EP4495271A1 - Verfahren zum verwerten von bei einer direktreduktion von eisenerzträgern mit ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem reduktionsgas anfallenden fraktionen - Google Patents

Verfahren zum verwerten von bei einer direktreduktion von eisenerzträgern mit ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem reduktionsgas anfallenden fraktionen Download PDF

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EP4495271A1
EP4495271A1 EP23186885.2A EP23186885A EP4495271A1 EP 4495271 A1 EP4495271 A1 EP 4495271A1 EP 23186885 A EP23186885 A EP 23186885A EP 4495271 A1 EP4495271 A1 EP 4495271A1
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EP
European Patent Office
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iron
fractions
ammonia
direct reduction
nitrogen compounds
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EP4495271C0 (de
EP4495271B1 (de
Inventor
Nils JÄGER
Daniel Schubert
Boris Kohnen
Matthias Weinberg
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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    • C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/02—Working-up flue dust

Definitions

  • the invention relates to a process for utilizing fractions resulting from the direct reduction of iron ore carriers with reducing gas containing or consisting of ammonia.
  • the direct reduction of iron ore carriers can also be carried out using ammonia (NH 3 ) as the reducing gas instead of pure hydrogen (H 2 ), see for example " Reducing Iron Oxide with Ammonia - A Sustainable Path to Green Steel", Advanced Science, 2023, available at: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202300111
  • NH 3 ammonia
  • H 2 pure hydrogen
  • the reduction of the iron ore carrier to sponge iron is carried out in a reduction zone with ammonia, which is fed into the reduction zone at temperatures in the range of 500 °C to 1100 °C.
  • the hot ammonia not only reacts chemically with the iron ore carrier, but also heats it up by contact as it flows through it.
  • the iron ore carrier reduced to sponge iron using ammonia forms iron-nitrogen compounds, particularly on the surface of the sponge iron.
  • the advantage of a reducing gas containing or consisting of ammonia is that the nitrogen content of the ammonia passivates the surface of the sponge iron and therefore hot briquetting (HBI) of the sponge iron, which is intended to prevent reoxidation during storage, can be omitted.
  • the sponge iron containing iron-nitrogen compounds is melted in a smelter and these compounds are thus "lost" in the melt.
  • the iron-nitrogen compounds produced during direct reduction which inevitably occur in increased and highly concentrated form as fractions at the outlet where the sponge iron exits a direct reduction plant and/or during transport of the sponge iron for further processing or storage, or which can also be filtered out as fractions from the top gas discharged from the direct reduction plant, are either collected and disposed of at great expense or pelletized and/or sintered as feedstocks, particularly depending on the degree of metallization, and can be used, for example, in a blast furnace or direct reduction plant or smelter.
  • iron ore carriers consist of iron oxide in the form of hematite (Fe 2 O 3 ) or magnetite (Fe 3 O 4 ). Both forms of iron oxide are stable at ambient temperature.
  • Iron ore pellets usually consist of hematite (Fe 2 O 3 ), but can also have a core of magnetite (Fe 3 O 4 ).
  • Iron ore carriers can be provided in the form of sinter, pellets and/or iron ore/lump ore.
  • iron-nitrogen compounds iron nitride
  • iron nitride iron-nitrogen compounds
  • the object of the present invention is to provide the fractions resulting from direct reduction using ammonia for profitable and/or material utilization.
  • the teaching according to the invention thus relates to a process for utilizing fractions obtained during a direct reduction of iron ore carriers with reducing gas containing or consisting of ammonia, wherein the fractions contain or consist of iron-nitrogen compounds which are used as starting material for magnet production or as starting material for iron-nitrogen alloys.
  • Fractions containing or consisting of iron-nitrogen compounds can be used materially and, in particular, profitably in a recycling process as starting material for magnet production.
  • the “pulverization” of the starting material to the required material size required for magnet production depends, among other things, on the dimensions of the magnet to be produced and is therefore also known to the expert.
