur reduzierenden Behandlung von Ratschlamm oder anderen eisenoxidhaltigen Schlämmen in einem Drehrohrofen, dadurch gekennzeichnet, daß

   1 ·■) der eieenoxidhaltige Schlamm mit solchen Mengen an fein gemahlener Kohle, Koks oder kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen und gegebenenfalls Kalkstein vermischt wird, deS üb#r die zur Reduktion nach der aieiohu^g Ie₂Q* + | 0 * 2 S« +.3 00 theoretisch erforderliche Menge töalenatoff

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   hinaus ein Überschuß an Kohlenstoff τοπ 30 bis 100 5δ vorhanden istj
2. 2.) diese Mischung einem Drehrohrofen zugeführt wird, der - an der Einlauf Seite- eine kettenbeiiäagte Zone ^ur Trocknung des Scularmnes besitzt, νατΛ in weichen mittels eines gas- oder ölbeheizten Manteltoren«-ern, der vor der Kettenzone angeordnet ist, die in äer GienatEospiiäre noch vorhandenen brennbaren Bestandteile vollkommen V3i"— brannt werden;

   ψ 3.) in verschiedenen Drehrohrofenäbachiiitteri» vorzugsweise in der Reduktionszone, luft aur Verbrennung der 'jus der Beschickung aufsteigenden brennbaren Sase eingeblasen und diese luft vor der Einblasen axt :Vas3e:"-iaapf ο äer - Sauerstoff-freren Abgasen veraiseht wird}

   4·) die zentrale-Beheizung des Drehroiirofens darart erfolgt, daß die Plamme weitgehend ausgebrainit ist» bevor ihre Abgase mit dem reduzierte:·! Ofengut in Berührung komrien.

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