EP4495271B1 - 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

Info

Publication number
EP4495271B1
EP4495271B1 EP23186885.2A EP23186885A EP4495271B1 EP 4495271 B1 EP4495271 B1 EP 4495271B1 EP 23186885 A EP23186885 A EP 23186885A EP 4495271 B1 EP4495271 B1 EP 4495271B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fractions
iron
reduction
direct reduction
ammonia
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP23186885.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4495271A1 (de
EP4495271C0 (de
Inventor
Nils JÄGER
Daniel Schubert
Boris Kohnen
Matthias Weinberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority to EP23186885.2A priority Critical patent/EP4495271B1/de
Priority to ES23186885T priority patent/ES3062717T3/es
Publication of EP4495271A1 publication Critical patent/EP4495271A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4495271C0 publication Critical patent/EP4495271C0/de
Publication of EP4495271B1 publication Critical patent/EP4495271B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • 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
    • C22B7/005—Separation by a physical processing technique only, e.g. by mechanical breaking
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2200/00—Recycling of non-gaseous waste material
    • 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
    • C22B7/02—Working-up flue dust

Definitions

  • the invention relates to a method for utilizing fractions obtained during the direct reduction of iron ore carriers with ammonia containing or consisting of reduction gas.
  • the direct reduction of iron ore carriers can also be carried out using ammonia ( NH3 ) as the reducing gas instead of pure hydrogen ( H2 ), 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
  • NH3 ammonia
  • H2 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 ranging from 500 °C to 1100 °C.
  • the hot ammonia not only reacts chemically with the iron ore carrier, but also heats it through contact as it flows through.
  • the iron ore carrier reduced to sponge iron using ammonia, forms iron-nitrogen compounds, particularly on the surface of the sponge iron.
  • An advantage of using a reduction gas containing or consisting of ammonia is that the nitrogen content of the ammonia passivates the surface of the sponge iron, thus eliminating the need for hot briquetting (HBI) of the sponge iron, which is intended to prevent reoxidation during storage.
  • the sponge iron containing the iron-nitrogen compounds is melted in a smelter, and these compounds are thereby "lost" in the melt.
  • the iron-nitrogen compounds produced during direct reduction which inevitably occur in high concentrations as fractions at the outlet where the sponge iron exits a direct reduction plant and/or during the transport of the sponge iron for further processing or storage, or can also be filtered out as fractions from the top gas fed from the direct reduction plant, are either collected and disposed of at considerable expense or used as feedstocks, especially depending on the degree of metallization, pelletized and/or sintered and utilized, for example, in a blast furnace, direct reduction plant or smelter.
  • Natural iron ore carriers consist of gangue and iron oxide in the form of hematite ( Fe2O3 ) or magnetite ( Fe3O4 ). Both iron oxide forms are stable at ambient temperature.
  • Iron ore pellets typically consist of hematite ( Fe2O3 ) but may also contain a core of magnetite ( Fe3O4 ).
  • Iron ore carriers can be supplied in the form of sinter, pellets , and/or iron ore blocks.
  • magnets there are various methods for manufacturing magnets, all well-known to experts, but the most common method is powder metallurgy. In this process, a suitable composition is ground into a fine powder, compacted, and heated to achieve densification, for example, through "liquid-phase sintering".
  • iron-nitrogen compounds iron nitride
  • iron nitride iron-nitrogen compounds
  • the object of the present invention is to provide the fractions obtained during direct reduction using ammonia with a profitable and/or material recovery process. This object is achieved by a process with the features of claim 1.
  • the teaching according to the invention thus relates to a method for utilizing fractions obtained during a direct reduction of iron ore carriers with ammonia-containing or consisting of reduction gas, 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 as raw material for magnet production.
  • the “pulverizing" of the starting material required for magnet production, to the necessary material size depends, among other things, on the dimensions of the magnet to be produced, and is therefore also known to those skilled in the art.
  • An alternative teaching according to the invention relates to a method for utilizing fractions obtained during a direct reduction of iron ore carriers with ammonia-containing or ammonia-containing reducing gas, wherein the fractions contain or consist of iron-nitrogen compounds which are used as starting material for the production of alloying additives for use in metal melts.
  • Fractions containing or consisting of iron-nitrogen compounds can alternatively be used materially and, in particular, profitably as a starting material for the production of alloy additives for use in metal melts.
  • these alloying elements can be added to molten metals when, for example, the nitrogen content needs to be increased in iron-containing metal melts, preferably in the production of stainless steels or austenitic steels, in order to achieve a target microstructure by selectively increasing/conditioning the nitrogen content.
  • These previous additions of nitrogen or nitrogen compounds can be partially or completely replaced by the newly provided starting material. The corresponding steps are familiar to those skilled in the art.
  • Another alternative teaching according to the invention relates to a method for utilizing fractions obtained during a direct reduction of iron ore carriers with ammonia containing or consisting of reduction gas, 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 further used alternatively as raw materials, and in particular profitably, as starting material 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 newly provided starting material. The corresponding steps for the production of fertilizers are known to those skilled in the art.