  • An alternative teaching according to the invention thus relates to a process for utilizing fractions obtained during a direct reduction of iron ore carriers with reducing gas containing or consisting of ammonia, wherein the fractions contain or consist of iron-nitrogen compounds which are used as starting material for the production of alloy additives for use in metal melts.
  • Fractions containing or consisting of iron-nitrogen compounds can alternatively be used materially and, in particular, profitably in a recycling process as starting material for the production of alloy additives for use in metal melts.
  • these alloying additives can be added to metal melts when, for example, the nitrogen content in iron-containing metal melts needs to be increased, preferably in the production of stainless steels or austenitic steels, in order to be able to set a target structure by specifically increasing/conditioning the nitrogen content.
  • These previous additions of nitrogen or nitrogen compounds can be partially or completely replaced by the new starting material provided. The corresponding steps are familiar to the person skilled in the art.
  • a further alternative teaching according to the invention thus relates to a process for utilizing fractions obtained during a direct reduction of iron ore carriers with reducing gas containing or consisting of ammonia, wherein the fractions contain or consist of iron-nitrogen compounds which are used as starting material for the production of fertilizers.
  • Fractions containing or consisting of iron-nitrogen compounds can be used alternatively and, in particular, profitably as starting materials for the production of fertilizers.
  • Fertilizers contain nitrogen or nitrogen compounds as well as iron or iron compounds. These can be partially or completely replaced by the new starting material provided. The corresponding steps for producing fertilizers are known to those skilled in the art.
  • fractions are understood to mean dusts with a diameter between > 0 and 2 mm or less, in particular less than 1 mm, and/or particles, such as abrasion or fragments, with a diameter between > 2 and 20 mm or less, in particular less than 15 mm.
  • the focus is on the reduction of iron ore carrier to sponge iron using a reducing gas containing or consisting of ammonia.
  • the reducing gas can therefore either consist of 100 vol.% ammonia or in the form of a mixed gas containing ammonia with at least 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 or 90 vol.%, and a remainder comprising a carbon and/or hydrogen-containing gas, such as CO, H 2 , CH 4 or a mixture thereof.
  • the remainder can preferably be recycled gas, which is discharged from the direct reduction plant as so-called top gas, and passes through at least one of the process stages for dedusting, dehumidifying and CO 2 separation.
  • a part can also be used as fuel gas to operate at least one reducing gas heater for the required heating of the reducing gas.
  • Degree of metallization [%] 100 * Fe elemental [%] / Fe total [%]. Due to the contact of the iron ore carrier surface with the hot reducing gas, the reaction processes and ultimately the metallization start from the outside to the inside. A complete reduction, i.e. a degree of metallization of 100%, is theoretically possible, but in practice economic efficiency plays an important role and thus the time for the reduction, so that a degree of metallization of up to 100%, especially up to 98% is the aim. A degree of metallization of at least 80%, in particular 85%, preferably at least 90%, more preferably at least 92% and particularly preferably at least 94% should be aimed for in the direct reduction process.
  • the sponge iron exits the outlet of a direct reduction plant, so that emissions are very high at this point, so that according to one embodiment, the fractions arising at the outlet of a direct reduction plant are collected and/or removed via suitable collectors and/or separators. Furthermore, the emissions in an outgoing and/or transport system for conveying the sponge iron to further process stages are also very high, so that additionally or alternatively according to one embodiment, the fractions arising at an outgoing and/or transport system for conveying the sponge iron are collected and/or removed via suitable collectors and/or separators. If the sponge iron is optionally fed to a briquetting process, the fractions arising during briquetting of the sponge iron can also be collected and/or removed via suitable collectors and/or separators. Collectors and/or separators are familiar to the person skilled in the art for the application in question here.
  • At least one magnetic separator is used, which can specifically filter out the magnetic fractions, i.e. those containing or consisting of iron-nitrogen compounds.
  • This form of separation is also familiar to the person skilled in the art. It can be used in a first separation step or only in a second separation step.
