DE2361276A1

DE2361276A1 - Verfahren zum abbinden und verfestigen von rauch- und staubmaterialien

Info

Publication number: DE2361276A1
Application number: DE19732361276
Authority: DE
Inventors: Robert Anthony Fishburn; Frank Ernest George Ravault
Original assignee: Foseco International Ltd
Current assignee: Foseco International Ltd
Priority date: 1972-12-11
Filing date: 1973-12-08
Publication date: 1974-06-27
Also published as: SE396091B; JPS5217803B2; CA997152A; JPS4996903A; FR2209869B1; GB1449127A; FR2209869A1; ES421362A1

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GÜNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMiKER

■ZJblZ/b

5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90

Köln, den 5.Dez.1973

Eg /Ax

Foseco International Ltd., Long Acre_f MecheIls_g Birmingham, B7 5JR, England

Verfahren zum Abbinden und Verfestigen von Rauch- und Staubmaterialien

Die Erfindung "betrifft das Abbinden und Verfestigen von feinteiligen Materialien insbesondere von Materialien, die Metalloxyde enthaltene

Es gibt zahlreiche Gebiete der Technik, auf denen es ervränscht ist₃ feinteiliges Material zu einer festen Masse abzubinden und zu verfestigen« Als Beispiele sind der Straßenbau» die Herstellung von Fundamenten für Gebäude, zementartige Materialien und die Überführung von fainteiligen Materialien in eine ?orm_s in der sie leichter zu handhaben sind_& zu'

Die verschiedensten Yerfahren aind für diese-s Verfestigen und Abbinden bekannt₉ jedoch sind-zahlreiche von ihnen umständlich oder teuer in der Durchführung» Durch die Erflndung wird ein n@ues Abbinde- oder Yerfestigungsverfahren verfügbar j, das ?on besonderem Wert für die Anwendung auf feinteilige Materialiaa ist, die bereits -geeignete Quellen von Metallionen ®ntlhalteö_o

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für das Abbinden von Materialien» die Metallosyde enthalten. Bei verschiedenen Metallgex^innungs und -»veredalußgsverfahren wird feinteiliges Metalloxid entweder ala gevfünschtea Zwischenprodukt oder als Abfallprodukt gebildete Wenn das. Mttall-

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oxyd ein Abfallmaterial ist, kann es erwünscht sein, dieses Material in eine primäre Metallreduktionsstufe zurückzuführen, um das Metall zu gewinnen und die Gesamtwirtschaftlichkeit des Verfahrens zu verbessern.

Bin Gebiet von besonderer Bedeutung ist die Eisen- und Stahlerzeugung» In verschiedenen Stufen entstehen Dämpfe und/oder Staub von Eisenoxycl in verschiedenen Oxydationsstufen, Z₀B. Hochofenstaub und Dämpfe aus der Stahlerzeugung im Thomaskonverter. Es ist nicht möglich, diese feinen Eisenoxydabfälle durch Rückführung zu einer Band-Sinteranlage zu verwerten, da sie die Durchlässigkeit des Sinterbettee verringern und durch Austrag durch Abzugshauben während des Sinterprozesses verlorengehen

Ähnliche Probleme bestehen bei feinen Zinkoxyden, die, wenn sie als solche in übliche Zinkerz-Sinterbetten zu-

rückgeführt werden, die Durchlässigkeit des Sinterbettes verringern.

In-der Hüttenindustrie besteht somit ein Bedürfnis für ein Verfahren zum Abbinden, Agglomerieren und Verstücken . von feinen Materialien zu einem' Produkt mit genügender Festigkeit für die Verwendung im Hochofen bei direkten Reduktionsverfahren, als Kühlmittel und Quelle von Eisen im Thomaskonverter oder für die Rückführung zu Band-Sinteranlagen. Es wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das feine Material durch Peiletieierung oder Brikettierung agglomeriert oder verstliokt und das verstückte Material dann bei hohen Temperaturen gebrannt werden soll, um ein Produkt mit ausreichender festigkeit zu bilden· Ferner wurden verschiedene Kaltabbindeverfabren für die Bebandlung von feinerzen einschließlich Abbinden mit Zement, Natriumsilicat und Bildung einer Abbindung mit Calcium-

vorgesehlagen carbonat aus Kalk durch Behandlung mit Kohlendioxyd/ Diese Verfahren weisen Nachteile auf. Sowohl das Abbinden mit Zement als auch mit Natriumsilicat erhöhen die Silicakonzentration im Hochofen, während die Behandlung mit

