DE2222657C2 - Verwendung einer Eisen-Silicium-Phosphor-Legierung als Schwerstoff in Schweretrüben für die Schwimm-Sink-Aufbereitung von Mineralien - Google Patents

Verwendung einer Eisen-Silicium-Phosphor-Legierung als Schwerstoff in Schweretrüben für die Schwimm-Sink-Aufbereitung von Mineralien

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DE2222657C2 DE2222657A DE2222657A DE2222657C2 DE 2222657 C2 DE2222657 C2 DE 2222657C2 DE 2222657 A DE2222657 A DE 2222657A DE 2222657 A DE2222657 A DE 2222657A DE 2222657 C2 DE2222657 C2 DE 2222657C2
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Description

Die Herstellung verschiedenartiger Ferrosiliciumlegierungen mit etwa 15°,, Silicium und ihre Verwendung als Schwerstoff zur Bereitung wäßriger Schweretrüben für die Schwimm-Sink-Aufbereitung von Mineralien, beispielsweise Erzen, ist bereits in den deutschen Patentschriften 972 687 und 1 2Ί2 733 sowie in der deutschen Auslegeschrift 1058 081 beschrieben. Derartige Ferrosiliciumlegierungen enthalten Phosphor höchstens in Spuren bis zu etwa 0.05'',,. Wegen ihrer in gemahlener form hohen Korrosionsanfälligkcit und wegen des beträchtlichen Abriebs in der Schweretrübe werden die Ferrosiliciumpulver bevorzugt in zerstäubter Form mit glatter und abgerundeter, vorzugsweise kugeliger Teilchenoberfläche eingesetzt.
Als Schwimm-Sink-Aufbereitung bezeichnet man die Trennung von Mineralien verschiedener Dichte durch die wäßrige Suspension eines feinvertcilten Schwerestoffes, eine sogenannte Trübe, deren Dichte oder »Wichte« zwischen denen der /.u trennsr-cen Mioeralkrn ä»SEt. Beim Einbringer, des Minerügemengffi in die Suspension schwimmt der leichte-Anteil auf. der schwerere UrXt ab. Zur Vorbereüur.i· ■*ηά deT minerals-he Rohstoff auf die geeignet Koraäröiie zerkleinert, abgelebt und abgebri,.. ehe er"in dem z. B. ah feststehender Konus, ah Cv:lr.- oder als rotierende Trommel ausgebildeten Schere·.-· gefäß mn der Trübe zusammentrifft. Nach erfolg:;: Trennung werden Sir,*:- und Schwimmgut err.·;.·: abgebraust, um anhaftenden Schwerstoff zi.ru:·- zugewinnen. Dieser wird in einem gesonderte. Kreislauf magnetisch aus der durch das Brause-Aaibc: verdünnten Trübe abgetrennt und auf diese Weht wieder zurückgewannen und gereinigt. Die St-Zc-folge für dieses Verfahren ist praktisch in allen A--iiagen gleich.
Als "Schwerstoffe finden heute bevorzugt so;:.-: Puher Verwendung, die in der genannten 'Λ ei durch Magnetscheidung zurückgewonnen anü : ■: unmagrretivchen Verunreinigungen befreit werde körmen. in erster Linie Magnetit für niedrige ur_i Fe-rrosilicium mit 8 bis 25% Si für höhere Trübewichten. Der Kornbereich der durch Verdüsen odc Vermählen hergestellten Schwerstoffe liegt zwischen 0,001 und 0,4 mm.
Neben der Magnetisierbarkeit werden von einem Schwerstoff noch eine Reihe anderer Eigenschaften verlangt, die einmal auf einen möglichst geringen Verbrauch an Schwerstoff, zum anderen auf eine möglichst scharfe Trennung der Mineralien mn optimaler Ausbringung der einzelnen Komponenten zielen. Zur Erreichung einer guten Trennung verfolgt man in erster Linie die mit dem Schwerstoff angesetzte Trübe selbst, die hauptsächlich durch drei Eigenschaften charakterisiert wird:
1. Trübewichte.
2. Viskositäts- bzw. Konsistenzverhalten,
3. Stabilität, d. h. Absetzgeschwindigkeit der Feststoff partikel η.
Die Verluste an Schwerstoff werden durch folgende Faktoren verursacht:
1. Korrosionsverluste des Schwerstoffes,
2. Haftung am ausgetragenen Sink- und Sch.1.immgut.
3. Über- bzw. Abläufe der Magnetscheider oder Eindicker für das magnetisch zurückgewonnene Ferrosilicium.