  • the top gas extracted from a direct reduction plant is passed through a suitable separator and "dedusted", whereby the “dedusted material” is additionally passed through at least one magnetic separator in order to specifically filter out the fractions containing or consisting of iron-nitrogen compounds, since they are magnetic compared to non-reduced material and can thus be separated from it.
  • the sponge iron can be fed to at least one means in which a removal of fractions containing or consisting of iron nitrogen compounds is forced in order, for example, to be able to provide a larger amount of starting material for magnet production.
  • FIG. 1 shows a sketch of a direct reduction plant (10) which is designed in the form of a shaft furnace. However, it can also have a rotary kiln or any form of furnace or reactor in which a direct reduction of iron ore carriers can be implemented.
  • iron ore carriers in the form of, for example, lump/iron ore " iron ore " (io) are introduced at the upper end of the shaft furnace.
  • the reduced iron ore carrier is removed as sponge iron " sponge iron” (si).
  • At least one reduction zone (11) is arranged in the direct reduction plant (10).
  • Reducing gas (12) consisting of ammonia or containing ammonia is introduced into the reduction zone (11), flows through the iron ore carriers located in the reduction zone (11) in the countercurrent principle, thus against a direction of movement of the iron ore carrier (io) or sponge iron, carries out its work there and is withdrawn at the upper part of the shaft furnace as top gas (13).
  • the extracted top gas (13) is, for example, passed through a separator (not shown) and "dedusted", which can be designed as a cyclone, electrostatic precipitator, cloth filter, scrubber, etc.
  • the "dedusted material” can additionally and if required be passed through, for example, at least one magnetic separator, which can filter out the fractions (15) containing or consisting of iron-nitrogen compounds, which are magnetic and can therefore be separated from the remaining and non-magnetic material, i.e. non-reduced material.
  • the "dedusted" top gas can be further processed, for example dewatered and optionally, if present, freed of CO 2 , and preferably mixed as recirculated gas with a proportion of "fresh" ammonia to form a reducing gas.
  • the proportion of ammonia supplied depends on how much has been removed in balance between the top gas extraction and the mixture with fresh gas in order to be able to keep the process stable.
  • the reducing gas (12) Before being introduced into the direct reduction zone (11) of the direct reduction plant (10), the reducing gas (12) is passed through at least one reducing gas heater (not shown) and heated to a temperature of at least 500 and up to 1100 °C.
  • the sponge iron (si) emerging from the direct reduction plant (10) is generally discharged via discharge and/or transport systems (14), which can preferably be enclosed in order to keep emissions and thus environmental pollution to a minimum.
  • the discharge and/or transport systems (14) transport the sponge iron (si) to further process stages not shown, such as an electric melter or alternatively and if required, to a hot briquetting plant. Since the discharge and also the conveying in the discharge and/or transport system (14) is very rough, a high proportion of fractions arise which are collected and/or discharged via collectors and/or separators (not shown), wherein, if required, the fractions (15) containing or consisting of iron-nitrogen compounds can also be filtered out via, for example, magnetic separators (not shown).
  • the iron sponge can be passed through a rotating drum (16) or another suitable means, for example, in which a removal of further fractions (15) containing or consisting of iron-nitrogen compounds is forced, in particular in order to be able to provide more starting material for magnet production.
  • the sponge iron (si) can be fed to a briquetting process and the fractions (15) also arising during the briquetting of the sponge iron (si) can be collected and/or removed via suitable collectors and/or separators.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwerten von bei einer Direktreduktion von Eisenerzträgern (io) mit Ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem Reduktionsgas (12) anfallenden Fraktionen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwerten von bei einer Direktreduktion von Eisenerzträgern mit Ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem Reduktionsgas anfallenden Fraktionen.
