EP3167084A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von eisensilikatgestein - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von eisensilikatgestein

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EP3167084A1
EP3167084A1 EP15749967.4A EP15749967A EP3167084A1 EP 3167084 A1 EP3167084 A1 EP 3167084A1 EP 15749967 A EP15749967 A EP 15749967A EP 3167084 A1 EP3167084 A1 EP 3167084A1
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EP
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iron
iron silicate
silicate rock
slag
treatment
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Jürgen SCHMIDL
Jürgen KLAFFENBACH
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Aurubis AG
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the invention relates to a process for the treatment of iron silicate rock, in which at least one component is at least partially removed from the iron silicate rock.
  • the invention also relates to a device for processing processed iron silicate rock.
  • the iron silicate rock is currently being used almost exclusively mechanically.
  • the iron silicate stone is produced as slag during the smelting of copper ores.
  • iron silicate rock is currently being poured into molds, for example, and the resulting moldings are used for bank attachment. Also is already a granulation of iron silicate stone known. Coarse granules are used for example as gravel for railway embankments. Finer granules are used in sandblasting.
  • Iron silicate stone consists essentially of its weight fractions of iron, silicon and oxygen. In addition to the iron content, the iron silicate rock also contains minor elements, for example copper, lead, arsenic, nickel and / or zinc.
  • the smelting of copper ores (mainly chalcopyrite) produces large amounts of slag. Based on the amount of valuable metal-containing feed material, 600 kg slag / t ore concentrate in the copper industry generates about three times the amount of slag compared to the iron and steel industry.
  • Slag cleaning is already in operation worldwide with the main goal of increasing / maximizing copper output.
  • Hydrometallurgical slag flotation After solidification of the slag, a grinding process and then the flotation of sulfidic copper particles. The result is a concentrate that can be returned to the primary process.
  • the object of the present invention is to improve a method of the aforementioned type such that an improved economy is provided.
  • This object is achieved in that at least one component other than iron is at least partially removed and that the processed iron silicate rock is used for the production of steel pig iron.
  • Another object of the present invention is to construct a device of the initially mentioned type such that an improved economy is achieved.
  • the device is designed as a device for the production of pig iron or steel.
  • the metal content of copper slags has not been used (neither the non-ferrous metals nor the iron content). With a slag amount of 700kt / a, this corresponds to an iron content of 280kt / a.
  • the slag is already liquid and therefore only relatively little energy has to be expended to carry out the process. Therefore, the present invention is based on the approach to remove the non-ferrous metals from the slag product and to use the remaining slag product (containing slag formers Si, Ca, Mg, Al and Fe as oxides) as raw material for the production of pig iron or steel.
  • This downstream process allows the upstream process steps more flexibility in the processing of copper raw materials.
  • the complexity of these raw materials in terms of their composition will continue to increase in the future, which is due to the fact that the existing copper ore deposits are poorer.
  • impurities processing huts
  • Zn and steel pests such as S and P are important parameters in terms of the steel industry.
  • the copper application is crucial.
  • the newly developed process according to the invention covers these requirements and pursues the goal of the so-called "zero-waste metallurgy", ie all products resulting from the production process are further processed.
  • Circulation products from the copper and steel industries eg, desserts, smoothing, fly ash, food, metal phases
  • slags Process temperature e.g., desserts, smoothing, fly ash, food, metal phases
  • ⁇ E-oven rectangular, treatment zone, rest zone, tapping executed as overflow, inlet via gutter system, gas input through soil rinsing
  • FIG. 1 a schematic representation of the process flow
  • FIG. 2 a table for the specification of the starting material
  • Fig. 3 A table for the specification of the slag product from the process.
  • Fig. 1 shows a schematic representation for carrying out the individual process steps.
  • the process sequence in the deep reduction of iron silicate rock to a fayalite or magnetite product is shown as a raw material for use in the iron and steel industry.
  • the slag from the primary copper process is preferably charged liquid in the Tiefred uktionsrea.
  • the liquid slag preferably has a temperature in the range of 1200 ° C to 1350 ° C. Typical is a temperature value of about 1260 ° C.
