DE831831C

DE831831C - Verfahren und Vorrichtung zum magnetisierenden Roesten von eisenhaltigen Erzen

Info

Publication number: DE831831C
Application number: DEE1798A
Authority: DE
Inventors: Percy Hoke Royster
Original assignee: Erie Mining Co
Current assignee: Erie Mining Co
Priority date: 1946-11-19
Filing date: 1950-07-16
Publication date: 1952-02-18

Description

Verfahren und Vorrichtung zum magnetisierenden Rösten von eisenhaltigen Erzen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum magnetisierenden Rösten von eisenhaltigen Erzen oder Erzgut, die ursprünglich wesentliche Mengen von verhältnismäßig unmagnetischen Eisenoxydverbinduiigen enthalten. Insbesondere befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einem verbesserten Verfahren und einer Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Eisenerzen, die der magnetischen Konzentrierung dieser Erze vorausgeht.
Aufgabe der Erfindung ist, ein thermisch wirksames und wirtschaftliches Verfahren aufzufinden, um geringwertige Eisenerze und andere verwandte Mineralien, wie z. B. inanganhaltige Eisenerze" nichtmetallurgische Clironierze und andere gemeinhin als eisenhaltig bezeichnete Erze, deren Eisen-Bestandteile verhältnismäßig unmagnetisch sind, magnetisierend zu rösten. Durch die 'erfindungsgemäß vorgeschlagene Wärmebehandlung sollen die von Natur aus unmagnetischen Mineralien für die magnetische Konzentrierung vorbereitet werden. Dies geschieht dadurch, daß nicht mehr als ein Neuntel des im Ferrioxyd gebundenen Sauerstoffs entfernt wird, d. h. das Verfahren ist geeignet, das ursprüngliche Ferrioxyd im wesentlichen zu Magnetit zu reduzieren, wobei jedoch besondere -Maßnahmen getroffen sind, daß eine Überreduktion, d. h. eine Reduktion über eine niederere Oxydationsstufe als Fei 04 hinaus und die Bildung von Fe 0 oder metallischem Eisen(-schwamm) nur in einem möglichst geringen Umfang eintreten kann. Gemäß vorliegender Erfindung bewegt sich das Mineralgut auf Grund der Schwerkraft abwärts durch eine erste Kammer und eine mit dieser verbundene zweite Kammer. Auf seinem Abwärtsweg durch die erste Kammer wird das Mineral entwässert und auf die Reaktionstemperatur erhitzt. Darauf werden alle oder nahezu alle verhältnismäßig unmagnetischen Eisenoxydteile des Mineralguts durch Einwirkung eines reaktionsfähigen Gases, das durch das Mineralgut und diesem entgegenströmt, und dessen Zusammensetzung später beschrieben wird, zu Magnetit reduziert. Das. heiße Mineralgut wandert dann aus der ersten Kammer in die zweite Kammer, in der es auf seinem Abwärtsweg durch das entgegenströmende, ursprünglich verhältnismäßig kalte Gas abgekühlt wird. Zweckmäßig verwendet man als erste und zweite Kammer dieses Verfahrens die obere und und untere Kammer eines im wesentlichen vertikalen Schachtofens, in dem diese beiden Kammern durch ein Mittelteil mit kleinerem Querschnitt miteinander verbunden sind.
Ein wesentliches -Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Ofen so konstruiert ist, daß ein großer Teil des Gases nach seinem Aufwärtsweg durch die untere Kammer von dieser abgezweigt und durch einen Verbrennungsraum geleitet wird, wo das Gas durch dauernde Heizstöffverbrennung aufgeheizt wird. Nach dieser Auflieizung tritt das Gas am Boden der oberen Kammer in diese ein und strömt dem sich dort abwärts bewegenden Erzgut unter thermischer und chemischer Einwirkung entgegen.
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Reduktion unter thermodynamischkontrollierten Bedingungen durchgeführt wird. Die Ferrioxydanteile des Erzgutes werden der chemischen Einwirkung eines reaktionsfähigen Gases unterworfen, dessen Zusammensetzung und CO Z- und CO-Gehalt sorgfältig derart geregelt wird, daß Fe.. 04 die einzige stabile Phase in dem quaternären System Fe-C-H-O ist. Ferrioxy(1 (Fe203) kann dann durch das reaktionsfähige Gas nur zu F e;3 04 reduziert werden, und eine Überreduktion zu Fe0 und Fe ist chemisch unmöglich, ganz gleichgültig, wie groß die Menge des verwendeten reaktionsfähigen Gases, wie hoch die Gastemperaturoderwie lange und innig die Berührung zwischen (lern Gas und dem Erzgut ist. Um das gewünschte Hrgebnis zu erhalten, läßt man einen großen Teil des Gases, das nach dem Durchgang durch die beiden aufeinanderfolgenden Kammern aus der oberen Kammer austritt, am unteren Teil der unteren Kammer in das Kammersystem wieder eintreten, nachdem es von suspendiertern Staub und überschüssiger Feuchtigkeit befreit und gekühlt worden ist. Zur Regenerierung dieses Gases werden folgende Maßnahmen durchgeführt: 1. Ein Teil des aus der oberen Kammer austretenden Gases wird ins Freie abgelassen; 2. dem übrigen Gas wird eine bestimmte Menge eines Reduziergases hinzugefügt und so ein angereichertes Trägergas erhalten, das durch die untere Kammer aufwärts getrieben wird; 3. nach dem Durchgang durch die untere Kammer wird der größere Teil des Gases aus dem Erzgut heraus in eine Verbrennungskammer geführt; 4. in die Verbrennungskammer wird ein geeigneter Heizstoff, wie z. B. 01, Naturgas, Kokspulver, Hochofengas, Koksofengas oder ein anderer industrieller Heizstoff eingeführt; 5. gleichzeitig wird eine begrenzte b,lenge Luft eingeführt, die so bemessen ist, daß sie möglichst genau gerade genügend Sauerstoff liefert, um die brennbaren Teile des Heizstoffes in Kohlendioxyd und Wasser zu verwandeln, ohne daß Sauerstoff übrigbleibt, und 6. das aus der Verbrennungskammer strömende Gas wird in die obere Kammer an deren Boden wieder eingeleitet.