  • Die Direktreduktion von Eisenerzträgern kann auch mit Ammoniak (NH3) als eingespeistes Reduktionsgas anstelle von reinem Wasserstoff (H2) erfolgen, vgl. beispielhaft "Reducing Iron Oxide with Ammonia - A Sustainable Path to Green Steel", Advanced Science, 2023, abrufbar unter: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202300111. Bei der Erzeugung von Eisenschwamm wird die Reduktion des Eisenerzträgers zu Eisenschwamm in einer Reduktionszone mit Ammoniak durchgeführt, welches mit Temperaturen im Bereich von 500 °C bis 1100 °C in die Reduktionszone eingespeist wird. Das heiße Ammoniak reagiert nicht nur chemisch mit dem Eisenerzträger, sondern erwärmt dieses auch beim Durchströmen durch Kontakt.
  • Der mittels Ammoniak zu Eisenschwamm reduzierte Eisenerzträger bildet Eisen-Stickstoffverbindungen, insbesondere auf der Oberfläche des Eisenschwamms aus. Der Vorteil bei einem Ammoniak enthaltenden oder aus Ammoniak bestehenden Reduktionsgases ist auch, dass der Stickstoffanteil des Ammoniaks die Oberfläche des Eisenschwamms passiviert und daher eine Heißbrikettierung (HBI) des Eisenschwamms, welche im Falle einer Lagerung eine Reoxidation vermeiden soll, entfallen kann. Der Eisen-Stickstoffverbindungen enthaltende Eisenschwamm wird in einem Einschmelzer aufgeschmolzen und diese Verbindungen gehen somit in der Schmelze "verloren". Die bei der Direktreduktion erzeugten Eisen-Stickstoffverbindungen, welche verstärkt und hochkonzentriert als Fraktionen, am Ausgang, an welchem der Eisenschwamm aus einer Direktreduktionsanlage austritt, und/oder beim Transport des Eisenschwamms zu seiner Weiterverarbeitung oder Lagerung unweigerlich auftreten, oder auch insbesondere als Fraktionen aus dem aus der Direktreduktionsanlage ausgespeisten Topgas herausgefiltert werden können, werden entweder gesammelt und aufwendig deponiert oder als Einsatzstoffe, insbesondere je nach Metallisierungsgrad pelletiert und/oder gesintert und beispielweise in einem Hochofen oder Direktreduktionsanlage oder Einschmelzer verwertet werden können.
  • Natürliche Eisenerzträger bestehen nebst Gangart aus Eisenoxid in Form von Hämatit (Fe2O3) oder Magnetit (Fe3O4). Beide Eisenoxidformen sind bei Umgebungstemperatur stabil. Pellets aus Eisenerz bestehen in der Regel aus Hämatit (Fe2O3), können aber auch noch einen Kern aus Magnetit (Fe3O4) aufweisen. Eisenerzträger können in Form von Sinter, Pellets und/oder Eisen-/Stückerz bereitgestellt werden.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2014 108 271 A1 ist ferner bekannt, ein Eisenoxid mit einer spezifischen Oberfläche herzustellen, indem Eisen(II)-sulfat, Eisen(III)-chlorid und Natriumhydroxid verwendet werden, welches einer Reduktions- und einer anschließenden Nitrierbehandlung ausgesetzt wird. Aus dem so erzeugten Eisennitrid-Pulver kann ein Magnet mit hervorragender Koerzitivfeldstärke abhängig vom Verhältnis Fe16N zu Fe4N in einem Formpress-Prozess gepresst werden.
  • Es gibt unterschiedliche und der Fachwelt bekannte Verfahren zur Herstellung von Magneten, aber die häufigste Methode ist die Pulvermetallurgie. Dabei wird eine geeignete Zusammensetzung zu feinem Pulver zermahlen, verdichtet und erwärmt, um eine Verdichtung beispielsweise durch "Flüssigphasensintern" zu erreichen.