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gasförmigem Kohlendioxyd hohe Gasdrücke erfordert, um wirksam zu sein, so daß ein erheblicher Kapitalaufwand fUr die Anlagen notwendig ist. ■

Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Abbinden von feinteiligen Materialien ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Material mit wenigstens wäßriger Ameisensäure behandelt und hierdurch eine saure Lösung bildet, die Me&allionen enthält, und den pH-Wert der Lösung steigen läßt oder erhöht und hierdurch ein Metallhydroxyd bildet, das das Material in verdichteter Form abbindet.

Der pH-Wert der Lösung kann als Folge der Entfernung von Wasserstoffionen aus der Lösung durch weitere Umsetzung mit dem die Metallionen liefernden Material, z.B. einem Metall, Metalloxyd oder Metallsulfid, oder durch Auflösung einer basischen Substanz, die in dem zu verdichtenden feinteiligen Material enthalten ist, steigen,, Es ist auch möglich, den pH^Wert der Lösung durch absichtliche Zugabe einer basischen Substanz zur Lösung zu erhöhen.

In vielen Fällen enthält das zu verdichtende Material selbst eine ausreichende Quelle von Metallionen, um eine Abbindung nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hervorzurufen. In anderen Fällen kann es erforderlich sein, ein Metallionen lieferndes Material zuzusetzen. Die Metallionen können in Form einer Suspension einer unlöslichen Metallver- - bindung;, z.B. als Suspension eines Metalls, Metallsulfids, Metalloxyds oder Metallcarbonats in Wasser, zugeführt werden, wobei die Metallionen durch anschließende Zugabe der Ameisensäure freigesetzt werden. Es ist auch möglich.» die Metallionen aus einer wäßrigen Lösung von Ameisensäure und einem

'30 wasserlöslichen Metallsalz einzuführen.

Die zum Abbinden des feinteiligen Materials erforderliche Zeit und die Festigkeit der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung gebildeten Abbindung hängen von Faktoren wie

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der Löslichkeit des die Metallionen liefernden Materials, . seiner spezifischen Oberfläche, der Konzentration einer etwa vorhandenen basischen Substanz und von der Stärke und Konzentration der Ameisensäure ab.

Wie bereits erwähnt, ist das Verfahren von besonderem Wert für das Abbinden von Materialien, die Metalloxyde enthalten. Gemäß einem besonderen Merkmal umfaßt die Erfindung somit das Abbinden von Materialien, die Eisenoxyd oder Zinkoxyd enthalten, nach einem Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das feinteilige Eisenoxyd oder Zinkoxyd enthaltende Material mit Ameisensäure behandelt und hierdurch eine Lösung bildet, die Fe⁺⁺-, Fe⁺⁺⁺- oder Zn⁺⁺-Ionen enthält, den pH-Wert der Lösung steigen läßt oder erhöht und hierdurch Eisen- oder Zinkhydroxyd bildet und das behandelte Material in eine agglomerierte feinteilige Form bringt.

der pH-Wert der Lösung kann als Folge der Entfernung von Wasserstoffionen aus der Lösung durch weitere Umsetzung mit Eisenoxyd oder Zinkoxyd oder durch Umsetzung mit etwa vorhandenem metallischem Eisen steigen, oder er kann durch Auflösen einer basischen Substanz, die in dem zu behandelnden Eisenoxyd oder Zinkoxyd enthaltenden Material enthalten ist, steigen. Es ist auch möglich, den pH-Wert der Lösung durch absichtliche Zugabe einer basischen Substanz zur Lösung zu erhöhen.

