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Verfahren zur Aufbereitung von oxydischen Eisenerzen u. dgl. Ausgangsstoffe
für die Eisengewinnung, die in natürlichem Zustand nur schwach paramagnetisch sind
Bekanntlich sind gewisse oxydische Eisenerze in natürlichem Zustand so schwach paramagnetisch,
daß sie entweder gar nicht oder nur unter Benutzung starkmagnetischer Erzscheider
auf magnetischem Wege aufbereitet werden können. Solche- Erze sind beispielsweise
die Eisenerze der Typen Fe203 (Eisenglanz, Blutsteine, Hämatite usw.), Fe02C0 (Spateisenstein)
und 2 Fe203, 3 H20 (Hydrateisenerze). In gleicher Weise verhalten sich Kiesabbrände
und Purpleore, die im wesentlichen aus Eisenoxyd (Fe203) bestehen. Lichtstaub, der
für gewöhnlich alle Oxydationsstufen des Eisens enthält, ist nur in geringem Grade
magnetisch. Da die magnetische Aufbereitung. solcher Erze mit starkmagnetischen
Erzscheidern ziemlich teuer ist und oft kein befriedigendes Resultat liefert, wurden
bis jetzt für gewöhnlich andere Aufbereifungsmethoden für sie benutzt, oder sie
wurden durch Erhitzung unter Luftabschluß in Anwesenheit einer entsprechenden Menge
Kohle mehr oder weniger vollständig in Eisenoxyduloxyd (Fe3 O4) reduziert, wodurch
sie genügend paramagnetisch wurden, um auf schwachmagnetischen Erzscheidern behandelt
werden zu können. Die Erfahrung zeigt, daß im letzteren Falle mindestens die Hälfte
des Erzes in Eisenoxyduloxyd übergeführt werden muß, damit zufriedenstellende Resultate
gewonnen werden. Ein solcher Reduktionsprozeß verbraucht verhältnismäßig viel Kohle
(etwa 3 bis 5 °/o des Erzgewichtes für die Reduktion selbst) und erfordert eine
verhältnismäßig lange Behandlungszeit und hohe Temperatur, weshalb die Methode nur
ausnahmsweise ausgeübt wird. Es ist auch vorgeschlagen worden, die Reduktion mit
Hilfe von reduzierenden Gasen auszuführen, um das gewünschte Resultat schneller
und bei niedrigerer Temperatur zu erreichen, die Herstellung solcher Gase stellt
sich aber teuer.
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Es ist ferner bekannt, Eisencarbonaterze durch einfache Erhitzung
unter Luftabschluß, gegebenenfalls unter Beimengung einer geringen Menge Kohle oder
Koksstaub, in ein hochmagnetisches Produkt umzuwandeln. Es findet dabei eine Zersetzung
des Eisencarbonates nach der Gleichung 3 Fe C 03 = Fei 04 + C O + -2 C 02 statt,
d. h. es werden Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd unter Bildung von magnetischem Eisenoxyduloxyd
abgeschieden. Die Anwendung diesesVerfahrens aufHydraterze und andereArten von Eisenerzen
ist dabei bereits vorgescnlagen worden. Jedoch hat sich dieses Verfahren in der
Praxis nicht bewährt, indem die Zersetzung nicht gleichförmig erfolgt, weshalb auch
nicht ein gleichförmiger Magnetismus erreicht wird.
In der Praxis
werden daher die Carbonaterze meistens bei reichlicher Luftzufuhr geröstet, wobei
jedoch ein nichtmagnetisches Eisenoxyd erhalten wird. -Die Erfindung bezweckt, die
Aufbereitung der Eisenoxyderze und sonstiger die obengenannten Eisensauerstoffverbindungen
enthaltenden- Stoffe auf schwachmagnetischen Erzscheidern zu ermöglichen, ohne daß
eine vorhergehende Reduktion stattfindet, indem eine starkmagnetische Form des Eisenoxyds
(Fe203) erzeugt wird. Es ist durch einzelne Funde in der Natur bekannt, daß das
Eisenoxyd in solcher Form existieren kann; die bisherigen Versuche, das gewöhnliche
unmagnetische Eisenoxyd in eine solche Form zu bringen, sind indessen ohne Erfolg
geblieben. Es wurde nun gefunden, daß eine Aufmagnetisierung der natürlich unmagnetischen
Eisenoxyderze derart, daß sie auf einem schwachmagnetischen Erzscheider aufbereitet
werden können, durch mäßiges Erhitzen des Erzes in einer im wesentlichen neutralen
Atmosphäre unter Vermeidung von Reduktionswirkungen erreicht werden kann. Auch die
Hydraterze lassen sich in der gleichen Weise aufmagnetisieren, indem sie bei der
Erhitzung zunächst ihren Wassergehalt abgeben und in Eisenoxyd verwandelt werden,
das dann durch die fortgesetzte Erhitzung in einer neutralen Atmosphäre starkmagnetische
Eigenschaften erhält. Die Spateisenerze werden erfindungsgemäß derart behandelt,
daß sie zunächst in bekannter Weise bei reichlicher Luftzufuhr calciniert werden,
bis das Kohlendioxyd größtenteils abgetrieben und die Eisenverbindung in Fe,
0, verwandelt worden ist, und dann unter Luftabschluß in einer im wesentlichen
neutralen Atmosphäre weiter erhitzt werden, wobei das Material starkmagnetische
Eigenschaften erhält, ohne daß seine chemische Zusammensetzung weiter geändert wird.