  • Es ist bekannt, dass Eisen-Stickstoffverbindungen (Eisennitrid) sehr starke Permanentmagnete ausbilden. Diese sind eine kostengünstige Alternative zu den teuren Seltenerdmagneten. Die Herstellung von (Permanent-)Magneten aus oder umfassend Eisennitrid ist Stand der Technik.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bei der Direktreduktion mittels Ammoniak anfallenden Fraktionen einer gewinnbringenden und/oder stofflichen Verwertung zuzuführen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Die erfindungsgemäße Lehre betrifft somit ein Verfahren zum Verwerten von bei einer Direktreduktion von Eisenerzträgern mit Ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem Reduktionsgas anfallenden Fraktionen, wobei die Fraktionen Eisen-Stickstoffverbindungen enthalten oder daraus bestehen, welche als Ausgangsmaterial für die Magnetherstellung oder als Ausgangsmaterial für Eisen-Stickstoff-Legierungen verwendet werden.
  • Anfallende Fraktionen enthaltend oder bestehend aus Eisen-Stickstoffverbindungen können stofflich und insbesondere gewinnbringend in einer Verwertung als Ausgangsmaterial für die Magnetherstellung verwendet werden.
  • Das für die Magnetherstellung erforderliche "Pulverisieren" auf die erforderliche Materialgröße des Ausgangsmaterials ist u. a. abhängig von der Dimension des herzustellenden Magneten, somit auch für den Fachmann bekannt.
  • Eine alternative erfindungsgemäße Lehre betrifft somit ein Verfahren zum Verwerten von bei einer Direktreduktion von Eisenerzträgern mit Ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem Reduktionsgas anfallenden Fraktionen, wobei die Fraktionen Eisen-Stickstoffverbindungen enthalten oder daraus bestehen, welche als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Legierungszusätzen für den Einsatz in Metallschmelzen verwendet werden.
  • Anfallende Fraktionen enthaltend oder bestehend aus Eisen-Stickstoffverbindungen können alternativ stofflich und insbesondere gewinnbringend in einer Verwertung als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Legierungszusätzen für den Einsatz in Metallschmelzen verwendet werden.
  • Insbesondere können diese Legierungszusätze Metallschmelzen zugeführt werden, wenn beispielsweise in eisenhaltigen Metallschmelzen der Stickstoffgehalt erhöht werden muss, vorzugsweise bei der Erzeugung von Edelstählen oder austenitischen Stählen, um ein Zielgefüge durch gezielte Erhöhung/Konditionierung des Stickstoffgehalts einstellen zu können. Diese bisherigen Zugaben von Stickstoff oder Stickstoffverbindungen können zum Teil oder vollständig durch das neue bereitgestellte Ausgangsmaterial substituiert werden. Die entsprechenden Schritte sind dem Fachmann geläufig.
  • Eine weitere alternative erfindungsgemäße Lehre betrifft somit ein Verfahren zum Verwerten von bei einer Direktreduktion von Eisenerzträgern mit Ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem Reduktionsgas anfallenden Fraktionen, wobei die Fraktionen Eisen-Stickstoffverbindungen enthalten oder daraus bestehen, welche als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Düngemittel verwendet werden.
  • Anfallende Fraktionen enthaltend oder bestehend aus Eisen-Stickstoffverbindungen können weiter alternativ stofflich und insbesondere gewinnbringend in einer Verwertung als Ausgangsmaterial für die die Herstellung von Düngemittel verwendet werden.
  • Düngemittel enthalten Stickstoff oder Stickstoffverbindungen wie auch Eisen oder Eisenverbindungen. Diese können zum Teil oder vollständig durch das neue bereitgestellte Ausgangsmaterial substituiert werden. Die entsprechenden Schritte zur Herstellung von Düngemittel sind dem Fachmann bekannt.
  • Unter Fraktionen werden im Sinne der Erfindung Stäube mit einem Durchmesser zwischen > 0 und 2 mm oder weniger, insbesondere weniger als 1 mm, und/oder Partikel, wie zum Beispiel Abrieb oder Bruchstücke, mit einem Durchmesser zwischen > 2 und 20 mm oder weniger, insbesondere weniger als 15 mm, verstanden.