  • the aim of the process is to separate the precious metals contained in it by selective reduction of the iron.
  • the iron remains bound to silicon and / or oxygen as a fayalite product (Fe 2 SiO 4 ) or magnetite product (Fe 3 O 4 ) for further use as a feedstock in the iron and steel industry.
  • This product contains other oxides of Ca, Mg or Cr as impurities.
  • the specification for the product can be found in the table according to FIG. 3.
  • the entry of oxygen must remove the residual sulfur present from the system so that the subsequent reduction period can be carried out efficiently.
  • max. 7% solid carbon based on the amount of slag is covered in the molten bath and protected against further oxygen access.
  • the CO / CO2 ratio of the process atmosphere must be adjusted so that it does not exceed an oxygen potential of 10 "12 atm.
  • the obtained fly ash has a composition of about 40-60% Zn, 10-20% Pb and ⁇ 10% As and can be used as a raw material for the zinc production eg in the so-called rolling process.From the example considered here An annual tonnage of 700,000 1 is to be expected with a flow rate of about 20,000 tonnes.
  • the copper content after this process step is still about 0.2-0.3% Cu.
  • carbon monoxide is introduced as a reducing agent via rinsing stones arranged on the bottom.
  • the advantage of soil flushing lies in the much lower required gas velocity compared to a lancet purging.
  • the mineralogy of the slag product can be adapted for the respective application. If the product is to be used, for example, directly in the blast furnace, the fayalite phase obtained is sufficient. For use above the blast furnace, the pre-treatment in the sinter plant is necessary. The melting range of fayalite (about 1180 °) is too low for this and would lead to problems in processing. Therefore, the adjustment of the manganese content in the finished product is necessary. By adding a defined amount of oxygen, this ratio can be adjusted according to the customer's requirements. The oxygen can be added not only in From oxygen gas, but also in the form of intermediates serving as oxygen donors, such. B. Fe2O3 dust from the steel industry.

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Abstract

Das Verfahren dient zur Aufbereitung von Eisensilikatgestein. Aus dem Eisensilikatgestein wird mindestens ein Bestandteil mindestens teilweise entfernt. Mindestens ein zu Eisen unterschiedlicher Bestandteil wird dabei aus dem Eisensilikatgestein entfernt. Das aufbereitete Eisensilikatgestein wird zur Herstellung von Roheisen oder Stahl verwendet. Die Vorrichtung zur Verwertung des aufbereiteten Silikatgesteins ist als Einrichtung zur Herstellung von Roheisen oder Stahl ausgebildet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Eisensilikatgestein
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Eisensilikatgestein, bei dem aus dem Eisensilikatgestein mindestens ein Bestandteil mindestens teilweise entfernt wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Verarbeitung von aufbereitetem Eisensilikatgestein.
Das Eisensilikatgestein wird derzeit nahezu ausschließlich mechanisch verwertet. Das Eisensilikatgestein entsteht als Schlacke bei der Verhüttung von Kupfererzen.
Das Eisensilikatgestein wird derzeit beispielsweise in Formen gegossen und die erhaltenen Formkörper werden zur Uferbefestigung verwendet. Ebenfalls ist bereits eine Granulierung des Eisensilikatgesteins bekannt. Grobes Granulat wird beispielsweise als Schotter für Bahndämme verwendet. Feineres Granulat kommt beim Sandstrahlen zum Einsatz.
Eisensilikatgestein besteht im Wesentlichen hinsichtlich seiner Gewichtsanteile aus Eisen, Silizien und Sauerstoff. Neben dem Gehalt an Eisen enthält das Eisensilikatgestein auch Nebenelemente, beispielsweise Kupfer, Blei, Arsen, Nickel und/oder Zink.
Bei der Verhüttung von Kupfererzen (überwiegend Chalkopyrit) entstehen große Mengen an Schlacke. Bezogen auf die Menge an wertmetallhaltigem Einsatzmaterial fällt in der Kupferindustrie mit 600kg Schlacke /t Erzkonzentrat im Vergleich zur Eisen- und Stahlindustrie etwa die dreifache Menge Schlacke an.