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Es ist für die Erreichung der erstrebten Wirkung genügend, daß das
Eisenoxyd oder das Eisenoxyderz für kurze Zeit (etwa 1/4 bis 1/2 Stunde) auf etwa
60o ° C in einer praktisch neutralen, d. h. von oxydierenden und reduzierenden Stoffen
praktisch freien Atmosphäre erhitzt wird. Um eine geeignete Atmosphäre zu erreichen,
muß der zwischen den Erzteilchen anwesende freie Luftsauerstoff entfernt werden,
weil dieser Luftsauerstoff auf die Aufmagnetisierung hindernd einwirkt. Es hat sich
herausgestellt, daß die besten Resultate gewonnen werden, wenn die Erhitzung des
Eisenoxyds in Anwesenheit einer derart geringen Brennstoffmenge (z. B. 1/4 bis 1/2
Gewichtsprozent) stattfindet, daß die daraus bei der Erhitzung entwickelten Gase
gerade genügen, um den zwischen den Erzteilchen vorhandenen Luftsauerstoff zu binden
oder auszutreiben, daß dagegen keine wesentliche Reduktion des Erzes zustande kommen
kann. Gewisse Erze, besonders die Hydraterze, enthalten schon an sich die hierfür
erforderlichen Mengen an organischen Stoffen, so daß die genannte Wirkung ohne einen
besonderen Zusatz erreicht werden kann. Die Erhitzung geschieht zweckmäßig auf indirektem
Wege, jedoch kann die Erhitzung auch direkt durch Gasverbrennung im Erz oder oberhalb
des Erzes erfolgen, wenn die Luftzufuhr derart geregelt wird, daß die Erhitzung
in einer praktisch neutralen, d. h. weder oxydierenden noch reduzierenden Atmosphäre
stattfindet. Auch in diesem Falle kann es vorteilhaft sein, das Erz mit einer geringen
Menge eines vergasbaren Brennstoffes zu mischen, da es sonst Schwierigkeiten bieten
kann, eine sauerstofffreie Atmosphäre zu erzeugen. Die Abkühlung des erhitzten Materials
kann in der Luft durchgeführt werden, ohne daß eine Veränderung des erreichten hohen
Paramagnetismus eintritt.
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Bei Abkühlung in der Luft wird das etwa in geringer Menge gebildete
Eisenoxyduloxyd in Eisenoxyd übergeführt. Wenn diese Abkühlung gemäß dem Gegenstromprinzip
und nicht allzu schnell stattfindet, wird das Material im allgemeinen kräftiger
magnetisch, als wenn die Abkühlung ohne Luftzutritt oder in Wasser stattfindet.
Bei den bekannten Prozessen, bei denen das Eisenoxyd durch Reduktion mehr oder weniger
vollständig in eine niedrigere Oxydationsstufe übergeführt und dadurch aufmagnetisiert
wurde, sollte dagegen eine Abkühlung in der Luft vermieden werden, indem das behandelte
heiße Material bei der Berührung mit der Luft wieder schnell oxydiert wurde und
dadurch seine erreichten magnetischen Eigenschaften wieder verlor. Die für die Kühlung
benutzte und dadurch. erhitzte Luft kann zweckmäßig als Verbrennungsluft für den
Brennstoff, der zu der Erhitzung oder Vorwärmung des zu behandelnden Erzes verbraucht
wird, benutzt werden, wodurch eine beträchtliche Ersparnis an Brennstoff erzielt
wird.
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Daß das gemäß der Erfindung gewonnene Resultat nicht auf einer chemischen
Veränderung des Eisenoxyds (Fe2O3) beruht, geht sowohl aus der chemischen Analyse,
die im wesentlichen unveränderte chemische Zusammensetzungen zeigt, als auch aus
röntgenspektographischen Untersuchungen hervor, welche letzteren ergeben haben,
daß das Material die rhomboedrische Kristallform des Eisenoxyds beibehalten hat.
Ein gemäß der Erfindung behandeltes Minetteerz enthielt 73,10°/o Fe203 und 2,o60/,
Fe0, ein anderes Erz enthielt 76,o6°/, Fe203 und 1,5q.0/0 Fe0, beide waren aber
stärker paramagnetisch als die Magneteisensteine. Ein Oolitherz zeigte nach der
Behandlung bei der Analyse einen Gehalt von 74,q.0/, Fe203 und nur Spuren
von
Fe0. Bei mikroskopischer Untersuchung wurde festgestellt, daß das Mineral umkristallisiert
worden war, so daß sich Eisenglanz gebildet hatte. Dieses Erz war besonders kräftig
paramagnetisch und hatte nach der magnetischen Scheidung sogar remanenten Magnetismus
erhalten.