  • Im Vordergrund steht die Reduktion von Eisenerzträger zu Eisenschwamm mittels eines Reduktionsgases enthaltend oder bestehend aus Ammoniak. Das Reduktionsgas kann somit entweder zu 100 Vol.-% aus Ammoniak bestehen oder in Form eines Mischgases enthaltend Ammoniak mit mindestens 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder 90 Vol.-%, und einem Rest umfassend ein kohlenstoff- und/oder wasserstoffhaltiges Gas, wie zum Beispiel CO, H2, CH4 oder eine Mischung daraus. Der Rest kann vorzugsweise rückgeführtes Gas sein, welches als sogenanntes Topgas aus der Direktreduktionsanlage abgeführt wird, und mindestens eine der Prozessstufen zur Entstaubung, zur Entfeuchtung und zur CO2-Abscheidung durchläuft. Des Weiteren kann auch ein Teil als Brenngas zum Betreiben mindestens eines Reduktionsgaserwärmers zum erforderlichen Erhitzen des Reduktiongases genutzt werden. Um die Massenbilanz und den Direktreduktionsprozess stabil zu halten, wird bevorzugt "frisches" Ammoniak dem rückgeführten Gas zugemischt, insbesondere bevor es durch den Reduktionsgaserwärmer durchgeleitet wird. Diese Vorgehensweise ist dem Fachmann bekannt.
  • Bei der Reduktion von Eisenerzträger zu Eisenschwamm nimmt das elementare Eisen zu und lässt sich durch den Metallisierungsgrad beschreiben: Metallisierungsgrad [%] = 100 * Fe elementar [%] / Fe total [%]. Aufgrund des Kontakts der Eisenerzträgeroberfläche mit dem heißen Reduktionsgas beginnen die Reaktionsvorgänge und letztendlich das Metallisieren von außen nach innen. Eine vollständige Reduktion, sprich ein Metallisierungsgrad von 100 %, ist zwar theoretisch möglich, in der Praxis spielt die Wirtschaftlichkeit eine wichtige Rolle und somit die Zeit für die Reduktion, so dass ein Metallisierungsgrad bis zu 100 %, insbesondere eher bis zu 98 %, angestrebt wird. Ein Metallisierungsgrad von mindestens 80 %, insbesondere 85 %, vorzugsweise mindestens 90 %, bevorzugt mindestens 92 % und besonders bevorzugt mindestens 94 % sollte im Direktreduktionsprozess angestrebt werden.
  • Am Ausgang einer Direktreduktionsanlage tritt der Eisenschwamm aus, so dass an dieser Stelle die Emission sehr hoch ist, so dass gemäß einer Ausgestaltung die am Austrag einer Direktreduktionsanlage anfallenden Fraktionen über geeignete Sammler und/oder Abscheider gesammelt und/oder abgeführt werden. Des Weiteren sind auch die Emissionen in einem vom Austrag abgehenden Ausführ- und/oder Transportsystem zum Befördern des Eisenschwamms zu weiteren Prozessstufen sehr hoch, so dass zusätzlich oder alternativ gemäß einer Ausgestaltung die an einem Ausführ- und/oder Transportsystem zum Befördern des Eisenschwamms anfallenden Fraktionen über geeignete Sammler und/oder Abscheider gesammelt und/oder abgeführt werden. Wird der Eisenschwamm optional einer Brikettierung zugeführt, so können auch die bei einer Brikettierung des Eisenschwamms anfallenden Fraktionen über geeignete Sammler und/oder Abscheider gesammelt und/oder abgeführt werden. Sammler und/oder Abscheider sind für die hier in Rede stehende Anwendung dem Fachmann geläufig.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kommt mindestens ein Magnetabscheider zur Anwendung, welcher die magnetischen, somit die aus Eisen-Stickstoffverbindungen enthaltende oder daraus bestehende Fraktionen, gezielt herausfiltern kann. Auch diese Abscheideform ist dem Fachmann geläufig. Dieser kann in einem ersten Abscheideschritt oder erst in einem zweiten Abscheideschritt zur Anwendung kommen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung wird das aus einer Direktreduktionsanlage abgezogene Topgas über einen geeigneten Abscheider geführt und "entstaubt", wobei das "entstaubte Gut" zusätzlich über mindestens einen Magnetabscheider geführt wird, um die Eisen-Stickstoffverbindungen enthaltenden oder daraus bestehenden Fraktionen gezielt herauszufiltern, da sie gegenüber nicht reduziertem Material magnetisch sind und somit davon getrennt werden können.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Eisenschwamm mindestens einem Mittel zugeführt werden, in welchem ein Abtrag von Eisen-Stickverbindungen enthaltenden oder daraus bestehenden Fraktionen erzwungen wird, um beispielsweise eine höhere Menge an Ausgangsmaterial für die Magnetherstellung bereitstellen zu können.