  • fractions are understood to be 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 primary focus is the reduction of iron ore carrier to sponge iron using a reducing gas containing or consisting of ammonia.
  • the reducing gas can therefore consist of either 100% ammonia by volume or be a mixed gas containing at least 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, or 90% ammonia by volume, and a remainder comprising a carbon- and/or hydrogen-containing gas, such as CO, H2 , CH4 , 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 dust removal, dehumidification, and CO2 capture.
  • a portion can also be used as fuel gas to operate at least one reducing gas heater to heat the reducing gas as required.
  • "fresh" ammonia is preferably added to the recycled gas, especially before it passes through the reduction gas heater. This procedure is known to those skilled in the art.
  • Degree of metallization [%] 100 * Elemental Fe [%] / Total Fe [%]. Due to the contact of the iron ore carrier surface with the hot reduction gas, the reaction processes begin, ultimately resulting in metallization from the outside in. While complete reduction, i.e., a degree of metallization of 100%, is theoretically possible, in practice economics plays a significant role, and thus the time required for reduction is a major factor. Therefore, a degree of metallization of up to 100% is more common, and often only up to a certain degree. A metallization level of at least 98% is targeted. A metallization level of at least 80%, in particular 85%, preferably at least 90%, preferably at least 92%, and most preferably at least 94% should be targeted in the direct reduction process.
  • the sponge iron emerges, resulting in very high emissions at this point. Therefore, according to one embodiment, the fractions generated at the discharge of a direct reduction plant are collected and/or discharged via suitable collectors and/or separators. Furthermore, emissions in a discharge and/or transport system leading from the outlet to further process stages are also very high. Therefore, according to another embodiment, the fractions generated at this discharge and/or transport system are additionally or alternatively collected and/or discharged via suitable collectors and/or separators. If the sponge iron is optionally fed to a briquetting process, the fractions generated during briquetting can also be collected and/or discharged via suitable collectors and/or separators. Collectors and/or separators are familiar to those skilled in the art for the application under discussion here.
  • At least one magnetic separator is used, which can selectively filter out the magnetic fractions, i.e., those containing or consisting of iron-nitrogen compounds.
  • This type of separation is also familiar to those 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", with the “dedusted material” additionally being passed through at least one magnetic separator in order to selectively filter out the fractions containing or consisting of iron-nitrogen compounds, since they are magnetic relative to non-reduced material and can therefore be separated from it.
  • the iron sponge can be fed to at least one agent in which the removal of fractions containing or consisting of iron-nitrogen compounds is forced, in order, for example, to be able to provide a higher quantity of starting material for magnet production.
  • FIG 1 shows a sketch of a direct reduction plant (10) designed in the form of a shaft furnace.
  • a direct reduction plant 10
  • iron ore carriers in the form of, for example, lump iron ore " i ron o re" (io) are introduced at the top of the shaft furnace.
  • the reduced iron ore carrier is removed as sponge iron " s ponge i ron" (si).
  • the direct reduction plant (10) contains at least one reduction zone (11).
  • Reduction gas (12) consisting of or containing ammonia is introduced into the reduction zone (11), flows through the iron ore carriers located in the reduction zone (11) in a countercurrent flow, thus against the direction of movement of the iron ore carrier (io) or sponge iron, performs its work there and is drawn off at the top 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 a cyclone, electrostatic precipitator, cloth filter, scrubber, etc.
  • the "dedusted material” can additionally, if necessary, pass 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 thus separable from the remaining, non-magnetic material (i.e., the unreduced material).
  • the "dedusted" top gas can be further processed, for example, dewatered and, optionally, if present, freed from CO2 , and preferably mixed with a proportion of "fresh" ammonia as recycled gas to form a reducing gas.
  • the proportion of ammonia added depends on the amount that has been removed between the top gas extraction and the mixing with fresh gas in order to maintain process stability.
  • the reducing gas (12) is passed through at least one reduction gas heater (not shown) and heated to a temperature of at least 500 and up to 1100 °C before being introduced into the direct reduction zone (11) of the direct reduction plant (10).
  • the sponge iron (si) exiting the direct reduction unit (10) is generally discharged via discharge and/or transport systems (14), which, in order to minimize emissions and thus environmental impact, are preferably enclosed.
  • the discharge and/or transport systems (14) convey the sponge iron (si) to further process stages not shown, such as an electric melter or Alternatively, and if required, a hot briquetting plant can be used. Since the discharge and conveying in the discharge and/or transport system (14) is very rough, a high proportion of fractions are produced, which are collected and/or discharged via collectors and/or separators not shown, whereby, if necessary, the fractions (15) containing or consisting of iron-nitrogen compounds can be filtered out, for example, via magnetic separators not shown.
  • the iron sponge can be passed through, for example, a rotating drum (16) or another suitable means in which/in which the removal of further fractions (15) containing or consisting of iron-nitrogen compounds is forced in order to provide more starting material for magnet production in particular.
  • the sponge iron (si) can be subjected to briquetting and the fractions (15) that also arise during the briquetting of the sponge iron (si) can be collected and/or removed via suitable collectors and/or separators.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

