DE972519C - Verfahren und Anlage zur Anreicherung von Eisenerzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anreicherung von Eisenerzen durch deren Reduzierung zu Magnetit und Oxydierung des Magnetits zu magnetischem Hämatit, was an sich bekannt ist. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren möglichst wirtschaftlich zu gestalten und insbesondere den erforderlichen Wärmeaufwand auf ein Mindestmaß zu verringern.

Zu diesem Zweck kühlt erfindungsgemäß das im

ίο Kreislauf geführte Reaktionsgas im unteren Teil eines Schachtofens das heiße Austragsgut und durchströmt nach Wiederaufwärmung durch den Kühlprozeß zunächst die Oxydationszone unter Aufnahme zugeführter oxydierender Gase und der Oxydierungswärme dieser Zone, um anschließend um die Reduktionszone umgeleitet und in der Vorwärmzone mit den Reduktionsabgasen vereint zu werden und um dann nach Abgabe seines Wärmeinhaltes an das Aufgabegut als Kühlgas rückgeleitet zu werden. Da die durch Oxydation des Magnetits zu magnetischem Hämatit erzeugte Wärmemenge das Maß übertrifft, das zum Erhitzen des kalten Erzes auf die Reduktionstemperatur erforderlich ist, erübrigt sich bei diesem auf einer

doppelten Reaktion beruhenden Verfahren jede äußere Wärmezufuhr zusätzlich zu derjenigen, die beim Ingangsetzen des Verfahrens zum einmaligen Erhitzen der Erzfüllung der Anlage erforderlich ist.

Bei dem bekannten Verfahren, bei welchem das Eisenerz ebenfalls zu Magnetit reduziert und dieser Magnetit dann zu magnetischem Hämatit oxydiert wird, unterbleibt jede Ausnutzung der durch die Oxydation frei werdenden Wärme. Der reduzierende Röstvorgang wird dabei in einem Drehrohrofen durchgeführt. Dabei muß diesem Drehrohrofen von außen Wärme zugeführt werden, ohne daß dafür die bei der Oxydation frei werdende Wärme ausgenutzt würde.

Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt besteht in einer wesentlich günstigeren Wärmebilanz. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die sich aus der Reduktion des Erzes und aus der Oxydation des Magnetits ergebenden Abgase zur Bildung eines inerten Wärmeübertragungsmittels gesammelt, das zur Abkühlung des heißen magnetischen Hämatits das nicht erwärmte Erz auf eine Temperatur von mindestens ²S 350⁰ C erhitzt, sich selbst dabei aber auf unter 122° C abkühlt.

Besonders bewährt hat es sich, das Verfahren in der Weise durchzuführen, daß zum Reduzieren des vorerwärmten Erzes zu Magnetit ein freien Wasserstoff enthaltendes Gas, zum Oxydieren des Magnetits aber die Mischung eines inerten Gases mit Sauerstoff dient und daß das Wärmeübertragungsgas durch das der Oxydierung unterworfene Erz im Wärmeaustausch hindurchgeleitet wird, um dabei die Reaktionstemperatur unter 511⁰C zu halten, und schließlich das Erz auf mindestens 372⁰ C vorerwärmt.

Man kann zum Reduzieren des Erzes statt Wasserstoff auch Kohlenoxyd verwenden. Wenn es sich um das Anreichern von Eisenerz handelt, das mindestens 15% Hämatit enthält, dann dient zweckmäßig zum Oxydieren des Magnetits Luft, die zur Begrenzung der Reaktionstemperatur auf unter 500° C mit dem heißen Wärmeübertragungsgas verdünnt wird und alsdann das Erz in der Vorwärmzone bis auf mindestens 388⁰ C vorwärmt.

Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Anlage, die zum Anreichern von hämatithaltigen Eisenerzen dient, welche mindestens 20 Gewichtsprozent Eisen enthalten, und die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Diese Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine in eine Vorwärmzone, eine Reduktionszone, eine Oxydationszone und eine Wärmeübertragungszone unterteilte Reaktionskammer und Fördermittel zum Hindurchleiten des Erzes sowie Einrichtungen enthält, die mittels eines Gebläses in die Reaktionskammer ein reduzierendes Gas zur Bildung einer Reduktionszone und ein oxydierendes Gas zur Bildung einer danebenliegenden Oxydationszone einleiten, und schließlich eine Umleitung um die Reduktionszone und Einrichtungen enthält, die ein Gas im Gegenstrom zum Erz durch die Reaktionskammer leiten, die das Gas an der Einführungsstelle des Erzes in die Reaktionskammer sammeln und dann im Kreislauf wieder der Reaktionskammer zuführen.