Wie bereits erwähnt, hängen die zum Abbinden erforderliche Zeit und die endgültige Festigkeit des in dieser Weise gebildeten abgebundenen Oxydprodukte von Faktoren wie der Löslichkeit des Eisenoxyd oder Zinkoxyd enthaltenden Materials, von der spezifischen Oberfläche des behandelten Eisenoxyds oder Zinkoxyds, von der Konzentration der basischen Substanz und von der Stärke und Konzentration der zur Behandlung verwendeten Ameisensäure ab.

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Das Verfahren ist hauptsächlich wertvoll für das Abbinden von Eisenoxyd enthaltenden Materialien, in denen das · Eisenoxyd in einer niedrigen Oxydationsstufe, Z₀B₀ als Wustit (PeO), vorliegt«, "Materialien dieser Art fallen als Dämpfe bei Stahlerzeugungsverfahren im Thomaskonverter an, die entweder mit 0.G₀- oder 0oAoF_eL_o/I₀RoSoI_eDo-Abzugssystemen betrieben werden. Materialien wie Hochofenstaub, die höhere Eisenoxyde, z_oB. Fe₂O-, und Fe^O., enthalten, reagieren langsamer mit Ameisensäure_o

Das angewendete genaue Verfahren kann in den Einzelheiten sowie im Mengenverhältnis der eingesetzten Materialien in weiten Grenzen variieren_e Im allgemeinen werden etwa 5 bis 20 GeWo-^o einer 10bigen wässrigen Ameisensäurelösung dem rohen Eisenoxyd zugesetzt. Unmittelbar nach der Vermischung fällt der p_H-Wert schnell unter anschließender

++ +++ Bildung von gelösten Pe - oder Fe -Ionen« Der p^-Wert der Lösung steigt dann schnell bis zum Neutralpunkt, so daß beim Überschreiten des Löslichkeitsprodukts von Eisenhydroxyd die Bildung von Eisenhydroxyd beginnt» Bald nach der Zugabe der Säure wird das Gemisch gewöhnlich agglomeriert oder verstückt, z_oB_o durch Brikettierung_o Es ist auch möglich, verdünnte Säure auf das Material auf einem Granulierteller zu sprühen und hierdurch das Material gleichzeitig zu agglomerieren und chemisch zu binden» Eine andere Möglichkeit ist die Vermischung der Säure mit dem Material und die Bildung von Agglomeraten durch Strangpressen.

Die Festigkeit der Bindung nimmt nach dem Agglomerierprozess zu, und sowohl die Festigkeit als auch die Abriebfestigkeit des Endprodukts genüge.n für die Verwendung des Produkts als Hochofenbeschickung.

In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, dem zu behandelnden, Eisenoxyd oder Zinkoxyd enthaltenden Material andere Materialien zuzusetzen= Beispielsweise können bei der Behandlung von Abfällen der Stahlerzeugung im Thomas-

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konverter andere Oxyde, Z₀B. Walzzunder, zugesetzt werden, um erhöhte Festigkeit zu erzielen» Andere Materialien wie Kalk, Koksfeinteile oder Hochofenstaub können zugesetzt werden, um die metallurgischen Eigenschaften des Endprodukts zu verbessern.

Beispiel 1

Ein getrockneter Filterkuchen aus einem Thomaskonverter mit der folgenden chemischen Zusammensetzung (in wurde "behandelt:

22,5%

FeO 55,5/°

3,5/*
3,096

Fe-	Metall
FeO
Fe₂	4
SiO	2
MnO	°3
ZnO
C
S
P₂O	5

' Al₂O₅ O,23'/£

1,375» 1,4896

■ · 1,3096

0,11?6

^P2°5 0,35%

99,1496

Auf diesen Filterkuchen wurden in einer Drehtrommel 10 Gewe-/i einer lO/'oigen wässrigen Ameisensäurelösung gesprüht» Anschließend wurde weitere 5 Minuten gemischt» Das erhaltene Material wurde dann bei 501,3 kg/cm zu Tabletten von 18 mm Durchmesser und 18 mm Höhe gepresst»

