DE4039504A1 - Verfahren zur extraktion von metallen aus metallhaltigen rohstoffen - Google Patents
Verfahren zur extraktion von metallen aus metallhaltigen rohstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Erzen in
einem indirekt beheizten Drehrohrofen.
In herkömmlichen Reduktionsaggregaten werden die Reduktionswärme
und die Reduktionsmittel über die Gasphase zugeführt. Hierbei
führen die Brenngase zur Verunreinigung des Produkts, z. B. durch
die in den Brenngasen enthaltenen Schwefel- und Phosphorgehalte.
Deshalb wurde für verschiedene Anwendungsfälle ein indirekt
beheizter Drehrohrofen entwickelt, dessen Außenmantel aus hoch
legiertem Stahl mit überwiegenden Anteilen von Kobalt, Chrom und
Nickel besteht. Nach DE-OS 25 26 296 ist ein derartiger Ofen für
die Kalzinierung bis zu Temperaturen von 1200°C anwendbar.
Die Reduktion von Erzen erfordert aber im allgemeinen einen
wesentlich höheren Temperaturbereich in der Reduktionszone des
Drehrohrofens. Die Temperaturen liegen je nach den gewählten
Ausgangsstoffen und gewünschten Reaktionen in den hauptsächlichen
Anwendungsgebieten zwischen 1000 und 1500°C, wobei die Tempe
raturführung im Drehrohr oftmals eine kurzzeitige Überschreitung
der Temperaturbereiche erforderlich macht.
Unter diesen Temperaturbedingungen sind Drehrohröfen mit Stahl
mantel nicht einsetzbar, da die thermische Stabilität oberhalb
von 1000°C rapide abfällt. Keramische Auskleidungen von Stahl
rohren können zwar die Abriebbeständigkeit des Rohres bei hohen
Temperaturen verbessern und u. U. auch Materialanbackungen an der
Wand vermindern, jedoch bewirken sie gleichzeitig eine thermische
Isolierung des Reaktionsrohres, so daß eine indirekte Beheizung,
z. B. eine elektrische Widerstandsbeheizung, nicht verwendet
werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren zur
Reduktion von Erzen in einem indirekt beheizten Drehrohrofen so
zu verbessern, daß eine kontinuierliche Herstellung von hoch
reinen Reaktionsprodukten bei Temperaturen von oberhalb 1000°C,
vorzugsweise oberhalb von 1200°C, ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen
Merkmale gelöst. Eine wesentliche Voraussetzung ist es, daß die
Reduktionswärme nicht über die Gasphase, sondern durch Strahlung
und Wärmeleitung zugeführt wird. Dabei kann die Gasphase während
der Reduktion ganz auf die gewünschte Produktqualität eingestellt
werden.
Als Aggregat für dieses Verfahren eignet sich ein keramisches
Drehrohr, das indirekt beheizt wird. Die indirekte Beheizung kann
von außen mit Brenngasen oder durch elektrische Energie erfolgen.
Grundsätzlich lassen sich Temperaturbereiche von 500 bis 1500°C
realisieren, vorzugsweise wird das indirekt beheizte Keramikrohr
aber bei Temperaturen oberhalb von 1200°C eingesetzt, da es
eine hohe Temperaturstabilität im Vergleich zu Stahlmänteln
aufweist.
Als Anwendungsfälle lassen sich für das erfindungsgemäße Ver
fahren ganz allgemein die Reduktion von Oxiden mit gasförmigen
Reduktionsmitteln, wie z. B. mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid
angeben. Als Ausgangsstoffe können Oxide der folgenden Metalle
(Elemente) genannt werden:
Eisen, Germanium, Arsen, Vanadin, Niob, Tantal, Molybdän, Wol fram, Rhenium, Ruthemium, Kupfer, Zink, Kobalt, Nickel.
Eisen, Germanium, Arsen, Vanadin, Niob, Tantal, Molybdän, Wol fram, Rhenium, Ruthemium, Kupfer, Zink, Kobalt, Nickel.
Zur Chlorierung von Oxiden zu gasförmigen Chloriden können
folgenden Beispiele genannt werden, wobei als Produkte sehr reine
Chloride erhalten werden:
MgO → MgCl₂, TiO₂ → TiCl₄, ZnO₂, HfO₂
Als Beispiel für die Oxidation von Chloriden zu hochreinen
Metallen kann folgenden Reaktion angegeben werden:
TiCl₄ wird oxidiert zu Ti.
Als weiteres Beispiel für die Direktreduktion von Eisenerzpellets
mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff kann die schwefel- und phosphor
freie Erzeugung von Eisenschwamm angeführt werden. Allen Ver
fahren gemeinsam ist, daß keine schmelzflüssige Phase in dem
Drehrohr auftreten darf, sondern daß die Temperaturen jeweils so
gewählt werden müssen, daß nur Feststoffe bzw. Gase an der
Reaktion teilnehmen.
Bei der Durchführung der Versuche wurden keine Verunreinigungen
der Reaktionsstoffe durch das Rohrmaterial bzw. durch die Ver
brennungsgase festgestellt. Ebenfalls wurden keine Materialan
backungen an der Wand beobachtet. Die Abriebbeständigkeit des
Keramikrohres gegenüber den herkömmlichen Stahlrohren war er
heblich verbessert.
Das Material des keramischen Rohres wurde durch Aufspritzen von
oxid- und nichtoxidischen keramischen Rohstoffen auf einen
innengekühlten Formkern im wasserstabilisierten Plasmastrahl
erzeugt. Die einzelnen Lagen der aufgespritzen Schichten hatten
eine Dicke von 0,5-2,5 mm und wiesen eine feine, homogen
verteilte Porosität auf. Bei mehrlagigen Schichten ergab dies
einen spannungsfreien Keramikkörper, der auch bei schockartiger
Temperaturbeanspruchung keine Risse oder bleibenden Verformungen
aufwies. Mit diesem Verfahren können Keramikrohre mit einer Länge
von 4-10 m und einem Außendurchmesser von 0,5-1,5 m herge
stellt werden, wobei die jeweiligen Abmessungen den mechanischen
und thermischen Beanspruchungen anzupassen sind.
Claims (10)
1. Verfahren zur Extraktion von Metallen aus metallhaltigen
Rohstoffen, insbesondere aus Erzen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Extraktion durch Reaktion von festen Rohstoffen in
einer reinen mit gasförmigem Reaktionsmittel gefüllten
Atmosphäre erfolgt.
2. Verfahren zur Reduktion von Erzen in einem indirekt be
heizten Drehrohrofen, dadurch gekennzeichnet, daß im Re
aktionsraum ausschließlich die zur Reduktion benötigten
Reaktionspartner vorhanden sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Reaktionsraum während der Reduktion von Erzen frei von
Brenngasen ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperaturen oberhalb von
1200°C liegen.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus
einem indirekt beheizten Drehrohrofen, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Drehrohr ein keramisches Rohr verwendet
wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das keramische Rohr ein selbstragendes
Rohr ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das keramische Rohr feine, homogen
verteilte Poren aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das keramische Rohr einen schichtartigen
Aufbau besitzt, wobei die einzelnen Schichten durch Plasma
spritzen erzeugt werden.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schichten eine Dicke von 0,5-2,5 mm
aufweisen und die Gesamtdicke der keramischen Rohr
wand zwischen 8 und 12 mm liegt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Länge des keramische Rohres zwischen
4 und 10 m bei einem Außendurchmesser von 0,5-1,5 m
beträgt.
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1993
- 1993-03-09 US US08/028,328 patent/US5314171A/en not_active Expired - Fee Related
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