DE628098C - Verfahren zur Chlorierung von eisenhaltigen Erzen mit Gasen - Google Patents

Verfahren zur Chlorierung von eisenhaltigen Erzen mit Gasen

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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/02Roasting processes
    • C22B1/08Chloridising roasting

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Description

  • Verfahren zur Chlorierung von eisenhaltigen Erzen mit Gasen Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Chlorierung von eisenhaltigen Erzen mit Gasen.
  • Es ist schon vielfachvorgeschlagenworden, Eisenerze zu chlorieren, jedoch sind die bekannten Verfahren nicht geeignet, die Chlorierung in großem Maßstabe technisch durchzuführen. Vor allem besteht eine Schwierigkeit schon darin, daß die Behälter, in denen die Aufarbeitung der Eisenerze durch Chlorierung erfolgt, aus einem indifferenten, chemisch unangreifbaren Baustoff bestehen und es daher außerordentlich schwierig ist, die Wärme durch die Gefäßwandung hindurchzuführen, weil die die Gefäßwandung bildenden Stoffe in der Regel auch wärmeisolierend sind. Man hat daher versucht, die Beschikkung zu erwärmen, und hat die vorgewärmte Beschickung für .die Durchführung des Verfahrens benutzt.
  • Bei jenen bekannten Verfahren handelt es sich jedoch um exotherme Reaktionen, bei denen durch Zufügung geeigneter Reaktionsmittel die für den Verlauf des Verfahrens erforderliche Wärme innerhalb des Reaktionsraumes erzeugt wird. Handelt es sich jedoch wie bei der Chlorierung von Eisenerzen um endotherme Reaktionen, so versagt der Vorschlag, die Wärme mittels der Beschickung in den Reaktionsraum zu bringen, weil bei der Chlorierung von Erzen die Erze ihre Stückform behalten müssen, so daß also die Temperaturen, mit denen die Erze in den Reaktionsraum gebracht werden können, zu niedrig sind, als daß die für die Durchführung der Reaktion erforderliche Wärme in ausreichender Menge frei werden könnte.
  • Gemäß der Erfindung ergibt sich nun ein wertvolles Verfahren, das sich im besonderen im technischen Großbetrieb durchführen läßt und das es gestattet, mit außerordentlich geringen Gestehungskosten auch minderwertige Eisenerze aufzuarbeiten. Gemäß der Erfindung wird die gesamte für das endotherme Verfahren. iertorderliche Reaktionswärme mittels reines Chlorstromes oder Stromes von chlorhaltigen Gasen oder Chlorverbindungen zugeführt.
  • Durch geeignete Erwärmung des Chlorierungsmittels kann man erreichen, daß der chlorhaltige Strom infolge seiner Erhitzung keine Komponenten mit sich führt, die den dynamischen Gleichgewichtszustand stören. So kann man beispielsweise entweder dem Chlorstrom erhitzte Gase beimengen, die indifferent gegen den Reaktionsverlauf sind, oder man kann zur Erwärmung des Chlorierungsmittels diese Gase über einen bei der Erhitzungstemperatur gegen Chlor oder seine Verbindungen oder Gemische indifferenten Stoff :leiten..
  • Diese Arbeitsweise ist sowohl für das vorliegende Verfahren als auch für jedes andere `Chlorierungsverfahren von erheblicher Bedeutung. Wird nämlich bei diesem oder bei einem sonstigen Chlorierungsverfahren mit einem hocherhitzten Chlorstrom, z. B. von iooo° C und darüber, gearbeitet, so bestand seither die Schwierigkeit in .der hohen Reaktionsfähigkeit des Chlors,- weil dieses nämlich die meisten Stoffe, zumal in Gegenwart von Kohle, Kohlenstoflverbindungen oder anderen organischen Stoffen angreift. Aber auch in Abwesenheit dieser Stoffe ist bei hohen Temperaturen keramisches Material, gleichgültig welcher Art, dem Angriff durch. Chlor auf die Dauer nicht gewachsen, ganz abgesehen davon, daß es nur mit großen Wärmeverlusten und somit hohen Betriebskosten möglich ist, die für die Erhitzung des Chlorstromes erforderliche Wärme durch den in der Regel hoch wärmeisolierenden keramischen Baustoff zuzuführen. Da diese Stoffe außerdem gegen Temperaturschwankungen außerordentlich empfindlich sind, liegt die Gefahr vor, daß Sprünge und Risse, wenn auch nur in sehr feiner Form, auftreten, die das Chlor nach außen entweichen lassen und so das Bedienungspersonal gefährden.