Weltweit wird bereits Schlackenreinigung betrieben mit dem Hauptziel der Steige- rung/Maximierung der Kupferausbringung. Es gibt letztlich zwei Verfahrensansätze: a) Pyrometallurgisch - im E-Ofen oder im öl-/gasbefeuerten Teniente-Ofen. Dabei erfolgt eine schmelzflüssige Behandlung der Schlacke durch gravimetrische Phasentrennung des Schlacken/Kupfersteingemisches. Eine Koksabdeckung (Re- duktant) hat die Hauptaufgabe, einen Sauerstoffzutritt zur Schmelze zu vermeiden. b) Hydrometallurgisch - Schlackenflotation. Nach Erstarren der Schlacke erfolgt ein Mahlprozess und anschließend die Flotation der sulfidischen Kupferpartikel. Es entsteht ein Konzentrat, das wieder in den Primärprozess zurückgeführt werden kann.
Die Restkupfergehalte dieser Verfahren liegen bei ca. 0,4 -0,8 % und beide Verfahren sind nicht für die metallurgische Entfernung weiterer Verunreinigungen ausgelegt. Das dabei entstehende Schlackenprodukt (egal ob aus pyro- oder hydrome- tallgisch) hat ein Problem: Es gibt nahezu keine wirtschaftliche Anwendung und die verfügbaren Anwendungen sind von geringer Wertschöpfung. Der größte Anteil der weltweit erzeugten Kupferschlacke (ca. 15 Mill. t/a) wird deshalb deponiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, dass eine verbesserte Wirtschaftlichkeit bereitgestellt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein zu Eisen unterschiedlicher Bestandteil mindestens teilweise entfernt wird und dass das aufbereitete Eisensilikatgestein zur Herstellung von Stahl Roheisen verwendet wird.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, dass eine verbesserte Wirtschaftlichkeit erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung als eine Einrichtung zur Herstellung von Roheisen oder Stahl ausgebildet ist.
Der Metallinhalt von Kupferschlacken wurde bisher nicht genutzt (weder die Nichteisenmetalle noch der Eiseninhalt). Bei einer Schlackenmenge von 700kt/a entspricht dies einem Eiseninhalt von 280kt/a. Die Schlacke ist bereits flüssig und es muss daher nur mehr vergleichsweise wenig Energie aufgewendet werden, um den Prozess durchzuführen. Daher basiert die vorliegende Erfindung auf dem Ansatz, die Nichteisenmetalle aus dem Schlackenprodukt zu entfernen und das verbleibende Schlackenprodukt (enthält Schlackenbildner Si, Ca, Mg, AI und Fe als Oxide) als Rohstoff für die Herstellung von Roheisen oder Stahl zu verwenden.
Dieser nachgeschaltete Prozess erlaubt den vorgelagerten Prozessschritten mehr Flexibilität bei der Verarbeitung der Kupferrohstoffe. Die Komplexität dieser Rohstoffe hinsichtlich deren Zusammensetzung wird in Zukunft weiter steigen, was dadurch bedingt ist, dass die vorhandenen Kupfererzvorkommen ärmer werden. Neben wirtschaftlich interessanten Verunreinigungen (verarbeitende Hütten erhal- ten eine Vergütung von den Minen für die Verarbeitung von Konzentraten mit erhöhten Gehalten) wie z.B. As, Pb, sind im Hinblick auf die Stahlindustrie vor allem auch z.B. Zn und Stahlschädlinge wie S und P wichtige Parameter. Darüber hinaus ist natürlich die Kupferausbringung entscheidend. Der neu entwickelte erfindungsgemäße Prozess deckt diese Anforderungen ab und verfolgt das Ziel der sog.„zero- waste-Metallurgie", d.h. alle im Produktionsprozess entstehenden Produkte werden weiterverarbeitet.