Ein Vergleichsgemisch wurde in genau der gleichen Weise behandelt, wobei jedoch 10 Gew_o-% Wasser an Stelle der Ameisensäurelösung verwendet wurden. Die Druckfestigkeit der Tabletten wurde 48 Stunden nach der Herstellung gemessen, wobei die folgenden Ergebnisse (Durchschnitt von fünf Bestimmungen) erhalten wurden:

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Α» Mit Ameisensäure "behandelte Tabletten;

Druckfestigkeit ' 1,4 kg/mm

BoMit Wasser behandelte Tabletten:

2 Druckfestigkeit ■ 0,71 kg/mm

Beispiel 2

Der gleiche getrocknete "Filterkuchen wie in Beispiel 1 ■wurde mit 10$, 20$ bzw. 4-Ctyo Walzzunder' gemischt. Jedes Gemisch wurde getrennt in einer Drehtrommel mit 10 Gew_e-$ einer 10bigen wässrigen Ameisensäurelösung besprüht. Anschließend wurde weitere 5 Minuten gemischte

Die erhaltenen Materialien wurden sofort unter einem Druck

ο
von 844 kg/cm zu Tabletten von 18 mm Durchmesser und 18 mm Höhe gepresst» Die Druckfestigkeit der Tabletten wurde 48 Stunden nach dem Pressen gemessen, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten würden (Durchschnitt von fünf Bestimmungen an jedem Gemisch):

Druckfestigkeit kg/mm²

A. Tabletten aus 90$ Filterkuchen und 10$ Walzzunder 1,165

Β« Tabletten aus 80$ Filterkuchen und 2.Qi⁰Jo Walzzunder 2,205

C. Tabletten aus G0°/o Filterkuchen und. 40$ Walzzunder 1,26

Beispiel J>

Der gleiche getrocknete Staub wie in den Beispielen 1 und2 wurde mit Walzzunder und· gelöschtem Kalk in folgenden Mengenanteilen gemischt:

Getrockneter Konverterstaub 40 Gew.-$

Walzzunäer 10 "

■ Gelöschter EaIk 50 "

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In einer Drehtrommel wurden 10 Gew_o-$ einer 10bigen wässrigen Ameisensäurelösung auf das Gemisch gesprüht« Anschließend wurde weitere 5 Minuten gemischte Das erhaltene Gemisch wurde sofort unter einem Druck von 844 kg/cm zu Tabletten von 18 mm Durchmesser und 18 mm Höhe gepresst.

Die Druckfestigkeit der Tatletten wurde nach unterschiedlich langer Zeit gemessen, um die Entwicklung der Festigkeit mit der Zeit zu ermitteln. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten (-durchschnitt von fünf Bestimmungen nach jedem Zeitraum):

Druckfestigkeit kg/mm^

A. Each 15 Minuten 0,555

B. liach 5 Stunden 0,693 Co Hach 24 Stunden - 1,18

D. iiach 48 Stunden 1,539

Beispiel 4

Auf reines Zinkoxyd wurden in einer Drehtrommel 10 Gew.— /o einer 1Obigen wässrigen Ameisensäurelösung gesprüht. Anschließend wurde weitere 5 Minuten gemischt. Das erhaltene

Material wurde dann unter einem Druck von 501 kg/cm zu Tabletten von 18 mm Durchmesser und 18 mm Höhe gepresst.

Ein Vergleichsgemisch wurde in genau der gleichen Weise behandelt, wobei jedoch 10 Gew.-yö Wasser an Stelle der Ameisensäurelösung verwendet wurden.

Die Druckfestigkeit der Tabletten wurde 48 Stunden nach dem Pressen gemessene Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten (Durchschnitt von fünf Bestimmungen):

A. Tabletten mit Ameisensäure behandelt

B, Tabletten mit Wasser behandelt

A0 982 6/076G

Druckfe kg/mm	stigkeit
1,	92
ο,	88

Alle diese Beispiele beschreiben die Behandlung von feinteiligem Eisenoxyd oder Zinkoxyd. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch in analogen Verfahren beispielsweise auf den folgenden Gebieten angewendet werden:

1) In der Bauindustrie zur Verfestigung von Böden bei Arbeiten wie Tunnelbau, Grabenbau, Abteufen von Schächten, Straßenbau und Herstellung von Fundamenten für Gebäude. Bei diesen Anwendungen enthalten die Böden selbst häufig geeignete Quellen von Metallionen, so - daß es genügt, Ameisensäure in die Böden zu spritzen.