Die Durchführung des beschriebenen Verfahrens und eine hierfür geeignete Apparatur werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, welche eine vorteilhafte Ausführungform der Apparatur schematisch, teilweise im Schnitt darstellt. Das zirkulierende Trägergas wird durch (las Motorgebläse 1 angetrieben, in welches es durch Rohr 43 eintritt. Durch das Kaltgaseintrittsrohr 2 strömt es in das Wulstrohr 3, das um die untere Reaktionskammer herumläuft. Durch (las Rohr 31 strömt eine bestimmte, durch (las Ventil 43a geregelte Menge Reduziergas aus einer nicht gezeichneten Quelle in das Eintrittsrohr 2 und mischt sich vor dem Eintritt in das Wulstrohr 3 mit dein zirkulierenden Trägergas unter Bildung des angereicherten Trägergases. Eine größere Zahl kreisförmig um die Kammer 5 herum angeordneter Öffnungen ermöglicht den Eintritt des angereicherten Trägergases aus dem Wulstrohr 3 in den ringförmigen Leerraum 4 innerhalb der Kammer 5, aus welchem das Gas der Säule des sich durch 5 nach unten bev@egenden Erzgutes entgegenströmt. Die Kammer 5 enthält an ihrem oberen Teil einen Leerraum 6, der als Gassammelraum dient, um das durch die Erzgutsäule in 5 aufwärts steigende Gas aufzunehmen. Das Gas strömt dann aus dem Raum 6 durch das Übergangsrohr g in die Verbrennungskammer i o. wo seine Temperatur (furch Verbrennung des in der Kammer befindlichen lfeizstoffes auf eine geeignete flöhe gebracht wird. Das so erhaltene aufgeheizte und angereicherte Trägergas strö tlit aus der Verbrennungskammer durch Rohr 1 r in das Wulstrohr 12, das um die obere Kammer 16 an deren Boden herumläuft. Eine größere Zahl kreisförmig angeordneter und theriniseh isolierter Blasrohre 13 ermöglicht den Zugang des Gases aus dein Wulstrohr 12 in den Leerraum 14, der in Ringform am unteren Teil der Kammer 16 liegt. Das aus 17 abströmende verbrauchte Gas durchquert die Beschickungsoberfläche 18 an der Spitze der Säule 17 und tritt in den Leerraum 1g ein, der am oberen Teil der Kammer 16 angeordnet ist und als Gassammelraum dient.
Das verbrauchte Trägergas verläßt den Raum 1d durch das Auslaßrohr 25. Auf seinem Weg durch den Staubabscheider 26 wird es von mitgerissenen festen Stoffen, wie z. B. Staub und Rauch, befreit. Es strömt dann weiter durch das Reingasrohr 27 in den Kühler oder Gaswäscher 28, wo seine Temperatur gesenkt und überschüssige Feuchtigkeit entfernt wird. Werden Erze verarbeitet, die große Mengen feinsten Staubes erzeugen, so kann es vorteilhaft :ein, einen elektrostatischen Cottrellabscheider in (lern Ri.icklaufgaskreis 25, 26, 27, 28 und 29 einzuhauen.
Das verbrauchte Gas strömt jetzt kühl und sauber aus dem Wäscher 28 durch die Rohre 29 und 43 zu dem Einlaßrohr des Gebläses i. Durch das mit Ventil versehene Rohr 30 wird so viel Gas abgelassen, daß der Druck innerhalb des geschlossenen Kreislaufsystems dauernd auf gleicher Höhe bleibt.
Das durch (las Kaltgasrohr 2 strömende Gas zeigt im allgemeinen einen CO.,-Gehalt von etwa 20 bis 25 %. Nach dem Durchgang durch die Kammer 5 enthält das durch Rohr 9 austretende Gas große 'Mengen von Kohlendioxyd und Wasser, welche dazu neigen, die Verbrennung in der Kammer io zu ersticken. Mit einem gut konstruierten Brenner, dem zur Verbrennung des Heizstoffes in der Verbrennungskammer to ein Luftstrom zugeführt wird, ist eine ordnungsmäßige Verbrennung möglich. In vielen Fällen ist es jedoch zweckmäßig, den Brenner 35 in einem abgeschirmten Teil 37 der Verbrennungskammer io anzuordnen, um so die Verbrennung in dem Hilfsraum 37 durchführen zu können. In diesem Falle wird ein Luftstrom durch Rohr 32 in das Wulstrohr 33 eingeblasen, aus welchem die Luft durch eine größere Zahl von Rohren 34 in den fiilfsraum 37 einströmt. Der Heizstoff wird in den Ililfsraum 37 mittels des wassergekühlten Brenners 35 eingeführt. Die in den Hilfsraum 37 e instriimenden Mengen Heizstoff und Luft werden durch Regulierung des Luftventils 41 und des HeizstOffveiltils 42 sorgfältig im richtigen Verhältnis gehalten, so daß mit möglichster Genauigkeit nur so viel Luftsauerstoff eingeleitet wird, als zur vollständigen Verbrennung des Heizstoffes erforderlich ist. Es ist möglich und auch zweckmäßig, diese beiden Ventile automatisch zu steuern, und zwar durch nicht gezeichnete Mundstücke in dem Luftrohr 32 und dem I teizstoffrohr 44.
Das magnetisierend zu röstende Erzgut wird durch den Einfülltrichter 23 der am Kopf der Kammer 16 befindlichen Beschickungsvorrichtung, die mit Doppeltrichter und Doppelglocke ausgestattet ist, eingeführt. Durch Öffnen der kleinen (locke 21 wird das Gut in den Gasverschlußraum 22 eingebracht, wo es auf der großen Glocke 2o lagert. In geeigneten Abständen wird die Glocke 2o gesenkt. um das Gut auf die Beschickungsoberfläche 18 der Erzgutsäule 17 in der Kammer 16 fallen zu lassen. Bei den in der Zeichnung dargestellten (locken tnit Gasverschlußraum handelt es sich um eine Beschickungsvorrichtung, wie sie auch bei Hochöfen üblich ist. In vielen Fällen können an Stelle der mit Doppeltrichter und Doppelglocke ausgestatteten Beschickungsvorrichtung gemäß Zeichnung auch irgendwelche andere der in Gaserzeugern verwendeten Beschickungsvorrichtungen, wie z. B. Kettenförderer, Bandförderer, Drehscheiben, Schautelradförderer u. dgl., verwendet werden.