Nachfolgend erfolgt eine stichpunktartige Beschreibung der wesentlichen Prozessschritte bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Aufbereitung von Eisensilikatgestein
Prozessbeschreibung
Einsatzstoffe:
■ Eisensilikatgestein, Fayalit - (Cu-Schlacke aus Primärkupfererzeugung)
■ Reduktionsmittel (fest - Koks, Kohle; gasförmig - CO, H2, Fe)
■ Sammlermetalle (Cu, Fe)
■ Elektrische Energie
■ Erdgas oder Erdgaszersetzungsprodukte
■ Luft/ Sauerstoff
■ Kreislaufprodukte aus der Kupfer- und Stahlindustrie (z.B. Gekrätze, Glätten, Flugstäube, Speise, Metallphasen) oder Schlacken Prozesstemperatur:
■ 1300 - 1600 °C (bisher optimale Prozesstemperatur bei 1400 °C) Aqgreqat(e):
■ E-Ofen (rechteckig, Behandlungszone, Ruhezone, Abstich als Überlauf ausgeführt, Zulauf über Rinnensystem, Gaseintrag durch Bodenspülung)
■ Geschlossener AOD-Konverter mit Bodenspülung Prozessführung:
■ Diskontinuierlich
■ Kontinuierlich (bevorzugt, abhängig von den laufenden Untersuchungen ob tatsächlich realisierbar)
■ Mehrstufig - Notwendig! Enerqiezuführung:
■ E-Ofen - elektrisch (sehr geringe Sauerstoffpotentiale einstellbar)
■ AOD-Konverter - gasbefeuert (unterstöchiometrische Verbrennung erforderlich (□ < 1 ; bevorzugt 0,8-0,9; Nachteil - Sauerstoffpotential erhöht im Vergleich zum E-Ofen) Verweilzeit:
■ Noch nicht endgültig ermittelt; ca. 2-6 h Produkte:
■ Schlackenprodukt(e) - Fayalitprodukt, Magnetitprodukt
■ Flugstaub
■ Metalllegierung
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 : Eine schematische Darstellung zum Prozessablauf, Fig. 2: Eine Tabelle zur Spezifikation des Einsatzstoffes,
Fig. 3: Eine Tabelle zur Spezifikation für das Schlackenprodukt aus dem Prozess.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Durchführung der einzelnen Prozessschritte. Insbesondere wird der Prozessablauf bei der Tiefreduktion von Eisensilikatgestein zu einem Fayalit- oder Magnetitprodukt als Rohstoff für den Einsatz in der Eisen- und Stahlindustrie dargestellt. Die Schlacke aus dem primären Kupferprozess wird bevorzugt flüssig in den Tiefred uktionsprozess chargiert. Die flüssige Schlacke weist bevorzugt eine Temperatur im Bereich von 1200 °C bis 1350 °C auf. Typisch ist ein Temperaturwert von etwa 1260 °C.
Alternativ ist auch daran gedacht, Schlackenhalden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufzuarbeiten. Im Vergleich zur Verarbeitung von flüssiger Schlacke wird hier jedoch ein höherer Energiebedarf verursacht, da zunächst ein Einschmelzen des festen Materials erforderlich ist. Eine typische Analyse des Einsatzstoffes ist in der Tabelle gemäß Fig. 2 dargestellt.
Ziel des Prozesses ist es, die enthaltenen edleren Wertmetalle durch selektive Reduktion vom Eisen zu trennen. Das Eisen verbleibt, gebunden an Silizium und/oder an Sauerstoff als Fayalitprodukt (Fe2Si04) oder Magnetitprodukt (Fe3O4) für die weitere Verwendung als Einsatzstoff in der Eisen- und Stahlindustrie. Dieses Produkt enthält weitere Oxide von Ca, Mg oder Cr als Verunreinigungen. Die Spezifikation für das Produkt findet sich in der Tabelle gemäß Fig. 3.