2) Abbinden von Gießereisand. Sand, gewöhnlich Silicasand, der eine Quelle von Metallionen enthält, kann mit Ameisensäure gemischt werden, wobei während der anschließenden Verwendung eine gehärtete Sandform oder ein gehärteter Sandkern für die Verwendung beim Metallguß gebildet wird.

3) Allgemeine Verwendung als Zement. Eine Quelle von Metallionen, Ameisensäure und ein Füllmaterial können gemischt und als Zement oder Mörtel für Zwecke wie Herstellung von Fußbodenmaterialien verwendet werden.

4) Verwendung als Bindemittel beim Brikettieren oder Pelletisieren,, Bei den verschiedensten Anwendungen deg Brikettierens oder Pelletisierens können übliche Bindemittel durch ein Metallion/Ameisensäure-System gemäß der Erfindung ersetzt werden. Die Erfindung ist von besonderem Wert für das Abbinden- und Verfestigen von Erzen und Feinteilen in der metallurgischen Industrie, da die Notwendigkeit des Brennens von verstückteni feinteiligem Material zur Erzielung ausreichender Featigkeit ausgeschaltet wird und Nachteile, die bei den bekannten Kaitabbindeverfahren auftreten, vermieden werden.

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5) Verfestigung der Oberfläche von Halden von. feinteiligem Material. Halden von Erzen und ähnlichen Materialien können verfestigt werden, indem auf ihre Oberfläche Ameisensäure gesprüht wird, wodurch eine Verunreinigung der Umgebung vermieden und ein wirtschaftlicher Vorteil durch Ausschaltung von Windverlusten erzielt wird.

6) Herstellung von Wärmeapeicherblöcken. Eisenoxyd, das am häufigsten verwendete Material für Wärmespeicherblöcke, läßt sich in einfacher Weise unter Verwendung von Ameisensäure nach dem Verfahren ^ernäß der Erfindung verfestigen und verstücKen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Abbinden und Verfestigen von feinteiligen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß man das Material mit wenigstens wäßriger Ameisensäure behandelt und hierdurch eine saure Lösung bildet, die Metallionen enthält, und den pH-Wert der Lösung steigen läßt oder erhöht und hierdurch ein Metallhydroxyd bildet, das das Material in verdichteter Form abbindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert der Lösung durch Zusatz einer basischen Substanz zur Lösung erhöht.

j5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Metallionen lieferndes Material dem feinteiligen Material zusetzt. - ,

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metallionen lieferndes Material eine Suspension einer in Wasser unlöslichen Metallverbindung oder eine Lösung eines wasserlöslichen Metallsalzes verwendet,

5. Verfahren zum Abbinden und Verfestigen von Materialien, die Eisenoxyd oder Zinkoxyd enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man das feinteilige Eisenoxyd oder Zinkoxyd enthaltende Material mit Ameisensäure behandelt und hierdurch eine Lösung bildet, die Fe⁺⁺-, Fe⁺⁺⁺- oder Zn⁺⁺- Ionen enthält; den pH-Wert der Lösung steigen läßt oder erhöht und hierdurch Eisen- oder Zinkhydroxyd bildet und das behandelte Material in eine agglomerierte feinteilige Form bringt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Rauch und Staub aus der Stahlerzeugung im Thomaskonverter und/oder Hochofenstaub abbindet und verfestigt.

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7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, • daß man die Ameisensäure in einer Menge zusetzt, die 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das zu verfestigende Material, einer 1Obigen wäßrigen Ameisensäure äquivalent ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß man das behandelte Material brikettiert, pelletisiert oder strangpreßt.

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