Wenn in vorstehender Beschreibung von einer andauernden Abwärtsbewegung des Erzgutes in den Kammern 5 und 16 gesprochen wird, so ist dieser Ausdruck so breit zu verstehen, daß er auch eine mit regelmäßigen Unterbrechungen vor sich gehende Abwärtsbewegung des Erzgutes umfaßt, da die Gesamtwirkung in beiden Fällen die gleiche bleibt.
Die Anordnung des Gassammelraums 6 oberhalb der Erzgutsäule in der Kammer 5 ist ein wesentliches Merkmal des vorliegenden Verfahrens. Es ist zweckmäßig, diesen Raum 6 in Anbetracht des aus dem Erzgut der Kammer 5 ausströmenden Gasvolumens reichlich zu bemessen, um so einen möglichst gleichförmigen Gasstrom durch diese Kammer zu ermöglichen. Ein derartiger reichlicher Raum kann dadurch geschaffen werden, daß das feuerbeständige Rohr 7 in -den Kopf der Kammer 5 hineingelegt wird, wobei die Länge des Rohres 7 ausreicht. die obere freie Oberfläche der unteren Charge in genügendem Abstand von dem konischen Kopf 8 der Kammer 5 zu halten. Der Querschnitt des Verbindungsrohrs 7, welches hier der Isthmus genannt wird, wird im Vergleich zu dem Querschnitt der Kammern 5 und 16 zweckmäßig verhältnismäßig klein gehalten. Um die aus der Kammer 5 in die Kammer 16 über diesen Isthmus aufwärts fließende Gasmenge möglichst gering zu halten, wird der größere Teil des Gasstromes durch Rohr 9 zur Verbrennungskammer io abgeleitet.
Sollten wesentliche Gasmengen durch das Rohr 7 aufwärts in die Kammer 16 strömen, so ist zu beachten, daß dieses in den unteren Teil der Erzgutsäule 17 eintretende Gas sich bezüglich seiner Zusammensetzung wesentlich von dem Gas unterscheidet, das aus dem ringförmigen Leerraum 14 in die Erzgutsäule 17 eintritt. Sollte ein derartiger kurzgeschlossener Gasstrom aus der Kammer 5 durch den Isthmus 7 in die Kammer 16 in verhältnismäßig erheblichem Umfang erfolgen, so müßte mit bedenklichen Unregelmäßigkeiten in der Gaszusammensetzung gerechnet werden, die sich auf die Reduktion in der Kammer schädlich auswirken würden. Die genauen Ausmaße des Isthmus 7 werden im allgemeinen von der Größe der verarbeiteten Erzgutteilchen und ihren physikalischen Eigenschaften abhängen. Der Durchmesser des Isthmus sollte aber weit genug sein, um ein mechanisches Festkeilen des durch ihn hindurchwandernden Materials zu verhindern.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung dargestellt, die dazu dient, das fertige Produkt aus dem Boden der Kammer 5 zu entfernen. Das Erzgut verläßt den konischen Boden der Kammer 5 durch das Ausbringungsrohr 38 mit einer Geschwindigkeit, die durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Antriebsrades des Schaufelradförderers 40 bestimmt wird. Dieser Schaufelradförderer wird zweckmäßig durch einen Motor mit variabler Geschwindigkeit angetrieben. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Erzgut durch den Doppelschachtofen bewegt, kann somit durch geeignete Einstellung der Geschwindigkeit des Schaufelradförderermotors geregelt werden. Es ist zweckmäßig, im Ausbringungsrohr38 ein Abschließventil 39 anzubringen, welches das Ausströmen des Erzgutes vollständig zu unterbinden vermag.
Um in dem vorliegenden Verfahren die günstigste thermische Wirksamkeit zu erzielen, ist es wesentlich, dafür zu sorgen, daß die Strömung sowohl des Gases in den Kammern 5 und 16 nach oben als auch des Erzgutes in diesen Kammern nach unten eine möglichst gleichförmige ist. Da das durch den Trichterboden der Kammer 5 sich bewegende Fertigprodukt eine verhältnismäßig niedrige Temperatur hat, so ist es im allgemeinen vorteilhaft, in der \ älle dieses Trichterbodens eine größere Zahl umgekehrter Kegelstümpfe 45 aus Stahlblech oder Gulieisen einzubauen. Diese konischen Stromregler sind unter Berücksichtigung der Masse und Lage des Trichterbodens konzentrisch dimensioniert und angeordnet, um die Gleichförmigkeit der Bewegung des Erzgutes in der Kammer .3 zu unterstützen. Diese Vorrichtung ist seit langem bekannt und ihre VerNvendung ist üblich. Ähnliche konische Stromregler sind im konischen Boden der oberen Kammer 16 nicht gezeichnet worden, da in den meisten Fällen ihre Verwendung an dieser Stelle weniger empfehlenswert ist. Es trifft zwar zu, daß auch hier derartige Stromregler eine erhöhte Gleichförmigkeit der Bewegung des Erzgutes und damit auch des Gases bewirken würden, jedoch hat es sich in der Praxis wegen der höheren Temperatur am Boden der Kammer 16 bisweilen schwierig erwiesen, derartige Stromregler an dieser Stelle zu verwenden. Hiermit soll jedoch nicht zum Ausdruck gebracht werden, daß die Verwendung derartiger Stromregler in der oberen Kammer 16 nicht zur vorliegenden Erfindung gehört.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird durch folgende Beispiele erläutert: Beispiele 1. Als Ausgangsmaterial wird ein triageres Hämatiterz verwendet, das getrocknet folgende Analysenwerte ergibt:

Fe. 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67,50"/o

_NI n 02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,22%

1',0S ... ................... o,o8%

S i 0, ...................... 22, 150/0

. \ 1 _, O,1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.43 0/0

Ca O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,4111/0

NIg O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,180/0

C O.= . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.470/0

Gebundenes Wasser .......... 4,480/0

Alkali ..................... 0,080/0

Feuchtigkeit bei Anlieferung . . 15,2,5%

Dieses Erz enthält bei der Beschickung 15,25% Feuchtigkeit. Die in der Zeichnung dargestellte Apparatur hat folgende Maße: 1>1e obere Kammer 16 hat einen Innendurchinesser von 6,1o ni und eine zwischen dem Leerratini 14 und der Beschickungsoberfläche 18 geniessene vertikale Höhe von 4,90 m. las Erzgut wird finit einer Geschwindigkeit von 16°o t pro 24stiiiidigetn Arbeitstag eingebracht. las Gebläse 1 drückt 390 m9 kaltes, sauberes. verbrauchtes Trägeras (unter \'orniall)e(lillgtillgeil, 16 1111d 76o mm Hg) pro Minute durch das Kaltgasrolir 2. Das Gas hat folgende prozentuale Zusammensetzung

c02 « , * « * .................. 21,68°/o

C O ........................ 0,57%

H2 *1 ................ - . . . . . o,o6%

H20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .4, 0 5 %

. . 73,64%

Das Reduziergas wird durch das tnit Ventil versehene Rohr 31 in das Rohr 2 gedrückt. Dieses Gas hat folgende prozentuale Zusammensetzung:

CO2 ....................... o,620/0

C O ....................... 34,28%

H2 . .. .. .. .. .. ....... . .. .. . 1,84%

H20 . .. .. . . .. .. . . .. .. .. . . .. 0,36%

........................ 62,8°%

Dieses Reduziergas kann und wird auch zweckmäßig in einem Verschlacku ngsgaserzeuger hergestellt. Das Trägergas aus dein Kreislauf und das Reduziergas mischen sich und strömen in das Wulstrohr 3 in folgender prozentualer Zusammensetzung:

c02 ... .................... "8,11%

C O ........................ 6,56%

H2 * ....................... 0,360/0

H20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,46%

NTI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7I,5I%

Dieses angereicherte 7'r:igergas stri3nit in einer Menge voll 500 m3 pro Minute aufwärts durch die Kammer 5, den Leerrahm 6 und (las Rohr 9 in die Verbrennungskammer to. Durch den Brenner 3; werden 16,51 Heizöl pro _%linute und durch das Wulstrohr 33 und die Blasrohre 34 -,werden 165 in:' Luft pro Minute mittels eines nichtgezeichneten Luftgebläses in den Hilfsverbrenmingsraunl 37 gedrückt. Die Heizölverliretitiungslirodukte mischen sich mit dem durch Rohr 9 eintretenden Gas. Die Mischung erhält in der Kammer eine gleichmäßige Zusammensetzung und zeigt beim Misströmen durch Rohr t t folgende Analysenwerte:

c02 ...................... 16,71%

C O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4,670/0

H2 ........................ 0,26%

H, O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,42%

\2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7t,940/0

Dieses aufgeheizte und angereicherte Trägergas Strömt mit einer Geschwindigkeit von 67o m3 pro Minute in das \,\'ulstrolir t2, durch die Blasrohre 13 in den Leerraum 14 und @-on hier atis unter dem konaentrischen, kegelstuniltfförnii;;eii Schirm 15 entlang in die Erzgutsätile 17. \Viihrend dieses Gas ,Durch die sich abwärts i>e@@-egende Erzgutsäule 17 Mach oben strömt, tritt in <lein unteren "feil der Kammer 16 die Recitil:tion ein. Das sich atis dieser Reduktion ergebende. %-erl>rauclite Gas nimmt auf seinem Weg durch das Erzgut in der Nähe der lk-:chickungsoberfläche 1 8 das an he@ 03 gebundene \\'asser mit sich und 1>etreit (las l?rzgtit \-oii seinem Feuchtigkeitsgehalt. Der auf diese Weise entfernte \\'asser@lampf beläuft sich auf 275 ms pro Minute (bei 16° und 76o mm Hg). Das durch den LeerraLlm icg und Ausgangsrohr 25 austretende feuchte, verbrauchte Gas zeigt folgende Analysenwerte:

CO, ....................... I4,830/0

C O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o,160/.

I1., ........................ 0,020/0

H20 ... .. .. .. .............. 34480/0

N" ... .. .. .. .. .. .. .. ....... 5o,510/0

Nach dem Durchgang durch den Staubabscheider 26 strömt dieses Gas durch den Wäscher 28, in ,#% elcliem es auf etwa 3o° abgekühlt wird, und in welchem die große, aus der Erhitzung des Erzgutes stammende Wassermenge kondensiert und so aus dem Gas entfernt wird.