Es hat sich gezeigt, daß sowohl die Eigenschaften der Trübe als auch die Verluste an Schwerstoff entscheidend durch das Korrosionsverhalten des Schwerstoffes in der Trübe beeinflußt werden. Bei fortlaufender Korrosion verringern sich sowohl der Gehalt an Schwerstoff als auch die spezifische Dichte des Schwerstoffes durch Bildung oberflächlicher Oxidschichten. Lm trotzdem die für die erforderliche Trennung benötigte Trenndichte einzuhalten, muli mehr Schwerstoff zugesetzt werden. Dabei erhöht sich die Viskosität der Trübe, wodurch sich die Trtnnung bzw. Ausbringung der einzelnen Komponenten erniedrigt. Wie im Beispiel 2 an den Produkten C und E gezeigt wird, erhöht sich aber auch die Viskosität einer Trübe, wenn der Schwerstoff Korrosionswirki ngen unterliegt.
Weiterhin werden die magnetischen Eigenschaften durch die infolge der Korrosionswirkung gebildeten Oxidschichten negativ beeinflußt. Die Korrosion bewirkt aber auch, daß die Schwerütoffpartikcln fort-
laufend verkleinert werden. Der auf diese Art gebildete Silicium-Phosphor-Legiening, das Kohlenstoffgehalte
Feinanteil des Schwerstoffes setzt sich in den Ein- bis zu 2% ihre Korrosionsbeständigkeit gegenüber
dickern wegen der erhöhten Stabilität der Trübe wäßrigen Medien nicht beeinträchtigen. Das bedeuxet
nicht mehr ab und wird im Überlauf des Eindickers aber, daß dieEisen-Siücium-Phosphor-Legierung nach
ausgetragen. Die Korrosion führt also sowohl zu 5 dem viel billigeren, an sich bekannten Verfahren im
höheren Schwerstoff Verlusten und zu höheren Viskosi- elektrothermischen Reduktionsofen erschmolzen wer-
täten und beeinträchtigt bereits dadurch die Wirt- den kann, wobei Legierungen mit etwa 1 bis 2%
Schädlichkeit des Schwimm-Sink-Verfahrens, als auch Kohlenstoff anfallen.
zu einer Verschlechterung der Trennergebnisse und Außer Kohlenstoff können die Eisen-Silicium-
damit zu einer Verminderung der Erzausbeute und io Phosphor-Legierungen noch übliche technische Ver-
Erzkonzentration im Sinkgut. unreinigungen an z. 3. Mn, Al, Cu, Ti, Cr, Ni, Mo,
Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß V oder S in einer Menge von zusammen höchstens
das Korrosionsverhalten stark verbessert werden kann, 3 % enthalten.
wenn das als Schwerstoff verwendete zerstäubte (ver- Gemäß der Erfindung werden bevorzugt verdüste
düste oder granulierte) oder gemahlene Ferrosilicium 15 oder in an sich bekannter Weise unter Verwendung
mit 0,3 bis 2,5% Phosphor legiert wird. Dieser Effekt von Granuliertellern, -rinnen oder -kegeln granulierte
ist um so überraschender, als normalerweise in der Eisen-Silicium-Phosphor-Legierungen in Pulverform
Metallurgie das Element Phosphor nicht wie z. B. die eingesetzt, die mit Wasser, Wasserdampf oder Luft
Elemente Chrom, Nickel oder Kupfer die Korrosions- direkt aus dem Schmelzfluß hergestellt worden sind,
festigkeit von Legierungen erhöht. 20 Die feinverteilten, noch schmelzflüssigen Tröpfchen
Eisen-Silicium-Phosphor-Legierungen mit 13 bis wurden in Wasser abgeschreckt, vorentwässert, ge-
25 Gewichtsprozent Silicium und 2 bis 3 Gewichts- trocknet und gesiebt. Solche Pulverteilchen besitzen
prozent Phosphor sind bekannt und wurden metallo- eine abgerundete und glatte Oberfläche und eine
graphisch untersucht (vgl. F. S a u e r w a 1 d u. a., kugelige, tropfenförmige oder langgestreckte Form,
Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, 15 um die Einstellung einer hohen Trüb;wichte bei
Bd. 21Ü (1933), S. 23 bis 25). Über ihre Herstellung gleichzeitig niedriger Viskosität zu gewährleisten und
oder etwaige technische Verwendung ist hingegen um Haftverluste an dem zu gewinnenden Erz zu ver-
eichts bekanntgeworden, ebensowenig über ihre be- hindern. Die Teilchen sind außerdem magnetisch.
