DE3629228A1 - Verfahren zur herstellung von formlingen aus erzen und kohlenstoffhaltigem material - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen, die Erze und kohlenstoffhaltiges Material enthalten sowie außerdem Bindemittel und/oder Schlackenbildner enthalten können, wobei die feinkörnigen Rohstoffe mit Wasser gemischt, dann aus dem Gemisch Formlinge erzeugt und die Formlinge schließlich getrocknet sowie gehärtet werden. Formlinge im Sinne der Erfindung sind Extrudate, Granalien, Pellets und Briketts.

Bei den bekannten Verfahren der genannten Art, die in der DE-PS 10 40 253 und der DE-AS 15 83 942 beschrieben sind, wird als kohlenstoffhaltiges Material Kohle, Koks, Graphit, Holzkohle und Ölschiefer verwendet. Das kohlenstoffhaltige Material wirkt in einem Reduktionsprozeß, dem die Formlinge ausgesetzt werden, als Reduktionsmittel. Als Erze werden oxidische sowie carbonathaltige Erze und Erzkonzentrate in feinkörniger Form verwendet, die nach anderen Verfahren nur schwer zu verhütten sind. Die Bindemittel ermöglichen die Herstellung von Formlingen dadurch, daß sie die feinkörnigen Rohstoffe einbinden. Als Bindemittel können Teerpech, Wasserglas, Calciumhydroxid, Bentonit und/oder Wasser in einer Menge von ca. 0,5 bis 10 Gew.% verwendet werden. Die Schlackenbildner haben die Aufgabe, die in den Erzen enthaltene Gangart in eine gut handhabbare Schlacke zu überführen. Als Schlackenbildner werden SiO_2, Al₂O_3, MgO und CaO verwendet, wobei auch die Asche des kohlenstoffhaltigen Materials als Schlackenbildner wirken kann. Da die Formlinge für den nachfolgenden Reduktionsprozeß eine bestimmte Festigkeit haben müssen, werden sie getrocknet und gehärtet, was üblicherweise bei erhöhter Temperatur erfolgt.

Es hat sich gezeigt, daß feinkörnige oxidische Erze in manchen Fällen nicht genutzt werden, weil die Kosten für ihre Extrudierung, Granulierung, Pelletierung und Brikettierung im Vergleich zu stückigen Erzen zu hoch sind, denn bei den stückigen Erzen entfallen diese Kosten ganz. Ein wesentlicher Kostenfaktor ist das kohlenstoffhaltige Material, das auf eine bestimmte Korngröße zerkleinert werden muß, bevor es mit den feinkörnigen Erzen zu Formlingen verarbeitet werden kann. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das sowohl kostengünstig als auch betriebssicher arbeitet und Formlinge bereitstellt, die im nachfolgenden Reduktionsprozeß problemlos verarbeitet werden können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird überraschenderweise dadurch gelöst, daß als kohlenstoffhaltiges Material verbrauchte Aktivkohle in einer Menge von 1 bis 33 Gew.%, bezogen auf die Erzmenge, verwendet wird. Es wurde gefunden, daß sich die verbrauchte Aktivkohle zusammen mit Erzen sehr gut zu Formlingen verarbeiten läßt, die eine genügend große Festigkeit besitzen. Die nachfolgende Reduktion der Formlinge verläuft störungsfrei, und die in der verbrauchten Aktivkohle enthaltenen adsorbierten Stoffe beeinflussen die Herstellung der Formlinge und ihre Reduktion nicht negativ. Diese Tatsache ist überraschend, da gegen die Verwendung von minderwertigen Brennstoffen zur Herstellung von Formlingen immer Vorbehalte bestanden haben. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ferner in vorteilhafter Weise erreicht, daß ein Abfallprodukt, nämlich die verbrauchte Aktivkohle, die insbesondere in der Wasseraufbereitung und der Lebensmittelindustrie anfällt und durch Desorption oder thermische Behandlung nicht mehr regeneriert werden kann, einer sinnvollen Verwendung zugeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders wirtschaftlich, da die verbrauchte Aktivkohle kostengünstig beschafft und mit geringem technischen Aufwand zerkleinert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft durchgeführt werden, wenn die verbrauchte Aktivkohle in einer Menge von 5 bis 20 Gew.%, bezogen auf die Erzmenge, verwendet wird.