Nach der Reinigung und Kühlung des verbrauchten Gases werden durch das Rohr 3o etwa 245 m3 dieses Gases pro Minute abgeblasen. Das übrige Gas wird durch das Rohr 43 zum Gebläse i zurückgeführt.
Die Verdampfung der Feuchtigkeit des Erzes und seine Entwässerung verbrauchen im vorliegenden l# all eine große Wärmemenge, nämlich 115 ooo kcal pro Minute. Zu einem großen Teil wird dieser \Värmeverbrauch dadurch ausgeglichen, daß durch die exotherme Reduktion von Fe203 zu Fe304 durch das in dem angereicherten Trägergas enthaltene Kohlenoxyd- und \i'asserstoffgas 78 ooo kcal pro Minuteerzeugt werden. DieWärmebilanz zeigt jedoch, daß 36 5oo kcal pro Minute verbraucht werden.
Der Heizstoffbedarf des vorliegenden Verfahrens wird in großem Maße von dem Wärmeverlust beeinflußt, der dadurch eintritt, daß das verbrauchte Gas durch das Rohr 25 wie auch das feste Fertigprodukt durch das Rohr 38 bei Temperaturen oberhalb der Außentemperatur austritt. Das verbrauchte Gas tritt aus dem Leerraum i9 bei 2oo° aus und führt somit 58 ooo kcal pro Minute fort. Das Fertigprodukt tritt durch das Rohr 38 bei 265° aus, was einem Wärmeverlust von 38 ooo kcal pro Minute entspricht. Daraus ergibt sich ein Wärmebedarf des Verfahrens von 133 000 kcal pro Minute. Es kommt noch hinzu, daß ein beträchtlicher Wärmeverlust durch das Steinfutter der beiden Kammern und des Verbrennungsraums hindurch eintritt, der sich auf 48oo kcal pro Minute beläuft. Der gesamte Wärmeeinsatz, der nötig ist, um die Apparatur unter gleichen Bedingungen zu halten, beläuft sich daher auf 137 ooo kcal pro Minute.
Es ist zu beachten, daß die Kühlwirkung des angereicherten Trägergases, welches durch das Erzgut der Kammer 5 aufwärts strömt, nicht ausreicht, um die festen Erzpartikelchen auf eine tiefere Temperatur als die genannten 265°, d. h. möglichst nahe der Außentemperatur abzukühlen, und zwar wegen der überschüssigen Wärmekapazität der festen Erzteile gegenüber derjenigen der 475 m3 pro Minute Gas, das durch diese festen Teile aufwärts strömt. I?s besteht natürlich die Möglichkeit, die Menge des zirkulierenden Trägergases zu vergrößern und dadurch die Temperatur der durch Rohr 38 austretenden festen Produkte und damit gleichzeitig den durch den Austritt der warmen Produkte bedingten Wärmeverlust herabzusetzen. Wird jedoch bei gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit der festen Teile durch den Apparat die Menge des Kreislaufgases vermehrt, so überschreitet die Wärmekapazität des die obere Kammer 16 durchströmenden Gases den Wärmebetrag, der zur Heizung der herabfließenden festen Teile erforderlich ist, so daß die Temperatur des aus der Beschickungsoberfläche 18 austretenden Gases höher liegt. Bei der Bemessung der Menge des zirkulierenden Trägergases pro Tdnne des behandelten Erzes ist ein erheblicher Spielraum möglich. Die Bedingungen für eine maximale Wärmeleistung sind die folgenden: i. Die Menge des durch Röhr 31 eingeleiteten Reduziergases soll zu dem Eisengehalt des eingebrachten Erzgutes und dem gewünschten Umwandlungsgrad von Fee 03 nach Fei 04 im richtigen Verhältnis stehen, um so eine hohe Nutzleistung des Reduziergases zu erzielen, und 2. die Mengen des durch den Brenner 35 eingeführten Heizstoffes und des durch das Wulstrohr 33 eingeleiteten Luftstromes sollen zueinander im richtigen Verhältnis stehen, so daß eine vollständige Verbrennung des Heizstoffes erzielt wird und kein überschüssiger Sauerstoff oder unverbrannter Heizstoff zurückbleibt.
Zu der unter i genannten Bedingung ist zu bemerken, daß, wenn durch das Rohr 31 zur Anreicherung des Trägergases mehr C O und/oder H2 eingeleitet wird, als zur Umwandlung des gesamten Ferrioxyds des Erzes in Magnetit nötig ist, dieses überschüssige C O und H2 unoxydiert durch das Rohr 25 austritt, was einen Verlust des überschüssigen Reduziergases bedeutet.
In dem Verfahren dieses Beispiels wird das aus einem Verschlackungsgaserzeuger gewonnene Produkt als Reduziergas und flüssiges Petroleum als Heizstoff verwendet. Die Verwendung eines solchen Reduziergases und Heizstoffes ist zweckmäßig, wenn das Verfahren in der Nähe eines Eisenbergwerks, z. B. in der Gegend des Lake Superior, durchgeführt wird, und Naturgasquellen, Kohle, Koks und andere industrielle Heizstoffe nicht vorhanden sind.
Wenn jedoch das Erzbergwerk sich in der Nähe eines Hochofens und eines Stahlwerks befindet, so kann es vorteilhaft sein, Generatorgas sowohl als Reduziergas als auch als Heizstoff zu verwenden. Wo Naturgas zur Verfügung steht, kann dieses gut als Heizstoff verwendet werden, während als Reduziergas der verhältnismäßig reine Wasserstoff in Frage kommt, wie er durch thermische Zersetzung . des Naturgases erhältlich ist. Je nach der geographischen Lage und der Art des zu verarbeitenden Erzes sind zahlreiche Kombinationen von Reduziergas und Heizstoff möglich.

2. Von wirtschaftlicher Bedeutung ist das vorliegende Verfahren für die Verarbeitung der geringwertigen Taconite, die im nördlichen Minnesota in großen Mengen vorkommen. Von diesen werden viele, die eine wirtschaftliche Bedeutung besitzen, als unmagnetische Mineralien abgebaut. Es wurde gefunden, daß sie nach der magnetisierenden Röstung leicht mittels magnetischer Trennungsmethoden konzentriert werden können. Die Analysenwerte eines Vertreters dieser Mineralien, nämlich des von Natur unmagnetischen Taconits, sind die folgenden:

Fee 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45,920/0

MnO, ..................... 0,120/0

I'205 . . . . . . . . . . . . . ....... . . 0,02%

S i O3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50,270/0

A1203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,520/0

Ca 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,o9 %

M90 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,050/0

c02 ....................... 0,110/0

Gebundenes Wasser .......... 2,850/0

Alkali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,o5 0/0

Feuchtigkeit bei Anlieferung . . . . 3,150/0

Zur Durchführung des Verfahrens wird die in der Zeichnung dargestellte Apparatur verwendet, in der die Reaktionskammer 16 einen inneren Durchmesser von 7,50 m und die Erzgutsäule 17 eine Höhe von 5,50 m hat. Der Innendurchmesser der unteren Kammer 5 beträgt 9,5o m, und die vertikale Höhe vom ringförmigen Raum 4 bis zum Leerraum 6 beträgt 3,70 m. Das Gebläse i bewirkt pro Minute den Kreislauf von 1415 ms verbrauchten Trägergases, das vor seinem Eintritt in das Wulstrohr 3 durch Hinzufügung von 140 ms Generatorgas, das aus einem Verschlackungsgaserzeuger gewonnen ist und die im Beispiel i angegebenen Analysenwerte besitzt, angereichert wird. Das so entstehende, angereicherte Trägergas enthält 3,1% C O und etwas mehr als 19% CO2, so daß das Verhältnis C02 zu C O größer als 6 ist. Ein solches Gas bewirkt bei allen Temperaturen zwischen Außentemperatur und iioo° Oxydation zu Fe0. Mit Rücksicht auf den besonderen Charakter des Taconiterzes wird der Betrieb im Verbrennungsraum so gehalten, daß im Wulstrohr 12 ständig eine Temperatur von 65o° vorhanden ist. Um diese Temperatur aufrechtzuerhalten, werden durch den Brenner 35 pro Minute 1o 1 Heizöl (Dichte o,81) eingeleitet und so 86 ooo kcal pro Minute erzeugt. Um .die Verbrennung dieses Heizöls in Gegenwart genügender Mengen Sauerstoff durchführen zu können, werden durch Rohr 32 pro Minute ioo m3 Luft eingeleitet.

Die Schüttlinie 18 wird innerhalb 24 Stunden mit 3650 t Taconit beschickt, während durch Rohr 38 in derselben Zeit 3310.t Fertigprodukt austreten, das folgende Analysenwerte zeigt:

Fes 04 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46,410/0

M n 0 . . . . . . . . : . . . . . . . . . . . . . 0,100/0

P205 ....... ...... * .... 0,02

Si 02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52,73'/o

A1203 ..................... 0,540/0

Ca 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,090/0

Mg0 ...................... o,o8%

Alkali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,o5 0/0

In diesem Beispiel wird die Apparatur pro Minute mit 815 kg Fe in Bindung an 35o kg Sauer-Stoff als Ferrioxvd beschickt. Gleichzeitig werden pro Minute 5o ms Reduziergas (CO) eingeleitet. Würde dieses Reduziergas seine volle Leistung hergeben, so würde es pro Minute 35 kg Sauerstoff binden. Im vorliegenden Beispiel werden tatsächlich 32,2 kg Sauerstoff pro Minute gebunHen. Um das gesamte Eisen im Taconit in Magnetit umzuwandeln, müßte man pro Minute 36,8 kg Sauerstoff binden. Deshalb geht offenbar die tatsächliche 'Umwandlung nur zu 870 .. o vor sich. Es wurde gefunden, daß es in vielen Killen nicht nötig ist, das Eisenoxyd vollständig iti Magnetit umzuwandeln, um eine befriedigende magnetische Konzentrierung durchführen zu können. Der zulässige Grad der unvollständigen Reduktion hängt natürlich von der Art des verarbeiteten I?rzgutes ab. Wenn eine vollständige Umwandlung zu Magnetit erwünscht ist. dann müßte die -Menge des durch Rohr 31 einströmenden Reduziergases in vorliegendem Beispiel auf 161 ms pro Minute erhöht werden.