Sondere Korrosionsbeständigkeit. äußerst korrosionsbeständig und abriebfest, um eine
Im einzelnen betrifft die Erfindung die Verwendung 30 Wiedergewinnung aus der Trübe und eine häufige
einer pulverförmigen Eisen-Silicium-Phosphor-Legie- Wiederverwendung zu ermöglichen,
rung, die aus 8 bis 25 °0 Silicium und 0,3 bis 2,5, vor- An Stelle der teureren verdüsten oder granulierten
zugsweise 1 bis 1,5%, Phosphor, Rest Eisen und Eisen-Silicium-Phosphor-Legierungen können auch
foerstellungsbedingte Verunreinigungen besteht, als die billigeren, in Formen gegossenen und anschließend
Schwerstoff in wäßrigen Schweretrüben für die 35 in festem Zustand gemahlenen Sorten als Schwerstoffe
Schwimm-Sink-Aufbereitung von Mineralien. verwendet werden. Die gemahlenen Teilchen können
Die erfindungsgemäße Verwendung kann weiterhin zusätzlich noch in an sich bekannter Weise, ge-
wahlweise dadurch gekennzeichnet sein, daß gebenenfalls unter Druck und mit Hilfe eines Ver-
a) die Legierung zusätzlich 0,02 bis 2 % Kohlenstoff düsungsmittels, durch eine Flammenzone geführt enthält, 4° werden, wobei sie oberflächlich rund schmelzen. Die
b) die pulverförmige Legierung überwiegend aus gemahlene Eisen-Silicium-Phosphor-Legierung ist nämkompakten Teilchen mit glaf>r und abgerun- lieh wesentlich korrosionsbeständiger als gemahdeter, vorzugsweise kugeliger Oberfläche besteht, lenes, phosphorfreies Ferrosilicium mit rund 15°o
c) die Legierung aus feingemahlenem Pulver besteht, Silicium.
d) die Legierung in einem elektrothermischen Reduk- 45 Die erfindungsgemäß zu verwendenden pulvertionsofen aus Eisen, Quarzkies, Kohle und Ferro- förmigcn Eisen-Silicium-Phosphor-Legierungen weisen phosphor oder in einem Induktionsofen aus Eisen, pyknometrisch gemessene Dichten zwischen 6,3 und Ferrosilicium und Ferrophosphor bei 1200 bis 7,2 g/ccm auf, womit in Schwimm-Sink-Anlagen für 16500C erschmolzen und in schmelzflüssigem Zu- die Erzaufbereitung beispielsweise Trübewichten von stand in an sich bekannter Weise mit Hilfe von 5° 2,0 bis 3,9 angesetzt werden können, was für die Wasser, Wasserdampf odei Luft mit 2 bis 30 ata Trennung von z. B. Eisenerzen, Wolframerzen, Dia-Druck zu überwiegend kompakten Teilchen mit manterzen oder Flußspat wichtig ist. Die Korngrößen glatter und abgerundeter Oberfläche zerstäubt des Pulvers liegen zwischen etwa 0,001 und 0,4 mm, worden ist, wobei die Korngrößenverteilung sehr gleichmäßig
e) die Legierung in einem elektrothermischen Reduk- 55 ausfällt, so daß sich die Siebkurven im Rosin-Rammlertionsofen aus Eisen, Quarzkies, Kohle und Ferro- Diagramm praktisch als Gerade darstellen iassen. phosphor oder in einem Induktionsofen aus Eisen, Hinsichtlich Viskosität, Magnetismus und Abrieb-Ferrosilicium und Ferrophosphor bei 1200 bis festigkeit entsprechen die erfindungsgemäß zu ver-16500C erschmolzen, in Formen gegossen, abge- wendenden Eisen-Silicium-Phosphor-Legierungen den kühlt, gebrochen und vermählen worden ist. ίο bekannten phosphorfreien Legierungen, die Korro-
Dic phosphorfreien Ferrosiliciumlegierungen mit sionsbeständigkeit ist jedoch um ein Vielfaches
8 bis 25% Silicium konnten bisher nur nach dem verbessert.
