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Verfahren zur Gewinnung von Eisen aus Eisenerzen mittels elementaren
Chlors Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Eisen aus Eisenerzen
durch Chlorierung. An sich ist es bekannt, Erze zu chlorieren, indem Chlor gleichzeitig
mit Chlorwasserstoffgas verwendet wird. Hier handelt es sich jedoch nicht um einen
reinen Chlorierungsprozeß, sondern im wesentlichen um die bekannte Zerlegung von
Erzen mittels Chlorwasserstoffs, die durch die Anwesenheit von Chlor verstärkt wird.
Infolge der Anwesenheit von Chlorwasserstoff ist das Chlor nicht ohne weiteres zurückgew
innbar, da der Chlorwasserstoff in die Chlorverbindung des betreffenden Metalles
und in Wasser übergeführt und somit verbraucht wird.
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Andererseits ist es auch bekannt, Silikate mit Kohle zu glühen und
der Einwirkung eines Chlorstromes auszusetzen, wobei also Kohle in einer der genannten
Erzmenge äquivalenten Menge zur Reduktion derselben verwendet werden muß.
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Im Gegensatz hierzu handelt es sich bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
darum, claß das Erz der Einwirkung von elementarem Chlor allein bei erhöhter Temperatur
und erhöhtem Druck ausgesetzt wird. Es ist nach Weber, »Chemisches Zentralblatt«,
1861, Seite 376 und 377 bekannt geworden, daß Spateisenstein und Eisenoxyd
im Chlorstront bei erhöhter Temperatur angegriffen werden. Es ist ferner bekannt,
das Eisen, das als Verunreinigung in Bauxiten und anderen Erzen vorhanden ist, durch
Chlorierung zu entfernen.
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Die Untersuchungen des Erfinders haben folgende theoretische Grundlagen
des Verfahrens ergeben: Für die Umsetzung von Eisenoxyd mit Chlor bestehen Gleichgewichtszustände,
die sich mit der Temperatur wesentlich verschieben. Bei tiefer Temperatur findet
nur eine geringe Umsetzung statt, so daß in dem Gemisch im wesentlichen Eisenoxyd
und Chlorgas zugleich zugegen sind. Bei erhöhter Temperatur dagegen verschiebt sich
der Zustand insofern, als sich merkliche Mengen von Eisenchlorid bilden, neben denen
sowohl Chlor als auch Eisenoxvd sowie Sauerstoff vorhanden sind. Bei etwa 8oo° beispielsweise
sind in dem Gemisch schon bei einem Gesamtdruck von einer Atmosphäre o,i Atm. Eisenchloriddampf
verhanden. Diese Menge steigert sich mit dem Druck. Diese Bildung der Eisenchlorverbindungen
bei mäßig erhöhter Temperatur und Druck wird nun ausgenutzt, um mittels des Chlorierungsprozesses
gemäß der Erfindung Eisenerze aufzuschließen. indem das Gemisch dauernd von einem
Chlorstrom bespült wird. Auf diese Weise wird das gebildete Eisenchlorid dauernd
durch den Chlorstrom i'otxeztiilart, während sich ständig neues lr`isetielt:orid
bildet.
Die Temperatur, bei der die Reaktion vor sich geht, liegt
weit unterhalb der Schmelztemperatur-des Eisens...-Ein erheblicher Vorteil des Verfahrens
beruht darin, daß es gelingt, eine flüchtige elektrolysierbare Eisenverbindung herzustellen,
die dann in einer leicht durchführbaren Elektrolyse in Eisen einerseits und das
durch einfache Zwischenbehandlung unmittelbar in den Prozeß zurückzuführende Chlor
andererseits zerlegt wird.
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Da das Chlorieren zweckmäßig in Behältern vorgenommen wird, die mit
chemisch indifferentem Material ausgekleidet sind, wird man vorzugsweise elektrische
Heizung verwenden. Diese Heizung kann gegebenenfalls zugleich dazu dienen, vor dem
eigentlichen Chlorierungsprozeß die Erwärmung für andere vorbereitende Prozesse,
wie Trocknen, Rösten u. dgl., nutzbar zu machen.
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Die bei dem Verfahren entstehenden Eisenchlorverbindungen, insbesondere
das Eisenchlorid, werden in Wasser gelöst und der Elektrolyse unterworfen.