Da bei der Vorwärmung des Erzes die darin enthaltene Feuchtigkeit verdampft, nimmt das Gas Wasserdampf auf. Auch bei der Reduktion des Hämatits durch Wasserstoff entsteht Wasserdampf. Dieser Wasserdampf trägt wesentlich zu den Wärmeübertragungseigenschaften des im Kreislauf strömenden Gases bei. Damit sich eine ausgeglichene Wärmebilanz ergibt, muß sich der Eisengehalt des Erzes auf mindestens 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise aber auf 25 Gewichtsprozent, Hämatit belaufen.

Ein Ausführungsbeispiel der zur Durchführung des Verfahrens dienenden Anlage ist in der Zeichnung dargestellt.

Eine Reaktionskammer 10, die aus einem hinreichend feuerfesten Werkstoff besteht, ist mit einem wärmedämmenden Stoff 11 ummantelt. Der Isoliermantel 11 der Reaktionskammer 10 hat einen Blechmantel 12. Über der Reaktionskammer 10 befindet sich ein Zuführungstrichter 14 mit einem Gehäuse 15, in welchem eine durch einen Motor 19 und eine Welle 18 angetriebene Förderschnecke 16 untergebracht ist. Das Gehäuse 15 hat eine Auslaßöffnung 20, die in die Reaktionskammer mündet. Unten läuft· die Reaktionskammer in einen Trichter 21 aus, der in ein Gehäuse 22 mit einer durch Motor 25 und Welle 26 angetriebenen Förderschnecke 24 mündet. Das Gehäuse 22 ist unten mit einer Mündung 29 versehen, die in ein Gehäuse 22 mit einem Auslaßtrichter 28 übergeht. Der Boden des Trichters 28 hat einen Deckel 30, der mittels eines Hebels 31 zurückgezogen werden kann. In ihrer Mitte steht die Reaktionskammer 10 über ein sie umgebendes Verteilerrohr 34 und um ihren Umfang verteilte Mündungen 35 mit einem Rohr 32 in Verbindung. Die Mündungen 35 des die Kammer 10 umgebenden Verteilerrohres 34 sind durch einen Kragen 36 abgedeckt, der aus Blech od. dgl. besteht und an der Innenwand der Kammer 10 oberhalb der Mündungen 35 befestigt ist, so daß sich sein unterer Rand in einem gewissen Abstand von der Kammerwandung befindet. Dieser Kragen 36 verhindert eine Verstopfung der Mündungen 35 duroh das in der Kammer 10 abwärts wandernde Erz. Zwischen der Rohrleitung 32 und dem Boden der Kammer 10 ist eine Leitung 38 vorgesehen, die mit einer die Kammer umgebenden Verteilerleitung 39 in Verbindung steht. Diese Leitung 39 mündet mittels zahlreicher öffnungen 40 in das Innere der Kammer und dient zur Zuführung eines Gases. Auch die Mündungen 40 sind durch einen Kragen 41 geschützt, der dem Kragen 36 entspricht.

Die Reaktionskammer 10 und die Verteilerleitung 34 sind von einem zur Umleitung des Wärmeübertragungsgases versehenen Mantel 42 umgeben. Der Innenraum dieses Mantels 42 steht unten durch Löcher 44 und oben durch Löcher 45 mit dem Inneren der Kammer 10 in Verbindung. Auch die Lochreihen 44 und 45 sind durch Kragen 46 bzw.

48 geschützt. Unmittelbar am oberen Ende der Reaktionskammer 10 ist ein Entstaubungsgehäuse

49 angeordnet, das eine Prellwand 50, 51 und 52 enthält und durch eine Rückleitung 53 mit einer Verteilerleitung 54 in Verbindung steht. In diese Rückleitung ist ein Kapselgebläse 55 sowie ein Ausdehnungsrohr 56 eingeschaltet. Dieses Ausdehnungsrohr ermöglicht es, daß sich die Leitung 53 bei Wärmeschwankungen des hindurchströmenden Gases ausdehnen und zusammenziehen kann. Die Verteilerleitung 54 steht durch Mündungen 57 in der Wandung der Kammer 10 mit deren Innerem in Verbindung. Auch diese Mündungen 57 sind durch einen Kragen 58 geschützt, der den Kragen 41, 46, 36 und 48 entspricht. Schließlich sind mit dem Umleitungsmantel 42 und der Verteilerleitung 54 Brenner 59 und 60 verbunden, die dem Zweck dienen, zur Einleitung des Verfahrens beim Ingangsetzen der Anlage Wärme von außen zuzuführen.