In den Fällen, in denen zur Herstellung der Formlinge Wasser als Bindemittel benutzt wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Wasser den feinkörnigen Rohstoffen teilweise in Form des in der verbrauchten Aktivkohle enthaltenen Wassers zugeführt wird. Hierdurch wird die Herstellung der Formlinge vereinfacht, denn es ist einfacher, feuchte Aktivkohle in das Rohstoffgemisch einzumischen als Wasser. Außerdem hat diese erfindungsgemäße Maßnahme den Vorteil, daß die verbrauchte Aktivkohle vor ihrer Verwendung nicht getrocknet werden muß.

Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Trocknung und Härtung der Formlinge bei 100 bis 400°C erfolgt, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn die bei der Trocknung und Härtung anfallenden Abgase in eine Verbrennungsanlage geführt werden. Es hat sich gezeigt, daß die so getrockneten und gehärteten Formlinge eine hohe Festigkeit aufweisen und daß teilweise auf die Verwendung eines Bindemittels verzichtet werden kann. Die bei der Trocknung und Härtung von der verbrauchten Aktivkohle abgegebenen flüchtigen Verbindungen werden mit dem Abgas des Trocknungs- und Härtungsprozesses in eine Verbrennungsanlage geführt, wo ihre schadlose Beseitigung erfolgt. Eine für diesen Zweck geeignete Verbrennungsanlage ist in den Produktionsstätten im allgemeinen vorhanden.

In einigen Fällen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Trocknung und Härtung der Formlinge in einer CO₂-Atmosphäre durchgeführt wird, da sich das CO₂ gegenüber der verbrauchten Aktivkohle und ihren Inhaltstoffen inert verhält, die von der verbrauchten Aktivkohle abgegebenen flüchtigen Bestandteile in die Verbrennungsanlage gefahrlos abführt und mit dem in den Formlingen enthaltenen alkalischen Bindemittel unter Bildung von Carbonaten reagiert, wobei eine gute Härtung der Formlinge eintritt.

Obwohl aus der DE-PS 10 40 253 und der DE-AS 15 83 942 Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus Feinerzen mit dem Ziel der anschließenden Verhüttung bekannt sind, bei denen als kohlenstoffhaltiges Material Kohle, Koks, Graphit, Holzkohle oder Ölschiefer verwendet wird, konnte der Fachmann nicht erwarten, daß sich auch verbrauchte Aktivkohle als kohlenstoffhaltiges Material verwenden läßt, da er davon ausgehen mußte, daß die in der verbrauchten Aktivkohle enthaltenen Stoffe sowohl die Herstellung der Formlinge als auch ihre Reduktion nachteilig beeinflussen würden. Das Verdienst der vorliegenden Erfindung besteht darin, diesen Vorbehalt überwunden zu haben.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Zur Herstellung von Formlingen wurde eine verbrauchte Aktivkohle aus der Lebensmittelindustrie verwendet, die insbesondere mit Glucose beladen war. Die verbrauchte Aktivkohle war klumpig und konnte leicht zu einem Pulver zerkleinert werden. Sie hatte einen Wassergehalt von 50 Gew.-%, und nach ihrer Trocknung wurden folgende Analysenwerte ermittelt: C = 54,2 Gew.-%, flüchtige Bestandteile = 40,3 Gew.-%, Aschegehalt = 5,5 Gew.-%. Die Asche der verbrauchten getrockneten Aktivkohle hatte folgende Zusammensetzung: SiO₂ = 66,7 Gew.-%, Al₂O₃ = 11,5 Gew.-%, P₂O₅ = 4,8 Gew.-%, K₂O = 3,9 Gew.-%, Fe₂O₃ = 3,4 Gew.-%, CaO = 3,1 Gew.-%, MgO = 1,4 Gew.-%. Die Asche der verbrauchten Aktivkohle hatte in reduzierender Atmosphäre einen Erweichungspunkt von 1200°C.