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Wenn Oxyderze (Fe203) oder Hydraterze (Fe203 -- 3 H20) erfindungsgemäß
behandelt werden sollen, kann der Prozeß beispielsweise in einem Etagenofen (Herreshoff-Ofen
oder Wedge-Ofen) ausgeführt werden. Das Erz wird in gewöhnlicher Weise auf die oberste
Etage aufgegeben und wird mit Hilfe der rotierenden Rührarme von einer Etage nach
der folgenden gefördert. Die hauptsächlichste Erhitzung findet auf der untersten
Etage oder den untersten Etagen durch Verbrennung von Gas mittels einer derart geregelten
Luftzufuhr statt, daß dort eine praktisch neutrale Atmosphäre erhalten wird. Auf
der obersten Etage wird die Grubenfeuchtigkeit, und auf der nächstfolgenden das
etwa vorhandene Hydratwasser entfernt. Die unterste Etage oder die untersten Etagen
können als '.Muffel ausgeführt werden. In solchem Falle wird die Erhitzung des Materials
für die eigentliche Aufmagnetisierung eine indirekte, nur die Vorwärmung findet
durch direkte Erhitzung statt. Es soll dabei beachtet werden, daß die Atmosphäre
in den Muffeln durch die Bindung des Luftsauerstoffes möglichst neutral gehalten
wird, während die Atmosphäre auf den Vorwärmungsetagen neutral oder oxydierend sein
kann.
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Wenn Spateisenerze (Fe C03) gemäß der Erfindung behandelt werden,
kann die Calcinierung entweder für sich oder in demselben Ofen wie die Aufmagnetisierung
ausgeführt werden. Wenn auch in diesem Falle ein Etagenofen verwendet wird, wird
auf der untersten Etage bzw. den untersten Etagen derart gefeuert, daß dort eine
praktisch neutrale Atmosphäre erhalten wird. Auf einer oder mehreren der darüber
befindlichen Etagen wird Luft zwecks Erleichterung der Austreibung der Kohlensäure
und für die Oxydation des Erzes eingeführt. Hier kann auch gleichzeitig eine entsprechende
Menge eines brennbaren Gases eingeführt werden, wenn die Wärme der Verbrennungsprodukte
von den untersten Etagen zur Austreibung der Kohlensäure nicht genügen sollte. Es
hat sich jedoch herausgestellt, daß eine vollständige Austreibung der Kohlensäure
nicht erforderlich ist, was ein Vorteil ist, da der Brennstoffverbrauch sonst sehr
groß werden würde.
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Gichtstaub enthält für gewöhnlich so viel Kohlenstoff, als für die
Reduktion des gesamten darin enthaltenen Eisenoxyds in Eisenoxyduloxyd erforderlich
wäre. Bei der Behandlung solchen Materials gemäß der Erfindung wird eine so kurze
Behandlungszeit und so niedrige Temperatur benutzt, daß das darin vorhandene Eisenoxyd
in die paramagnetische Modifikation umgewandelt wird, ohne daß eine wesentliche
Reduktionswirkung eintritt, weshalb der Kohlenstoff nur in geringem Grade, und zwar
zur Bindung des zwischen den Erzteilchen befindlichen Luftsauerstoffs verbraucht
wird. Eine vorteilhafte Weise zur Ausnutzung des Kohlenstoffgehaltes des Gichtstaubes
besteht in der Verwendung des Gichtstaubes als Zusatz zu anderen nicht kohlenstoffhaltigen
Erzen in solcher Menge, daß das Gemisch einen Kohlenstoffgehalt von z. B. 1/1 bis
1/2 Gewichtsprozent erhält, worauf das Gemisch erfindungsgemäß behandelt wird.
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Für die Erhitzung kann statt des obenerwäh.nten Etagenofens irgendwelche
geeignete Ofenkonstruktion benutzt werden. Da die Temperatur nicht besonders hoch
sein muß, kann der Ofen gänzlich oder größtenteils aus Eisen bestehen.
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Es ist nicht erforderlich, das Erz vor der Erhitzung fein zu zerkleinern,
indem keine chemische Einwirkung stattfinden soll. Nach der Umwandlung des Erzes
in einen paramagnetischen Zustand wird das Erz entsprechend fein zerkleinert und
dann auf einem gewöhnlichen schwachmagnetischen Erzscheider separiert. Bei ausgeführten
Versuchen sind Eisenoxydmaterialien gewonnen worden, die stärkeren Paramagnetismus
als Magneteisenstein aufwiesen. Das Eisenausbringen bei der Aufbereitung auf einem
schwachmagnetischen Erzscheider betrug 95 bis g7,5 °; o.