  • Diese Nachteile entfallen sämtlich, und es ergibt sich ein außerordentlich wirtschaftliches Heizverfahren, wenn das Chlorierungsmittel über einen erhitzten, bei der Erhitzungstemperatur gegen die chlorhaltigen Gase indifferenten Stoff geleitet wird. .Als besonders vörteilhaft erweist es "sich; das Chlor oder die chlorhaltigen Gase über elektrisch geheizte Kohle zu leiten. Die Erfinder haben nämlich festgestellt, daß entgegen der in der Fachwelt herrschenden Auffassung die Aufheizung von Chlor an glühender Kohle ohne vüeiberes möglich ist, und zwar 'ohne daB Verbindungen zwischen Chlor und Kohle auftreten, wenn -man. nur dafür Sorge trägt, daß Luft oder sonstige Stoffe, insbesondere Wasserdampf, nicht anwesend sind. Maxi kann dann Chlor und Kohle bis zu Tempeiaturen des Lichtbogens im Kontakt lasse, ohne daß irgendwelche störenden Reaktionen auftreten.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung soll an einem Beispiel erläutert werden.
  • Wird beispielsweise das Eisenoxyd durch Zuführung von Chlor aufgearbeitet, so lautet das Massenwirkungsgesetz wie folgt: 2 F% 03 -%' 6 C4 -Z-:h 4 Fe C13 -% 3 02. (I) Es ist also für den dynamischen Gleichgew ichtszustand, d. h. dafür, daß das Verfahren ungestört vor sich geht, wesentlich, daß keinerlei Komponenten vorhanden sind, die zu 'einem anderen Reaktionsergebnis führen. Dies ist dann der Fall, wenn man entweder als die- Wärme zuführende Gase solche benutzt, die indifferent gegen die Reaktionskomponenten sind, oder solche, die zwar als Komponenten der Massenwirkungsformel dienen, die aber gegen die übrigen Komponenten so abgestimmt sind, daß der Gleichgewichtszustand erhalten bleibt. Würde man beispielsweise erwärmten Sauerstoff zuführen, so ist ersichtlich, daß die Gefahr einer Reaktion zwischen Sauerstoff und dem Eisenchlorid eintritt, die den Gleichgewichtszustand ändert. Es kann aber ohne weiteres ein Überschuß von Chlorgas zugeführt werden, da das Chlor allenfalls neues Eisenchlorid bilden kann, ohne im übrigen den Verlauf des Verfahreng zu stören: Man kann also erwärmtes Chlorgas zuführen oder ein anderes indifferentes Gas; wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxyd.
  • Wird das Chlorierungsverfahren mittels Chlorwasserstoff durchgeführt oder handelt es sich um ein Chlorierungsverfahren mit Chlor, bei dem das Erz feucht ist, beispielsweise grubennaß, so verlaufen die Vorgänge nach folgender Gleichung: Fee 03 + 6 H C L 2 Fe C13 + 3 Hz O (3) während das Massenwirkungsgesetz für diesen Fall durch die Gleichung dargestellt ist.
  • Im Fall der Chlorierung mittels Ch!orwasserstoff verläuft das Verfahren im Sinne des nach rechts gerichteten Pfeiles, während bei der Chlorierung von nassem Erz mittels Chlor das Verfahren im Sinne des nach links gerichteten Pfeiles der Gleichung. (3) vor sich geht. In beiden Fällen kann wiederum die Heizung mittels eines Gases erfolgen, das indifferent gegen -die Reaktionskomponenten ist., also wiederum beispielsweise mittels Stickstoff, Kohlendioxyd, die; wie oben beschrieben, dadurch erhitzt werden können, daß sie über einen erhitzten, gegen sie indifferenten Stoff geleitet werden. Es kann aber auch ein Gas verwendet werden, das eine Komponente der Massenwirkungsformel darstellt, aber in bezug auf ihre Menge gegen die übrigen Komponenten der Massenwirkungsformel (Gleichung 4) so abgestimmt ist, daß der dynamische Gleichgewichtszustand erhalten bleibt, daß also das Verfahren im erwünschten Sinne verläuft.