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Die Elektrolyse kann zweckmäßigerweise so erfolgen beispielsweise
durch Verwendung geeigneter Diaphragmenanordnungen, daß die bei der Elektrolyse
aus dem dreiwertigen Eisen entstehenden zweiwertigen Eisenionen nicht wieder zur
Anode gelangen können und somit von einer Oxydation geschützt sind. Das entstehende
metallische Eisen kann entweder in der Form, wie es aus dem Prozeß ausfällt, beispielsweise
als Schlamm, unmittelbar verwendet werden, es kann aber auch in die jeweils erwünschte
Eisen- oder Stahlsorte im Elektroofen umgeschmolzen werden, gegebenenfalls unter
Beimengung der erforderlichen Zuschläge.
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Das neue Verfahren gemäß der Erfindung ist für alle Eisenerze verwendbar,
wenn auch vorzugsweise Oxyd- oder Carbonaterze in Betracht kommen, auch ist es für
arme Erze anwendbar, die - für den Hochofenprozeß wenig geeignet sind.
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Was die im Eisenerz enthaltenen Verunreinigungen des Eisens betrifft,
so sind zwei Fälle möglich. Entweder werden schädliche Bestandteile. wie Arsen,
Schwefel oder Phosphor, vom Chlor nicht angegriffen und bleiben in den Rückständen,
oder aber sie werden bei der Chlorierung freigemacht und lösen sich dann ebenfalls
in dem zur Elektrolyse bestimmten Bade oder einem 'Torbade und können aus diesem
durch geeignete Zusätze, z. B. Calciumchlorid, ausgefällt werden.
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Man kann diese Bestandteile von dem Eisenchlorid auch unter Benutzung
des Umstandes trennen, daß sie verschieden flüchtig sind, auch kann man beide Verfahren
zugleich anwenden. Andere Verunreinigungen des Eisens, insbesondere die metallischer
Art, wie beispielsweise Mangan, werden in Chloride umgewandelt, die bei der Temperatur
des Verfahrens im allgemeinen noch nicht flüchtig sind.
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Die erdigen Beimengungen des Eisens, Kieselsäure und Tonerde, werden
bei den in Frage kommenden Temperaturen vom Chlor nicht angegriffen und bleiben
beim Chlorieren des Erzes ungelöst zurück.
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Das entstehende Eisenchlorid sublimiert oder verdampft bei verhältnismäßig
niedriger Temperatur, so daß es möglich ist, ohne verwickelte Vorkühleinrichtungen
die beim Chlorieren des Erzes entstehenden Eisenchloriddämpfe in dem für die Durchführung
der Elektrolvse bestimmten Wasser zu lösen.
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Die Reinigung des bei diesem Prozeß oder auch bei jenem, bei dem das
Chlor nicht im Überdruck zugeführt wird, im Kreislauf geführten Chlors, das im besonderen
auch durch Elektrolyse frei wird, kann auf einfache Weise erfolgen, indem man es
in besonderen Kammern ausfriert. Da das auf diese Weise gereinigte Chlor in Gasform
dem Prozeß wieder zugeführt werden soll, braucht man nur die Kammern zu erwärmen.
Man kann dann je nach den Abmessungen und den in den Kammern vorhandenen, rechnungsmäßig
oder erfahrungsgemäß bestimmbaren Chlormengen die Erwärmungstemperatur der Kammern
so wählen, daß sich sofort der Druck des gasförmigen Chlors ergibt, der für die
Durchführung des Verfahrens erwünscht ist.
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Soll beispielsweise dieser Betriebsüberdruck 1,5 Atm. betragen, so
wird eine Temperatur von etwa 15 bis 2o° ausreichen. Man kann auch diesen Auftauprozeß
so leiten, daß das Chlor von vornherein mit erhöhter Temperatur bzw. mit der zur
Durchführung dieses Teiles des Verfahrens notwendigen Temperatur zugeführt wird.
Es kann so ohne weiteres erreicht werden; daß auch ohne besondere Hilfseinrichtungen,
wie Pumpen u. dgl., der erforderliche Betriebsdruck ;ich sofort ergibt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist deshalb im Betrieb billig, weil
nicht nur, wie auch bei bekannten Chlorierungsverfahren, das Chlor im Kreislauf
verwendet werden kann, sondern auch die. erforderlichen Temperaturen verhältnismäßig
niedrig sind, so ttaß sich die Verwendung von Brennstoffen bzw. Elektrizität in
engen Grenzen hält.