teuren Verfahren im Induktionsofen erschmolzen In den nachfolgenden Beispielen wurde das Korro-
werden, damit der Kohlenstoffgehalt möglichst gering sionsverhalten des Schwerstoffes in 300 ml wäßrigwar, beispielsweise 0,3%. Mit zunehmendem Kohlen- 65 saurer Acetat-Pufferlösung von pH = 4,62 bei 8O0C
stoffgehalt nahm die Korrosionsbeständigkeit ab. Es bestimmt. Die Dichte der Schwerstoffsuspension
ist nun ein bedeutender und nicht vorhersehbarer betrug durchweg 3,5 kg/1. Die Suspension wurde
Vorteil der erfindungsgemäß zu verwendenden Eisen- 96 Stunden mit einem Eisenblechrührer bei 400 Um-
drefaungen je Minute gerührt. Die innerhalb dieser Zeit gebildete Menge von im wesentlichen Wasserstoffgas wurde aufgefangen und gemessen. Weiterhin wurde nach beendetem Versuch der Abfall der Pyknometerdichte des Schwerstoffes ermittelt. Hohe Gasmengen und die entsprechenden größeren Dichteunterschiede weisen auf eine hohe Korrosionsanfälligkeit des Schwerstoffes hin. Die Viskosität wurde mit einem Rotationsviskosimeter nach Stornier bei einer Suspensionsdichte von 3,0 g/ml und 20° C gemessea
Beispiel 1
In einem elektrothermischen Reduktionsofen wurden 850 kg Eisenspäne (Schaufelware), 400 kg Quarzkies (Durohmesser: 5 bis 45 mm), 200 kg Magernußkohle (Durchmesser: 60 bis 100 mm) und 80 kg Ferrophosphor mit 20% Phosphor (Durchmesser: Faustgroß) eingeschmolzen und die 1500°C heiße Schmölze einer Zerstäubungseinrichtung zugeführt. Die Verdüsung erfolgte durch eine Ringschlitzdüse mit Wasserdampf von 11 atü. Das Pulver wurde in Wasser aufgefangen. Nach dem Entwässern und Trocknen wurde eine grobkörnige Fraktion ausgesiebt und einem Korrosionsversuch »B« unterworfen, wobei die stofflichen Eigenschaften dieser Fraktion und die Ergebnisse des Korrosionsversuches »B« nachfolgend mitgeteilt werden. Der Vergleichsversuch »A« wurde mit einem phosphorfreien, verdüsten Ferrosilicium ähnlich grober Körnung durchgeführt.
Produktbezeichnung A B
Pyknometerdichte (g/ml)
Pyknometerdichte nach dem
Korrosionsversuch (g/ml)
ml Wasserstoffgas nach 96stündigem
Korrosionsversuch (umgerechnet
auf Normalbedingungen) 		6,88
6,01
21-390
14,1
0,05
1,4
2,5
10,2
23,4
44,2
55,8		 6,90
6,80
620
14,9
1,80
1,36
2,4
11,0
26,7
48,2
51,8
P ("/)
C (0Z)
Kornverteilung des Ausgangs-
malerials in %:
>0,200 mm
>0,160mm
>0,100 mm
>O,O63 mm
<O,O63 mm
wirkung unterzogen. Dabei bilden sich oberflächliche aktive Zentren, an denen die Korrosion bevorzugt stattfindet. Durch eine lOstündige Behandlung in einer Kugelmühle soll die Verschleißwirkung demonstriert werden. Dabei zeigt sich, daß das phosphorhaitige Ferrosilicium eine geringere Korrosionsanfälligkeit nach dem Vermählen aufweist.
Pyknometerdichte (g/ml).
Pyknometerdichte nach
Korrosionsversr.ch
(g/ml)
ml Wasserstoffgas nach
96stündigem Korrosionsversuch (umgerechnet auf Normalbedingungen)
Mahlzeit
Rütteldichte (g/ml)
Kornverteilung in ",
>0.100 mm
>O,O63 mm
>0,040 mm
<0,040 mm
Viskosität in cP vor dem
Korrosionsveri-uch ....