Der Trichter 14 hat einen Heizmantel 62, von dessen Innenraum 61 eine Leitung 64 ausgeht, an die ein nicht näher dargestelltes Sauggebläse angeschlossen ist. Mit der Hilfe dieses Gebläses können heiße Gase durch den Heizmantel 61, 62 hindurch angesaugt werden, um das im Trichter 14 befindliche Erz vorzuwärmen. Der Trichter 14 kann im Bedarfsfalle mit einem Deckel versehen sein. Bei manchen Betriebsbedingungen ist die Anordnung eines solchen luftdichten Deckels erwünscht. In der Zeichnung ist ein solcher Deckel 69 dargestellt. Eine Flügelschraube 66 mit einem Bund 68 geht derart durch diesen Deckel hindurch, daß sich der Bund 68 oben auf diesem Deckel auflegt. Der Schaft der Flügelschraube 68 ist so lang bemessen, daß er in eine Gewindebohrung eingeschraubt werden kann, die in einer Platte 70 vorgesehen ist.

Bei der Verwendung dieses Apparates zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird der Trichter 14 mit Erz beschickt, das mit Hilfe der Förderschnecke 16 in die Reaktionskammer 10 übergeführt wird. Nachdem die Kammer 10 mit dem verhältnismäßig mageren Eisenerz im wesentlichen gefüllt ist, wird die Apparatur in Gang gesetzt. Das Gebläse 55 wird angelassen, um ein inertes Wärmeübertragungsgas durch die Mündungen 57 zu fördern, von denen aus es in der Reaktionskammer 10 aufwärts fließt und die reduzierenden bzw. oxydierenden Gase mitnimmt, die durch die Mündungen 40 und 35 zugeführt werden. Der Brenner 60 wird gezündet und so eingestellt, daß er das in der Oxydationszone befindliche Erz beim Ingangsetzen der Anlage bis auf 350 bis 430⁰ C erhitzt, bei denen die Oxydierung stattfindet. Der Brenner 59 dient dem Zweck, das in der Reduzierungszone befindliche Erz beim Ingangsetzen der Anlage bis auf 430 bis 510⁰ C zu erwärmen.

Hat das Erz die Temperaturen erreicht, die zum Ingangbringen der Reaktion zur Umwandlung des Hämatits in Magnetit erforderlich sind, so werden beide Brenner abgeschaltet, und es wird die Förderung des Erzes durch die Reaktionskammer durch entsprechenden Antrieb der Zuführungsschnecke 16 und der Abführungsschnecke 24 aufgenommen. Für den Sachverständigen bedarf es keiner näheren Erläuterung, daß die Antriebsgeschwindigkeit der Zuführungsschnecke ungefähr derjenigen der Abführungsschnecke entsprechen muß, damit die Füllung der Reaktionskammer gleichbleibt.

Die Geschwindigkeit, mit der die Zuführung und Abführung des Erzes erfolgt, bestimmt natürlich die Durchsatzgeschwindigkeit des Erzes. Diese aber hängt unter anderem von der Teilchengröße, vom Eisengehalt, vom Querschnitt der Reduktionskammer und von der Konzentration und Strömungsgeschwindigkeit der in die Kammer eingeführten Reduktionsgase, Oxydationsgase und inerten Wärmeübertragungsgase ab. Da die Durchsatzgeschwindigkeit des Erzes durch die Reaktionskammer also von zahlreichen von Fall zu Fall verschiedenen Faktoren abhängt, kann man für die Durchsatzgeschwindigkeit keine bestimmte Regel aufstellen, sondern man muß sie jeweils nach Maßgabe des zu erzielenden Ergebnisses bestimmen. Dabei ist zu beachten, daß im wesentlichen der gesamte Hämatit in die Gammaform übergeführt werden soll, so daß das aus dem Trichter 28 austretende Erz fast ausschließlich aus magnetischem Hämatit bestehen soll, dem geringe Mengen Magnetit beigemischt sind. Das durch die Leitung 32 in die Verteilerleitung 34 eingeführte und durch die Mündungen 35 unter dem 9" Kragen 36 in die Reaktionskammer 10 eintretende Gas stellt das reduzierende Gas dar. Als Gase kommen hierfür Wasserstoff, Kohlenoxyd, eine Mischung beider Gase, Wassergas, Generatorgas oder entsprechend aufbereitetes Naturgas in Frage. Es fließt unter dem Kragen 36 nach innen und strömt daher in der durch die Pfeile in der Zeichnung angegebenen Richtung. Die Reduktionszone deckt sich im wesentlichen mit dem Bereich des Umleitungsmantels 42. Das oxydierende Gas, z. B. mit Luft oder Wasserdampf, gegebenenfalls mit zusätzlichem Sauerstoff, wird durch die Leitung 38 in die Verteilerleitung 39 eingeführt und fließt von dort durch die Mündungen 40 in die Reaktionskammer 10 hinein. Dort strömt das Gas unten am Kragen 41 vorbei abwärts und nach innen, wie es die Pfeile in der Zeichnung andeuten. Man kann aber das Oxydationsgas statt durch die Verteilerleitung 30 oder, außer durch diese, auch durch die Verteilerleitung 54 einführen. Beim Hindurchströmen des Oxydationsmittels durch die Oxydationszone wird ihm Sauerstoff entzogen. Das die Oxydationszone durch die Löcher 44 verlassende und der Reduktionszone zuströmende Gas stellt daher ein inertes Gas dar. In der Oxydationszone soll die Temperatur unter SIi⁰C, besser noch unter 500⁰ C bleiben.