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. Die Patentdokumente CA 743 869 A , CN 101 418 370 A und JP 4 502978 B2 offenbaren ferner ein Verfahren zum Verwerten von bei einer Direktreduction von Eisenerzträgern mit Ammoniak enthaltendem Reduktionsgas.
  • 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, wobei Fraktionen Stäube mit einem Durchmesser > 0 und bis zu 2 mm oder weniger und/oder als Partikel mit einem Durchmesser > 2 und 20 mm oder weniger sind, wobei das Reduktionsgas (12) vor dem Einleiten in eine Direktreduktionszone (11) einer Direktreduktionsanlage (10) durch mindestens einen Reduktionsgaserwärmer durchgeleitet und auf eine Temperatur von mindestens 500 bis zu 1100 °C erhitzt wird, 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, wobei Fraktionen Stäube mit einem Durchmesser > 0 und bis zu 2 mm oder weniger und/oder als Partikel mit einem Durchmesser > 2 und 20 mm oder weniger sind, wobei das Reduktionsgas (12) vor dem Einleiten in eine Direktreduktionszone (11) einer Direktreduktionsanlage (10) durch mindestens einen Reduktionsgaserwärmer durchgeleitet und auf eine Temperatur von mindestens 500 bis zu 1100 °C erhitzt wird, 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, wobei Fraktionen Stäube mit einem Durchmesser > 0 und bis zu 2 mm oder weniger und/oder als Partikel mit einem Durchmesser > 2 und 20 mm oder weniger sind, wobei das Reduktionsgas (12) vor dem Einleiten in eine Direktreduktionszone (11) einer Direktreduktionsanlage (10) durch mindestens einen Reduktionsgaserwärmer durchgeleitet und auf eine Temperatur von mindestens 500 bis zu 1100 °C erhitzt wird, 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) durch eine drehende Trommel (16) oder ein anderes geeignetes Mittel geführt wird, in welchem ein Abtrag von Eisen-Stickstoffverbindungen enthaltenden oder daraus bestehenden Fraktionen (15) erzwungen wird.
EP23186885.2A 2023-07-21 2023-07-21 Verfahren zum verwerten von bei einer direktreduktion von eisenerzträgern mit ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem reduktionsgas anfallenden fraktionen Active EP4495271B1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23186885.2A EP4495271B1 (de) 2023-07-21 2023-07-21 Verfahren zum verwerten von bei einer direktreduktion von eisenerzträgern mit ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem reduktionsgas anfallenden fraktionen
ES23186885T ES3062717T3 (en) 2023-07-21 2023-07-21 Process for the utilization of fractions resulting from the direct reduction of iron ore supports with ammonia containing or a reduction gas composed of ammonia

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23186885.2A EP4495271B1 (de) 2023-07-21 2023-07-21 Verfahren zum verwerten von bei einer direktreduktion von eisenerzträgern mit ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem reduktionsgas anfallenden fraktionen

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP4495271A1 EP4495271A1 (de) 2025-01-22
EP4495271C0 EP4495271C0 (de) 2025-12-03
EP4495271B1 true EP4495271B1 (de) 2025-12-03