  • Die einzige Figur 1 zeigt skizzenhaft eine Direktreduktionsanlage (10), welche in Form eines Schachtofens ausgebildet ist. Sie kann aber auch ein Drehrohrofen oder jedwede Gestalt eines Ofens oder Reaktors haben, in welchem eine Direktreduktion von Eisenerzträgern umsetzbar ist. In der Direktreduktionsanlage (10) werden am oberen Ende des Schachtofens Eisenerzträger in Form von beispielsweise Stück-/Eisenerz "iron ore" (io) eingebracht. Am unteren Ende des Schachtofens wird der reduzierte Eisenerzträger als Eisenschwamm "sponge iron" (si) entnommen. In der Direktreduktionsanlage (10) ist mindestens eine Reduktionszone (11) angeordnet. Aus Ammoniak bestehendes oder Ammoniak enthaltendes Reduktionsgas (12) wird in die Reduktionszone (11) eingeleitet, durchströmt die in der Reduktionszone (11) befindlichen Eisenerzträger im Gegenstromprinzip, somit entgegen einer Bewegungsrichtung des Eisenerzträgers (io) bzw. Eisenschwamms, verrichtet dort seine arbeitet und wird am oberen Teil des Schachtofens als Topgas (13) abgezogen.
  • Das abgezogene Topgas (13) wird beispielsweise über einen nicht dargestellten Abscheider geführt und "entstaubt", welcher als Zyklon, Elektrofilter, Tuchfilter, Wäscher etc. ausgebildet sein kann. Das "entstaubte Gut" kann zusätzlich und bei Bedarf über beispielsweise mindestens einen Magnetabscheider geführt werden, welcher die aus Eisen-Stickstoffverbindungen enthaltenden oder daraus bestehenden Fraktionen (15), welche magnetisch sind und damit von dem restlichen und nicht magnetischen Gut, also nicht reduziertem Gut, trennbar sind, herausfiltern kann. Das "entstaubte" Topgas kann weiter aufbereitet, wie zum Beispiel entwässert und optional, falls vorhanden, von CO2 befreit werden, und vorzugsweise als rückgeführtes Gas mit einem Anteil an "frischem" Ammoniak zu einem Reduktionsgas gemischt werden. Der Anteil des zugeführten Ammoniaks hängt davon ab, wieviel bilanziell zwischen Topgasabzug und Mischung mit Frischgas stofflich abgeführt worden ist, um den Prozess stabil halten zu können. Das Reduktionsgas (12) wird vor dem Einleiten in die Direktreduktionszone (11) der Direktreduktionsanlage (10) durch mindestens einen nicht dargestellten Reduktionsgaserwärmer durchgeleitet und auf eine Temperatur von mindestens 500 und bis zu 1100 °C erwärmt/erhitzt.