Nach dem Korrosionsver-
such
Produktbezeichnung C I P j E j F
7,07
6,91
3300 14,9
0,05
0,25 keine
4,39
1,2
9,5 25,5 74,5
24,8 39,0
7,10
6,58
14100 14,9 0,05 0,25 10 h 4,76
0,8
9,1 24,4 75.6
7,04
6,99
440 14,1
1,10
0,2 keine
4,40
1,3 10,6 25,8 74,2
25,0 25.4
2800 14,1 1,10 0,2 10 h 4,56
9,6 24,6 75,4
Beispiel 3
Gemahlenes Ferrosilicium, mit und ohne Phosphor
Die nach Beispie'. 1 erhaltene Ferrosiliciumschmelze wurde nicht verdüst, sondern in Formen gegossen und abgekühlt. Das auf diese Weise stückig anfallende Ferrosilicium wurde zunächst in einem Brecher vorgebrochen, anschließend in einer Schlagmühle vermahlen, abgesiebt und dem Korrosionsversuch »H« unterworfen. Der Vergleichsversuch »G« wurde mit einem phosphorfreien gemahlenen Ferrosilicium ähnlich feiner Körnung durchgeführt.
Beispiel 2
In einem Induktionsofen (Netzfrequen/tiegelofen) wurden 800 kg Eisenschrott, 200 kg Ferrosilicium mit 75% Silicium und 80 kg Ferrophosphor mit 20% Phosphor eingeschmolzen. Die Schmelze wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 zerstäubt. Nach dem Entwässern und Trocknen wurde eine besonders feinkörnige Fraktion isoliert und den Korrosionsversuchen »E« und »F« unterworfen. Die Vergleichsversuche »C« und »D« wurden mit einem phosphorfreien, verdüsten bzw. zusätzlich vennahlenen Ferrosilicium ähnlich feiner Körnung durchgeführt.
Während der Schwimm-Sink-Aufbereitung von Mineralien muß der Schwerstoff dauernd umgepumpt werden. Durch Reibung in der Pumpe und an den Rohrleitungen wird der Schwerstoff einer Verschleiß-
Pyknomelerdichte (g/ml)
Pyknometerdichte nach Korrosionsversuch (g/ml)
ml Wassersioffgas nach 96stündigem Korrosionsversuch (umgerechnet
auf Normalbedingungen)
i%
Kornverteilung in
>0,100 mm
>O,O63 mm
>0,040 mm
<0.040 mm
Produktbezeichnung
6,7 5,4
140000 14,1 0,05
1,4
1,5 17,5 29,0 71,0
40000
14,9 1,8 1,36
2,0 17,0 28,0 72,0

Claims (7)

  1. Patentansprüche:
    Verwendung einer puKerJorrrugen Eisen-
    boiphür-LegiiTuräo.. dk aus fe bis 25 \ Silicium und 0.3 bis l^*c Phosphor, Rest Eisen und herstdl dngsbedingie Verunreinigungen besteht, als Schwersrofi i-n wäßriger* Sehweretrüben für die SchwimiTi-Sisk-Aiifbereimng \on Mineralien.
  2. 2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 mit 1 bis 1.5% Phosphor für den Zweck nach Anspruch 1.
  3. 3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2. die zusätzlich 0,02 bis 2'o KohleRstoM enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
  4. 4. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. mit der Maßgabe, daß Hc pu;>erförmige Legierung überwiegend aus kompakten Teilchen mit gjatter und abgerundeter, ao vorzugsweise kugeliger Oberfläche besteht, für den Zweck nach Anspruch !.
  5. 5. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. mit der Maßgabe, daß die Legierung aus feingemahlenem Puher besteht, für den Zweck nach Anspruch !.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung einer nach Anspruch 4 zu verwendenden Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem eiektrotberrnischen Reduktionsofen aus Eisen, Quarzkies. Kohle und Ferrophosphor oder in einem Induktionsofen aus Eisen, Ferrosilicium und Ferrophosphor bei 12O0 bis 1650"C erschmolzen und in schmelzflüssigem Zustand in an sich bekannter Weise mit Hilfe von Wasser. Wasserdampf oder Luft mit 2 bis 30 ata Druck zu überwiegend kompakten Teilchen mit glatter und abgerundeter Oberfläche zerstäubt wird.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung einer Legierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem elektrotherrmschen Reduktionsofen aus Eisen, Quarzkies, Kohle und Ferrophosphor oder in einem Induktionsofen aus Eisen. Ferrosilicium und Ferrophosphor bei 1200 bis 1650 C erschmolzen, in Formen gegossen, abgekühlt, ge- *5 brachen und vermählen wird.
DE2222657A 1972-05-09 1972-05-09 Verwendung einer Eisen-Silicium-Phosphor-Legierung als Schwerstoff in Schweretrüben für die Schwimm-Sink-Aufbereitung von Mineralien Expired DE2222657C2 (de)

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