Es ist zu beachten, daß durch Überreduktion, z. B. durch Umwandlung von Fes 04 zu Fe O, ein Produkt entsteht, das weniger magnetisch ist als Ferrioxyd selbst. Es wurde jedoch gefunden, daß bei einer 1150; oigen Reduktion. d. 1i. also bei i5%iger Überreduktion, eine gute magnetische Konzentrierung durchgeführt «-erden kann. Es ist deshalb im Sinne des vorliegenden Verfahrens zulässig, den Zustrom des Reduziergases durch Rohr 31 auf 185 ms pro -Minute zu erhöhen. Wenn so verfahren wird, besteht das Produkt im wesentlichen aus mit Fe0 (ttmnagnetisch) verunreinigtem Magnetit, jedoch ist der Reduktionsgrad noch nicht so weit getrieben, daß die magnetische Konzentrierung nicht durchgeführt werden kann.
Obwohl das vorliegende Verfahren in erster Linie die Umwandlung eines nichtmagnetischen Eisenoxyds in ein magnetisches Produkt bezweckt, so zeigt doch die Wärmeanalyse des Ofenprozesses, daß der größere Teil des Heizstoffbedarfs durch den Feuchtigkeitsgehalt des verarbeiteten Erzes bedingt wird. In vielen Fällen hat es sich als technisch wünschenswert und wirtschaftlich gewinnbringend erwiesen, das Erzgut vor der Behandlung nach vorliegendem Verfahren in einer besonderen N'erfahrensstufe ohne Umwandlung in ein magnetisches Produkt zu trocknen.
Es ist zu beachten, daß in der beschriebenen Apparatur und in dem Verfahren der beiden Beispiele das Erzgut nach der Wärmebehandlung in der oberen Kammer 16 diese verläßt und in die untere Kammer 5 eintritt, in der es gekühlt wird. Diese Bewegung des festen Materials aus der Kammer 16 in die Kammer 5 wird entsprechend der beschriebenen Apparatur in einfacher Weise dadurch bewirkt, daß das Erzgut auf Grund der Schwerkraft direkt von dem Trichterboden der Kammer 16 zur konischen Schüttlinie in der Kammer 5 durch den Isthmus 7 fließt. Dies ist ein befriedigendes und einfaches Verfahren, um das Erzgut von der einen in die andere Kammer zu bewegen. Es besteht jedoch kein zwingender Grund, dieses Verfahren zu verwenden und das Gut auf Grund der Schwerkraft durch ein eingeengtes, feuerfest verkleidetes Rohr strömen zu lassen. Die beiden Kammern 16 und 5 können auch nebeneinander in beliebiger Entfernung voneinander und auf beliebig verschiedenem Niveau aufgestellt «erden. Das aus dem Boden der Kammer 16 austretende heiße Erzgut kann leicht seitlich, vertikal oder sonstwie in einem geeigneten Behälter oder durch geeigneten Eimerförderer oder sonstwie fortbewegt und am Kopf der Kammer 5 wieder eingebracht werden.
Obwohl der Ausdruck magnetisierendes Rösten von Eisenerz gewöhnlich die Reduktion von Fe2O3 zu Fe304 bedeutet, so umfaßt er natürlich auch die Oxydation von Fe0 zu Fe304. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist die Verarbeitung von Fe C 03-haltigen Sideriterzen. Bei der Erhitzung unterhalb Rotglut zersetzt sich Eisencarbonat thermisch in Fe 0 und CO.. Das feste calcinierte Produkt enthält das Eisen in der Ferrooxy dform und ist unmagnetisch. Wird solch ein Sideriterz nach dem vorliegenden Verfahren behandelt, so wird aus (lern Fe C 03 des Erzes in der oberen Kammer CO, abgespalten, und das feste zurückbleibende Fe0 wird durch (las vorbeiströmende Trägergas gemäß folgender Gleichung oxydiert: 3 Fe0-hC02=Fe304+CO.
Ein zweites Beispiel für ein oxydierendes, magnetisierendes Röstverfahren ist die Verarbeitung eines Fe Si 03-enthaltenden Silicatfelsgesteins. Unterwirft man Ferrosilicat gemäß vorliegendem Verfahren der Einwirkung des Trägergases mit (lern tatsächlich hohen C02/CO-Verhältnis, so wird das Silicat zu Fe304 und Si02 oxydiert, die miteinander weder eine chemische Bindung eingehen noch eine feste Lösung bilden. Es werden im Gegenteil bei der hohen Reaktionstemperatur zwei einzelne Oxyde, nämlich Quarz und Magnetft, gebildet, aus denen ein für die magnetische Trennung verwendbares Röstprodukt gewonnen werden kann.
Ein drittes Beispiel für ein oxydierendes, magnetisierendes Röstverfahren ist die Verarbeitung von Hochofenflugasche, die häufig als ein geringwertiges eisenhaltiges Produkt .angesehen werden kann, das wesentlich stärker verunreinigt ist als das in den Hochofen eingebrachte Erz. Es wird häufig zweckmäßig sein, die Hochofenflugasche erst zu Briketts, Kügelchen oder Knollen zu agglomerieren, dann diese nach dem vorliegenden magnetisierenden Röstverfahren zu behandeln, das überreduzierte Eisenoxyd der Flugasche (unmagnetisches Fe O) zu Fei 04 zu oxydieren und darauf das Röstprodukt zu mahlen und magnetisch zu trennen.
Allgemein gesehen besteht die chemische Aufgabe des Reaktionsgases, das gemäß dem vorliegenden Verfahren durch die Kammern gedrückt wird, darin, Eisen, das in seinen beiden unmagnetischen Oxydationsformen Fe203 und Fe0 vorliegt, in eine seiner beiden magnetischen Formen Fe304 und Fe umzuwandeln. Im breitesten Sinn würde dies drei Umwandlungen von Eisenoxyden des Erzgutes bedeuten, nämlich i. Fe20$ durch Reduktion in Fei 04 ; 2. Fe 0 durch Oxydation in Fei 04 und i. Fe 0 durch Reduktion in Fe. Da der Sauerstoffumsatz der Umwandlung 3 dreimal so groß ist wie derjenige der Umwandlung 2, so ergibt es sich als zweckmäßig, das Verfahren so zu lenken, daß das Fe0 in magnetisches Fe304 und nicht in magnetisches Fe-Metall umgewandelt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum magnetisierenden Rösten eisenhaltiger Erze, die im wesentlichen eine oder mehrere verhältnismäßig unmagnetische Eisenoxydverbindungen enthalten, durch Behandlung des Erzgutes mit einem Reaktionsgas, um den größeren Teil des Eisens in Magnetft umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, a) daß man eine Erzgutmasse durch eine erste Kammer und anschließend durch eine zweite Kammer unter Verwendung der Schwerkraft abwärts strömen läßt; b) daß man durch die Erzgutmasse in der genannten ersten Kammer im Gegenstrom ein Reaktionsgas fließen läßt, das anfänglich N2, CO, und ein im wesentlichen aus C O bestehendes gasförmiges Reduktionsmittel, aber keinen freien Sauerstoff enthält, wobei dieses Reaktionsgas anfänglich eine erhöhte Temperatur unterhalb des Fließprodukts der unmagnetischen Eisenoxydverbindung besitzt und das C02 und das gasförmige Reduktionsmittel in solchen relativen Mengen vorhanden sind, daß das Gas bei der Verfahrenstemperatur bezüglich Fe203 reduzierend wirkt, bezüglich Fe0 und Fe oxydierend wirkt und mit Fes04 sich im thermodynamischen Gleichgewicht befindet, und wobei die Menge des Reaktionsgases so gewählt wird, daß seine Wärmekapazität derjenigen des behandelten Erzgutes gleichkommt, und wobei das Erzgut während der