  • Der aus der Direktreduktionanlage (10) austretende Eisenschwamm (si) wird in der Regel über Ausführ- und/oder Transportsysteme (14) abgeführt, welche, um die Emissionen und damit die Umweltbelastung gering zu halten, vorzugsweise eingehaust sein können. Das Ausführ-und/oder Transportsysteme (14) befördert den Eisenschwamm (si) zu weiteren nicht dargestellten Prozessstufen, wie zum Beispiel zu einem elektrischen Einschmelzer oder alternativ und bei Bedarf zu einer Heißbrikettierungsanlage. Da der Austrag und auch das Befördern in dem Ausführ- und/oder Transportsystem (14) sehr rau ist, fällt ein hoher Anteil an Fraktionen an, welche über nicht dargestellte Sammler und/oder Abscheider gesammelt und/oder abgeführt werden, wobei des Weiteren bei Bedarf über beispielsweise nicht dargestellte Magnetabscheider die Eisen-Stickstoffverbindungen enthaltenden oder daraus bestehenden Fraktionen (15) herausgefiltert werden können.
  • Bei Bedarf, daher strichliniert dargestellt, kann der Eisenschwamm durch eine beispielsweise drehende Trommel (16) oder ein anderes geeignetes Mittel geführt werden, in welcher/welchem ein Abtrag weiterer Eisen-Stickstoffverbindungen enthaltende oder daraus bestehende Fraktionen (15) erzwungen wird, um insbesondere mehr Ausgangsmaterial für die Magnetherstellung bereitstellen zu können.
  • Des Weiteren, hier nicht dargestellt, kann der Eisenschwamm (si) einer Brikettierung zugeführt werden und die auch bei der Brikettierung des Eisenschwamms (si) anfallenden Fraktionen (15) über geeignete Sammler und/oder Abscheider gesammelt und/oder abgeführt werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Verwerten von bei einer Direktreduktion von Eisenerzträgern (io) mit Ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem Reduktionsgas (12) anfallenden Fraktionen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionen (15) Eisen-Stickstoffverbindungen enthalten oder daraus bestehen, welche als Ausgangsmaterial für die Magnetherstellung verwendet werden.
  2. Verfahren zum Verwerten von bei einer Direktreduktion von Eisenerzträgern (io) mit Ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem Reduktionsgas (12) anfallenden Fraktionen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionen (15) Eisen-Stickstoffverbindungen enthalten oder daraus bestehen, welche als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Legierungszusätzen für den Einsatz in Metallschmelzen verwendet werden.
  3. Verfahren zum Verwerten von bei einer Direktreduktion von Eisenerzträgern (io) mit Ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem Reduktionsgas (12) anfallenden Fraktionen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionen (15) Eisen-Stickstoffverbindungen enthalten oder daraus bestehen, welche als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Düngemittel verwendet werden.
  4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die am Austrag einer Direktreduktionsanlage (10) anfallenden Fraktionen über geeignete Sammler und/oder Abscheider gesammelt und/oder abgeführt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die an einem Ausführ-und/oder Transportsystem zum Befördern des Eisenschwamms (si) anfallenden Fraktionen über geeignete Sammler und/oder Abscheider gesammelt und/oder abgeführt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die bei einer Brikettierung des Eisenschwamms (si) anfallenden Fraktionen über geeignete Sammler und/oder Abscheider gesammelt und/oder abgeführt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei mindestens ein Magnetabscheider zur Anwendung kommt, welcher die magnetischen, somit die aus Eisen-Stickstoffverbindungen enthaltenden oder daraus bestehenden Fraktionen (15), gezielt herausfiltert.
  8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das aus einer Direktreduktionsanlage (10) abgezogene Topgas (13) über einen geeigneten Abscheider geführt und entstaubt wird, wobei das entstaubte Gut zusätzlich über mindestens einen Magnetabscheider geführt wird, um die Eisen-Stickstoffverbindungen enthaltenden oder daraus bestehenden Fraktionen (15) gezielt herauszufiltern.
  9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Eisenschwamm (si) mindestens einem Mittel (16) zugeführt wird, in welchem ein Abtrag von Eisen-Stickstoffverbindungen enthaltenden oder daraus bestehenden Fraktionen (15) erzwungen wird.
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