  • Man kann also bei der Aufarbeitung von nassem Erz durch Chlorierung mittels Chlor erwärmtes Chlorwasserstoffgas als Heizmittel, bei der Chlorierung mittels Chlorwasserstoffgas dagegen als Heizmittel erwärmtes Chlor zuführen. In beiden Fällen wird die Menge des Zuschusses an Chlorwasserstoffgas bzw. Chlor zweckmäßig so gewählt, daß das durch das Massenwirkungsgesetz gegebene Gleichgewicht erhalten bleibt, daß also der relative Bestandteil an Wasser in der Formel (q.), bezogen auf die übrigen Bestandteile, sich nicht ändert, so daß eine Zersetzung des Ferrichlorids durch das Wasser nicht reintritt, daß vielmehr durch die Zuführung von Chlor oder im anderen Falle von Chlorwasserstoff das Wasser zwar dazu beiträgt, die erwünschte Umsetzung von Eisenoxyd in Ferrichlorid herbeizuführen, daß aber die bei der ausschließlichen Verwendung von Salzsäure auftretende Zersetzung des Ferrichlorids in das schwer flüchtige Ferrochlorid oder in Eisenoxychlori:de vermieden wird. Die Trocknung der Erze kann somit beliebig weit getrieben werden. Zweckmäßig wird ein gewisser Rest von Wasser bei der Durchführung des Verfahrens beibehalten, da dieses Wasser den Verlauf des Prozesses auf Grund einer katalytischen Wirkung begünstigt. An Stelle des Wassers als Katalysator können auch in weiterer Ausbildung der Erfindung, wie überhaupt für beliebige Verfahren zur Chlorierung von eisenhaltigen Erzen, andere Katalysatoren verwendet werden, und zwar dienen als Katalysatoren solche gegen die Komponenten des Verfahrens indifferente Verbindungen von Elementen, wie des Siliciums oder des Aluminiums, die Säureradikale bilden können. Außer den Aluminium- und Siliciumverbindungen können auch gewisse Eisenverbindungen in Frage kommen.. Die Siliciumverbindung kann beispielsweise in der Form von Siliciumdioxyd Verwendung finden, das Aluminium beispielsweise in seiner Verbindung Aluminiumoxyd oder in Form eines oder mehrerer seiner Silicate.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Katalysatoren in einem bei der Reaktionstemperatur -festen Gelzustand verwendet, beispielsweise in der Form, daß die Auskleidung des Reaktionsraumes aus geeigneten Aluminium- oder Silicium- oder ähnlichen Verbindungen besteht.
  • Um die Wärmewirtschaft des Verfahrens wirtschaftlich zu leiten,_kann zur Erwärmung der zugeführten Gase der Wärmeinhalt der aus dem Reaktionsraum tretenden Gase ausgenutzt werden, indem die Leitungen für die zur Durchführung des Verfahrens zugeführten Gase mit den Leitungen für die abgeführten Gase nach dem bekannten Gleichstrom-oder Gegenstromprinzip geführt sind.
  • Um den Durchgang der Gase durch das zu behandelnde Erz zu erleichtern, schichtet man vorzugsweise das Erz in großen und kleinen Stücken zugleich, ,oder auch in Stücken voneinander abweichender chemischer Angreifbarkeit, so daß das zunächst angegriffene Material beispielsweise größerer chemischer Angreifbarkeit oder relativ größerer Oberfläche den Angriff auf das weniger angreifbare Material erleichtert.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Chlorierung von eisenhaltigen Erzen mit Gasen, dadurch gekennzeichnet; daß die gesamte Reaktionswärme mittels eines aus Chlor oder chlorhaltigen Gasen oder Chlorverbindungen bestehenden torerhitzten Gasstromes zugeführt wird. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erwärmung der Gase diese über einen bei der Erhitzungstemperatur gegen das Chlorierungsmittel indifferenten Stoff, z. B. über elektrisch geheizte Kohle, geleitet werden. 3. Verfahren zur Chlorierung von eisenhaltigen Erzen im besonderen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in Gegenwart von gegen die Komponenten des Verfahrens indifferenten Verbindungen solcher Elemente, z. B. Silicium, Aluminium, als Katalysatoren durchgeführt wird, die Säureradikale bilden können. q.. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoren bei der Rleaktionstemperatur im festen Gelzustand sind.
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