Die reduzierenden Gase und die oxydierenden Gase fließen aufwärts und vereinigen sich in der Vorwärmzone, um ein inertes gasförmiges Wärmeübertragungsmittel zu bilden, das in der Vorwärmzone das Erz auf mindestens 350⁰ C, noch besser aber 388⁰ C vorwärmt. Ein Teil dieses Wärmeübertragungsgases wird durch den Heizmantel 61 geleitet, um den Einführungstrichter 14 zu erhitzen. Es wird durch die Auslaßleitung abgesaugt. Ein anderer Teil der Gase tritt durch die öffnung

2O in den Trichter 14 ein und entweicht aus diesem, wenn der Deckel des Trichters abgenommen ist. Der Hauptanteil des gesamten Wärmeübertragungsgases fließt aber durch die Entstaubungskammer 49 hindurch zur Rückleitung 53, und zwar unter dem Einfluß des Gebläses 55, das die Gase mit einer bestimmten Geschwindigkeit über die Verteilerleitung 54 und die Einlasse 57 in die Reaktionskammer zurückführt. Dort fließen die Gase um den Kragen 58 herum aufwärts durch die Reaktionskammer 10 hindurch, wobei sie das oxydierende Gas mitreißen.

Der Umleitungsmantel stellt einen Bereich dar, in welchem ein verhältnismäßig niedriger Druck herrscht, da von den unteren Mündungen 44 bis zu den oberen Mündungen 45 ein Druckabfall durch die verhältnismäßig umfangreiche Eisenerzfüllung bedingt ist, die sich zwischen diesen Punkten in der Reaktionskammer 10 befindet. Infolgedessen fließt das Wärmeübertragungsgas durch die unteren Öffnungen 44 in den Umleitungsmantel 42 hinein und dann aufwärts, um den Mantel durch die oberen Öffnungen 45 wieder zu verlassen und in die Kammer 10 zurückzukehren. Dort vermischen sich die Gase mit den Abgasen der Reduktionszone. Bei der in der Zeichnung dargestellten Anlage findet also ein Kreislauf der Gase statt, die in der Reaktionskammer 10 aufwärts und durch den Rücklauf kanal 53 abwärts fließen.

Die gasförmigen Rückstände des Oxydierungsmittels mischen sich mit dem reduzierenden Gas im oberen Abschnitt der Reduktionszone und bilden dort das Wärmeübertragungsgas, welches zunächst beim Aufwärtsfließen das in der Reaktionskammer 10 befindliche Erz vorwärmt und alsdann in den Mantel 61 eintritt, um auch das im Zuführungstrichter 14 befindliche Erz vorzuwärmen. Da die Anlage ein unveränderliches Volumen hat, muß man einen Teil der Vorwärmgase fortlaufend entfernen, und zwar entweder durch die Auslaßleitung 64 oder nach Abnahme des Deckels durch den Zuführungstrichter 14. Der" Hauptteil des Wärmeübertragungsgases fließt aber durch die Entstaubungskammer 49 mit den Prellwänden 50, 51, wo die vom Gas bei seinem Durchgang durch das Eisenerz mitgerissenen festen Teilchen ausgeschieden werden, und dann durch die Leitung 53, mit deren Hilfe das Gas durch das Gebläse 55 in die Verteilerleitung 54 gedrückt wird. Beim Austritt aus den Löchern 57 unten an dem Kragen 58 kühlt das Wärmeübertragungsgas den dort befindlichen Hämatit der Gammaform ab, der sich durch Oxydation gebildet hat. Dieser Hämatit verläßt dann die Reaktionskammer bei einer unter 122⁰ C liegenden Temperatur.