Family

ID=87429534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23186885.2A Active EP4495271B1 (de) 2023-07-21 2023-07-21 Verfahren zum verwerten von bei einer direktreduktion von eisenerzträgern mit ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem reduktionsgas anfallenden fraktionen

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4495271B1 (de)
ES (1) ES3062717T3 (de)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA743869A (en) * 1966-10-04 J. Weinstein Norman Ammonia synthesis process
US20080307960A1 (en) * 2005-03-11 2008-12-18 Hendrickson David W Air Pollutant Removal Using Magnetic Sorbent Particles
JP4502978B2 (ja) * 2006-06-21 2010-07-14 日立マクセル株式会社 窒化鉄系磁性粉末材料及びその製造方法並びに磁気記録媒体
CN101418370B (zh) * 2008-11-21 2012-05-02 长沙市岳麓区东新科技开发有限公司 一种新的综合利用钒钛铁精矿的产业化方法
JP6380736B2 (ja) 2013-06-12 2018-08-29 Tdk株式会社 窒化鉄系磁性粉及びそれを用いた磁石

Also Published As

Publication number Publication date
EP4495271A1 (de) 2025-01-22
ES3062717T3 (en) 2026-04-13
EP4495271C0 (de) 2025-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AT506837B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten
DE3042222C2 (de) Verfahren zur Reduktion von feinkörnigen, unter anderem Eisenoxide enthaltenden Metalloxiden unter Gewinnung von bei der Temperatur der Eisenschmelze flüchtigen Metallen
EP0712446B1 (de) Verfahren zum herstellen von stahl unter einsatz von briketts aus hüttenreststoffen
DE102010022773A1 (de) Verfahren und Anlage zur Erzeugung von Roheisen
EP3112482B1 (de) Verfahren zur herstellung von hämatit für die eisenherstellung
CN101264464B (zh) 钢渣磁选产品提纯工艺
EP2829621B1 (de) Verfahren zur herstellung von hämatit zur eisenerzeugung
AU740697B2 (en) Hydrometallurgical process for the recovery of nickel and cobalt by ammoniacal leaching
EP4495271B1 (de) Verfahren zum verwerten von bei einer direktreduktion von eisenerzträgern mit ammoniak enthaltendem oder daraus bestehendem reduktionsgas anfallenden fraktionen
CN113293250A (zh) 一种硫精矿的高效回收利用方法
DE1224337B (de) Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm
DE3307175C2 (de)
EP0012363B1 (de) Verfahren und Anlage zur Reduktion von Erzen
AT506949B1 (de) Verfahren zur herstellung von flüssigen metallen
AT405294B (de) Verfahren zum verwerten von eisenhältigen hüttenreststoffen sowie anlage zur durchführung des verfahrens
CN106076506A (zh) 一种钢渣深加工的处理工艺
DE1123351B (de) Verfahren zur Herstellung von Eisenerzbriketts
DE3042941A1 (de) Verfahren zur abtrennung von nichteisenmetallen aus eisenhaltigen stoffen
EP2980024A1 (de) Verfahren zur herstellung von hematit für die eisenherstellung
CN113122705A (zh) 一种强化浸出锌氧压渣中铁复相的方法
AT410221B (de) Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von roheisen und/oder stahlvorprodukten
EP1019554A1 (de) Pyrometallurgisches verfahren und vorrichtung zur abtrennung von zink und/oder kadmium und blei aus hüttenwerkabfallstoffen
AT407162B (de) Verfahren zur herstellung von flüssigem roheisen
AT407531B (de) Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von zink und/oder kadmium und blei
WO2018146183A1 (en) Method of operating a pelletizing plant

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

17P Request for examination filed

Effective date: 20250116

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: C21B 13/00 20060101AFI20250613BHEP

Ipc: C22B 7/00 20060101ALI20250613BHEP

Ipc: C22B 7/02 20060101ALN20250613BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20250702

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: F10

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: U-0-0-F10-F00 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

Effective date: 20251203

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502023002352

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

U01 Request for unitary effect filed

Effective date: 20251203

U07 Unitary effect registered

Designated state(s): AT BE BG DE DK EE FI FR IT LT LU LV MT NL PT RO SE SI

Effective date: 20251208

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20260303

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FG2A

Ref document number: 3062717

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: T3

Effective date: 20260413

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20251203

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20260303

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20251203