Diese verbrauchte Aktivkohle wurde im feuchten Zustand (50 Gew.-% H₂O) mit einem Erzkonzentrat zu Pellets verarbeitet, wobei das Erzkonzentrat folgende Zusammensetzung hatte: Fe = 68,8 Gew.-%, CaO = 0,02 Gew.-%, MgO = 0,01 Gew.-%, SiO₂ = 1,3 Gew.-%, Al₂O₃ = 0,2 Gew.-%, Glühverlust in Luft bei 1050°C = 0,4 Gew.-%. Die Pellets hatten folgende Zusammensetzung: Erzkonzentrat = 98,5 Gew.-%, Aktivkohle (Trockensubstanz) = 1,5 Gew.-%. Diese Pellets hatten im trockenen Zustand eine Druckfestigkeit von 10 N/Pellet. In einem Vergleichsversuch wurden Pellets hergestellt, bei denen 2 Gew.-% des Erzkonzentrats durch 2 Gew.-% des als Bindemittel wirkenden Ca(OH)₂ ersetzt wurden. Diese Pellets hatten im trockenen Zustand lediglich eine Druckfestigkeit von 13 N/Pellet. Pellets, die ausschließlich aus dem Erzkonzentrat erzeugt worden waren, hatten hingegen im trockenen Zustand nur eine Druckfestigkeit von 1,5 N/Pellet. Die Herstellung der Pellets erfolgte auf einem Pelletierteller unter Verwendung von 8 Gew.% Wasser, bezogen auf die trockenen Rohstoffe. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die verbrauchte Aktivkohle nicht nur als Energieträger wirkt, sondern auch das Bindemittel ersetzen kann.

Die Pellets wurden 2 Minuten bei 250°C und 3,5 Minuten bei 350°C behandelt, wobei eine Trocknung und Härtung erfolgte. Die Pellets, die unter Verwendung verbrauchter Aktivkohle hergestellt worden waren, hatten eine gute Druckfestigkeit und konnten problemlos bei 1250 bis 1320°C gebrannt werden. Beim Brennen verbesserte sich die Druckfestigkeit der Pellets erheblich, und es erfolgte eine quantitative Oxidation des im Erzkonzentrat enthaltenen Magnetits zu Hämatit. Nachfolgend konnten die gebrannten Pellets störungsfrei zu Eisenschwamm reduziert werden, wozu noch ein Reduktionsmittel erforderlich war.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Formlingen, die Erze und kohlenstoffhaltiges Material enthalten sowie außerdem Bindemittel und/oder Schlackenbildner enthalten können, wobei die feinkörnigen Rohstoffe mit Wasser gemischt, dann aus dem Gemisch Formlinge erzeugt und die Formlinge schließlich getrocknet sowie gehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffhaltiges Material verbrauchte Aktivkohle in einer Menge von 1 bis 33 Gew.%, bezogen auf die Erzmenge, verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrauchte Aktivkohle in einer Menge von 5 bis 20 Gew.%, bezogen auf die Erzmenge, verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser den feinkörnigen Rohstoffen teilweise in Form des in der verbrauchten Aktivkohle enthaltenen Wassers zugeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung und Härtung der Formlinge bei 100 bis 400°C erfolgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Trocknung und Härtung der Formlinge anfallenden Abgase in eine Verbrennungsanlage geführt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung und Härtung der Formlinge in einer CO₂-Atmosphäre durchgeführt wird.