Während des Aufheizens auf die bevorzugte Prozesstemperatur von 1400 °C muss durch den Eintrag von Sauerstoff der vorhandene Restschwefel aus dem System entfernt werden, damit die anschließende Reduktionsperiode effizient ausgeführt werden kann. Durch Zugabe von max. 7 % festen Kohlenstoff bezogen auf die Schlackenmenge wird das Schmelzbad abgedeckt und vor weiterem Sauerstoffzutritt geschützt. Das CO/CO2-Verhältnis der Prozessatmosphäre ist so einzustellen, dass ein Sauerstoffpotential von 10"12 atm nicht überschritten wird. In dieser Phase verflüchtigen die volatilen Bestandteile der Schlacke und verlassen mit dem Abgas den Prozess. Im Zuge der Abgasbehandlung fallen diese in Form ihrer Oxide als Flugstaub an. Der erhaltene Flugstaub hat eine Zusammensetzung von etwa 40- 60 % Zn, 10-20 % Pb und <10 % As und kann als Rohstoff für die Zinkerzeugung z.B. im sog. Wälzprozess eingesetzt werden. Aus dem hier betrachteten Beispiel mit einer Jahrestonnage von 700.000 1 ist mit einer Flugstaubmenge von ca. 20.000 t zu rechnen. Der Kupfergehalt nach diesem Prozessschritt beträgt noch etwa 0,2-0,3 % Cu. Zur selektiven Trennung von Kupfer und Eisen wird über am Boden angeordnete Spülsteine Kohlenmonoxid als Reduktionsmittel eingetragen. Der Vorteil der Bodenspülung liegt in der wesentlich geringeren benötigten Gasgeschwindigkeit im Vergleich zu einer Lanzenspülung. Dies führt zu einer intensiven Vermischung zwischen Schlacke, Metall und Gasphase. Die Reduktion findet an der Phasengrenzfläche Gas/Schlacke nach der Reaktionsgleichung CU2O + CO - 2Cu + CO2 statt. Die gebildeten Metalltropfen sind sehr fein (max. 20 pm) und müssen in einer Beruhigungszone durch Dichtetrennung von der Schlackenphase getrennt werden.
Je nach weiterem Verarbeitungsweg kann die Mineralogie des Schlackenproduktes für den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden. Soll das Produkt zum Beispiel direkt im Hochofen eingesetzt werden, ist die erhaltene Fayalitphase ausreichend. Für den Einsatz über den Hochofenmöller ist die Vorbehandlung in der Sinteranlage notwendig. Der Schmelzbereich von Fayalit (ca. 1180 °) ist hierfür zu gering und würde zu Problemen in der Verarbeitung führen. Daher ist die Einstellung des Mag- netigehaltes im Fertigprodukt notwendig. Durch Zusatz einer definierten Menge an Sauerstoff kann dieses Verhältnis nach der Anforderungen des Kunden eingestellt werden. Der Sauerstoff kann nicht nur in From von Sauerstoffgas zugesetzt werden, sondern auch in Form von Zwischenprodukten, die als Sauerstoffdonatoren dienen, wie z. B. Fe2O3-Staub aus der Stahlindustrie.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Aufbereitung von Eisensilikatgestein, bei dem aus dem Eisensilikatgestein mindestens ein Bestandteil mindestens teilweise entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zu Eisen unterschiedlicher Bestandteil mindestens teilweise entfernt wird und dass das aufbereitete Eisensilikatgestein zur Herstellung von Roheisen oder Stahl verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Eisensilikatgestein in einem flüssigen Zustand aufbereitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Eisensilikatgestein mit einer Temperatur von etwa 1300 °C bis 1600 °C aufbereitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Aufbereitung ein Reduktionsmittel zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitung mehrstufig durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Aufbereitung mindestens zeitweilig Sauerstoff zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitung innerhalb eines Elektroofens mit Bodenspülung durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der Aufbereitung ein Reduktionsmittel zugeführt wird.
9. Vorrichtung zur Aufbereitung von Eisensilikatgestein, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisensilikatgestein in einem Ofen aufbereitet wird, der eine Zufuhreinrichtung für ein Gas aufweist.
10. Vorrichtung zur Verarbeitung von aufbereitetem Eisensilikatgestein, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als eine Einrichtung zur Herstellung von Roheisen oder Stahl ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausbildung als ein Hochofen vorliegt.
EP15749967.4A 2014-07-11 2015-06-18 Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von eisensilikatgestein Withdrawn EP3167084A1 (de)

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