Zwar ist bei der vorstehenden Beschreibung unterstellt worden, daß das Erz stetig durch die Reaktionskammer 10 wandert. Der sachverständige Leser dieser Beschreibung erkennt aber ohne weiteres, daß auch eine schrittweise Förderung des Erzes in Betracht kommt. Apparate, die sich mit nur wenigen Änderungen zur Durchführung des Verfahrens eignen, sind auf dem Markt erhältlich, und bekannt sind auch die zur Durchführung des Verfahrens verwendbaren apparativen Einzelheiten.

Zwar ist die Erfindung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben worden, doch versteht es sich, daß die Erläuterung der Einzelheiten nur dazu dient, das Wesen der Erfindung klarzustellen, nicht aber den Schutzumfang zu beschränken.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Anreicherung von Eisenerzen durch deren Reduzierung zu Magnetit und Oxydierung des Magnetits zu magnetischem Hämatit, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreislauf geführte Reaktionsgas im unteren Teil eines Schachtofens das heiße Austragsgut kühlt, nach Wiederaufwärmung durch den Kühlprozeß zunächst die Oxydationszone unter Aufnahme zugeführter oxydierender Gase und der Oxydierungswärme dieser Zone durchströmt, anschließend um die Reduktionszone umgeleitet und in der Vorwärmzone mit den Reduktionsabgasen vereint wird, um nach Abgabe seines Wärmeinhalts an das Aufgabegut als Kühlgas rückgeleitet zu werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aus der Reduktion des Erzes und aus der Oxydation des Magnetits ergebenden Abgase zur Bildung eines inerten Wärmeübertragungsmittels gesammelt werden, das zur Abkühlung des heißen magnetischen Hämatits dient, und dann in der Vorwärmzone das nicht erwärmte Erz auf eine Temperatur von mindestens 350⁰ C erhitzt, sich selbst dabei aber auf unter 122⁰C abkühlt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- 1°° kennzeichnet, daß zum Reduzieren des vorerwärmten Erzes zu Magnetit ein freien Wasserstoff enthaltendes Gas, zum Oxydieren des Magnetits aber die Mischung eines inerten Gases mit Sauerstoff dient und daß das Wärmeübertragungsgas durch das der Oxydierung unterworfene Erz im Wärmeaustausch hindurchgeleitet wird, um dabei die Reaktionstemperatur unter 511⁰C zu halten, und schließlich das Erz auf mindestens 372⁰ C vorerwärmt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Reduzieren des Erzes statt Wasserstoff Kohlenoxyd verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 zum Aufbereiten von Eisenerz, das mindestens 15% Hämatit enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zum Oxydieren des Magnetits Luft dient, die zur Begrenzung der Reaktionstemperatur auf unter 500° C mit dem heißen Wärmeübertragungsgas verdünnt wird und alsdann das Erz in der Vorwärmzone bis auf mindestens 388⁰ C vorwärmt.

6. Anlage zum Anreichern von hämatithaltigen Eisenerzen, die mindestens 20 Gewichtsprozent Eisen enthalten, nach dem Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß

sie eine in eine Vorwärmzone, eine Reduktionszone, eine Oxydationszone und eine Wärmeübertragungszone unterteilte Reaktionskammer (io) und Fördermittel (i6, 24) zum Hindurchleiten des Erzes sowie Einrichtungen enthält, die mittels eines Gebläses in die Reaktionskammer ein reduzierendes Gas zur Bildung einer Reduktionszone und ein oxydierendes Gas zur Bildung einer danebenliegenden Oxydationszone einleiten, und schließlich eine Umleitung um die Reduktionszone und Einrichtungen enthält, die ein Gas im Gegenstrom zum Erz durch die Reaktionskammer leiten, die das Gas an der Einführungsstelle des Erzes in die Reaktionskammer sammeln und dann im Kreislauf wieder der Reaktionskammer zuführen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 565 672, 734 395; Zeitschrift »Stahl u. Eisen«, 1937, S. 805; Mitteilungen aus dem Kaiser Wilhelm Institut für Eisenforschung, 1929, S. 95 ff; Chemical Engineers Handbook, 1941, S. 533/554.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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