Gegenstrombehandlung entwässert und auf die erhöhte Reaktionstemperatur erhitzt und darauf seine unmägnetischen Eisenoxydbestandteile weitgehend in Magnetft umgewandelt werden; c) daß man einen Bruchteil des Gases nach seinem Durchgang durch das Erzgut abbläst und das Restgas kühlt; d) daß man das anfängliche Verhältnis zwischen C02 und dem gasförmigen Reduktionsmittel und das anfängliche Volumen des Reaktionsgases wiederherstellt, letzteres durch Zusatz eines an dem gasförmigen Reduktionsmittel relativ reichen Reduziergases zum Restgas; e) daß man das so gewonnene, regenerierte Reaktionsgas im Gegenstrom durch die Masse des erhitzten Erzgutes in der genannten zweiten Kammer leitet, um die Wärme von dieser Masse zu übernehmen; f) daß man das Reaktionsgas, nachdem es die Masse des Erzgutes in der genannten zweiten Kammer durchströmt hat, herausleitet; g) daß man das Reaktionsgas auf eine erhöhte Reaktionstemperatur bringt, und zwar dadurch, daß man in ihm einen Heizstoff zusammen mit einer bestimmten Menge Luft verbrennt, die gerade die für die vollständige Verbrennung des Heizstoffes erforderliche Sauerstoffmenge liefert, und h) daß man das thermisch angereicherte Reaktionsgas wieder in dem bescliriebenen Gaskreislauf als Reaktionsgas ver-\% endet.
2. \-erfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das 'Mischgas anfänglich pro Kilogramm Eisen des Erzguts 0,017 his 0,043m3 Reduziergas enthält und daß das Gesamtvolumen des Mischgases pro Kilogramm des behandelten Erzgutes nicht weniger als o,17 m3 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzgut als Eisenoxyd im wesentlichen Hämatit enthält, daß das ?@lischgas aus weniger als 25%, aber nicht weniger als io% Reduktionsgas und aus mehr als 75%. aber nicht mehr als 90% des aus dem Kreislauf stammenden Gases besteht, und (laß (las Gesamtvolumen des Mischgases pro Kilogramm des behandelten Erzgutes mindestens 0.22, aber nicht mehr als 0,43 m3 beträgt.
4. Apparatur zur Durchführung der maglietisierenden Röstung von eisenhaltigem Erzgut nach den Ansprüchen i bis 3, gekennzeichnet durch a) zwei übereinander angeordnete Kammern, b) ein Verbindungsrohr geringeren Querschnitts, das die obere Kammer an deren Boden mit der unteren Kammer an deren Kopf verbindet und so beschaffen ist, daß es einen durch Schwerkraft bedingten Abwärtsstrom des Erzgutes aus der oberen in die untere Kammer ermöglicht, c) Vorrichtungen nahe dem Boden der beiden Kammern, die die Bildung eines unteren Leerraumes in diesen Kammern neben einer unteren freien Oberfläche des Erzgutes in den Kammern bewirken, wobei die oberen Wände der unteren Kammer unter Berücksichtigung des unteren Endes des genannten verengten Verbindungsrohres so geformt sind, daß sich ein Gassammelraum von wesentlicher Größe neben und in Berührung mit einer freien Oberfläche des Erzgutes in der unteren Kammer bildet, d) eine gasdichte Erzbeschickungsvorrichtung am oberen Ende der oberen Kammer, die das Erzgut auf die Beschickungsoberfläche der oberen Kammer zu schütten vermag, e) einen oberen Leerraum in der oberen Kammer, der an die Beschickungsoberfläche der oberen Kammer angrenzt, f) eine gasdichte Vorrichtung, um (las Erzgut am Boden der unteren Kammer auszubringen, g) einen Verbrennungsraum. der mit Zuleitungen für fließenden Heizstoff und Luft ausgestattet ist, h) Verbindungsrohre zwischen dem oberen Leerraum der unteren Kammer und dem Verbrennungsraum und zwischen dem Verbrennungsraum und dem unteren Leerraum der oberen Kammer, i) eine Vorrichtung, um einen Gasstrom aufwärts durch die untere Kammer, durch den Verbrennungsraum, die obere Kammer und zurück zur unteren Kammer im Kreislauf zu bewegen und k) Vorrichtungen, um Gas aus dem Kreislauf ableiten oder in diesen einleiten zu können.
5. Apparatur nach. Anspruch .4, dadurch gekennzeichnet, (laß der Verbrenntingsratlm aus zwei Teilen verschiedener Größe besteht, wobei der größere Teil durch die genannten Verhindungsrohre mit der olleren und unteren Kaminer verbunden und der kleinere Teil des Verbrennungsraumes mit "Zuleitungen für den fließenden Heizstoff und Luft ausgestattet ist.
6. Geschlossene Kreislaufapparatur zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 3, gekennzeichnet durch a) zwei übereinatider angeordnete Kammern, b) eine gasdichte Beschickungsvorrichtung, uin (las zu behandelnde Erzgut zum oberen Ende der oberen Kammer zu bringen, c) eine gasdichte Vorrichtung, uni (las behandelte Erzgut am Boden der unteren Kammer auszubringen, d) Vorrichtungen an den unteren Enden der beiden Kammern, die die Bildung miterer Leerräume neben unteren freien Oberflächen des Erzgutes in diesen Kammern bewirken, e) ein verengtes Verbindungsrohr, das das untere Ende der oberen Kammer mit dem oberen Ende der unteren Kammer verbindet, um den durch Schwerkraft bedingten Strom des Erzgutes aus der oberen in die untere Kammer zu ermöglichen, wobei das untere Ende des verengten Verbindungsrohres und die oberen Wände der unteren Kammer in gegenseitiger Beziehung so ausgebildet sind, daß sie einen verhältnismäßig großen Leerraum über der oberen freien Oberfläche des Erzgutes in der unteren Kammer bilden, wenn das durch das verengte Verbindungsrohr strömende Erzgut in der unteren Kammer den höchstmöglichen Stand erreicht hat, f) eine Vorrichtung, um ein Reduziergas zu dem unteren Leerraum der unteren Kammer zu leiten, das aufwärts strömt und dem Erzgut in der unteren Kammer Wärme entzieht, g) einen V erbrennungsrauni, h) ein Rohr, das von dem oberen Leerraum der unteren Kammer zu dem Verbrennungsraum führt, i) Vorrichtungen, um bestimmte Mengen Heizstoff und Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum einführen zu können, k) ein Rohr, das von dem Verbrennungsraum zum unteren Leerrahm der oberen Kammer führt und geheiztes Reduziergas in diesen leitet. (las dann aufwärts durch das in der oberen Kammer befindliche Erzgut strömt und dessen Konditionierung. Erhitzung und Reduktion bewirkt, 1) ein Rohr, (las aus dem oberen Teil der oberen Kammer herausführt, um das verbrauchte und mit Feuchtigkeit beladene Reduziergas abzuleiten, in) edlen Gaswäscher im Anschluß an dieses Rohr zur Behandlung des verbrauchten Reduziergases, n) ein Rohr, das den Gaswäscher mit der initer f) genannten Gasförderungsvorrichtting verbindet. o) eine Vorrichtung, um verbrauchtes Reduziergas ins Freie ablassen zu können und p) eine Vorrichtung. um ein gasförmiges Reduziermittel dem in den unteren Leerraum der unteren Kammer eingeführten Gas zumischen zu können.