DD262677A5 - Verfahren und anlage zur gewinnung von metallen bzw. metallegierungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von Metallen bzw. Metallegierungen, bei dem Metalle bzw. Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen, durch Reduktion von Metalloxiden in einer Reduktionszone, die aus einem von Reduktionsgas durchstroemten Kohlebett gebildet wird, gewonnen werden. Um Metalle zu erhalten, welche eine hohe Affinitaet zu Sauerstoff besitzen, wird stueckiges, oxidisches Einsatzmaterial unter Schwerkrafteinwirkung durch das Kohlebett, bestehend aus drei Festbettschichten geleitet, wobei eine unterste, einen fluessigen Sumpf aus reduziertem Metall und Schlacke bedeckende Schicht aus entgaster Kohle vorgesehen wird. Weiterhin wird in eine mittlere Schicht Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingeleitet, um ein im wesentlichen aus CO bestehendes heisses Reduktionsgas zu bilden, und in eine oberste Schicht werden Verbrennungsgase aus Kohlenstoffteilchen und Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltigem Gas eingeleitet. Figur

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Metallen bzw. Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen durch Reduktion von Metalloxiden in einer Reduktionszone, die aus einem von Reduktionsgas durchströmten Kohlebett gebildet wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik —

Inder EP-A-0174291 ist ein Verfahren zum Schmelzen von Metallen, wie Kupfer, Blei, Zink, Nickel, Kobalt undZinn, aus oxidischen feinkörnigen Nichteisenmetallerzen beschrieben, wobei das Einsatzmaterial in eine Reduktionszone eingebracht wird, die von einer Kohlewirbelschicht in einem Einschmelzvergaser gebildet wird. Beim Passieren dieser Reduktionszone wird das oxidische Einsatzmaterial zu Metall reduziert, welches im unteren Teil des Einschmelzvergasers gesammelt wird. Es hat sich gezeigt, daß das Verfahren nach der EP-A-0174291 zur Reduktion von Oxiden, die mit elementarem Kohlenstoff bei Temperaturen unter 1000°C reagieren, mit Vorteil angewendet werden kann, daß es jedoch bei der Gewinnung von Metallen und

Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen, wie Ferromangan, Ferrochrom und Ferrosilicium, welche aus ihren Oxiden erst bei Temperaturen von über 1000°C mit elementarem Kohlenstoff als Reduktionsmittel gewonnen werden können, zu Schwierigkeiten kommen kann, weil die Kontaktzeit dieses bei höheren Temperaturen reagierenden oxidischen Einsatzmaterials mit den die Wirbelschicht bildenden Kohlenstoffteilchen relativ kurz ist.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage zur Gewinnung von Metallen bzw. Metallegierungen zur Anwendung zu bringen, mit dem eine Gewinnung von Metallen und Metallegierungen unter günstigen technologischen und kostensenkenden energetischen Bedingungen vorgenommen werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von Metallen bzw. Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen durch Reduktion von Metalloxiden in einer Reduktionszone, die aus einem von Reduktionsgas durchströmten Kohlebett gebildet wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche es ermöglichen, Metalle und Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen, wie Ferromangan, Ferrochrom und Ferrosilicium, aus stückigem oxidischem Einsatzmaterial in einem Einschmelzvergaser herzustellen, wobei das Metall eine so hohe Affinität zu Sauerstoff hat, daß es erst oberhalb 10OO⁰C mit elementarem Kohlenstoff reagiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß stückiges oxidisches Einsatzmaterial unter Schwerkrafteinwirkung durch ein Kohlefestbett, bestehend aus drei Schichten, geleitet wird, wobei

— eine unterste, einen flüssigen Sumpf aus reduziertem Metall und Schlacke bedeckende Schicht aus entgaster Kohle vorgesehen wird,

— in eine mittlere Schicht Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingeleitet wird, um ein im wesentlichen aus CO bestehendes heißes Reduktionsgas zu bilden, und

— in eine oberste Schicht Verbrennungsgase aus Kohlenstoffteilchen und Sauerstoff bzw. sauerstoffhältiges Gas eingeleitet werden.

Vorteilhaft wird stückiges oxidisches Einsatzmaterial mit einer Korngröße von 6 bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis 30 mm, eingesetzt.

Zweckmäßig wird zur Bildung der Festbettschichten Kohle mit einer Korngröße von 5 bis 100mm, insbesondere 5 bis 30 mm, verwendet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dicke der mittleren und obersten Festbettschicht zwischen 1 und 4m gehalten.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß aus dem die Festbettschichten (Reduktionszonen) passierenden Abgas staubförmige Kohlenstoffteilchen abgeschieden werden und diese Kohlenstoffteilchen, vorzugsweise in heißem Zustand, zusammen mit Sauerstoff oder sauerstoffhältigem Gas Brennern zugeführt werden, die in die oberste Festbettschicht gerichtet sind.

Als Kohle wird vorzugsweise solche Kohle eingesetzt, die nach der Entgasung ihren stückigen Charakter beibehält, so daß bei einem eingesetzten Korngrößenbereich von 5 bis 100 mm, vorzugsweise 5 bis 30 mm, nach Entgasung noch mindestens 50% der entstandenen entgasten Kohle innerhalb des ursprünglichen Korngrößenbereiches von 5 bis 100mm bzw. von 5 bis 30 mm vorhanden ist und der Rest als Unterkorn vorliegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß alle bekannten Vorteile der Reduktionsprozesse in mit fossiler Energie gefeuerten Schachtofen erhalten bleiben, wie Gegenstromwärmetausch, metallurgische Reaktion im Festbett mit elementarem Kohlenstoff, welche für die Reduktion von Oxiden unedler Metalle erforderlich ist, sowie gute Trennung von Metall und Schlacke.

Die Verkokung bzw. die Entgasung von Kohle kann ohne Bildung von Teer und anderer kondensierbarer Verbindungen durchgeführt werden. Das bei der Entgasung der Kohle gebildete Gas wirkt als zusätzliches Reduktionsmittel zu den aus der Vergasung der entgasten Kohle gebildeten Reduktionsgasen.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Reduktion von Oxiden unedler Elemente, wie beispielsweise Silicium, Chrom, Mangan ohne Verwendung von elektrischer Energie durchgeführt werden kann. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird auf einfache Weise die für die Entgasung der Kohle erforderliche Energie gesteuert, da das Unterkorn (kleiner als 5mm) mit den heißen Abgasen des Einschmelzvergasers ausgetragen, abgeschieden, in die obere Einblaszone sauerstoffhältiger Gase rückgeführt und mittels der sauerstoffhältigen Gase oxidiert wird, wobei Wärme frei wird.

Das Kornzerfallsverhalten wird so getestet, daß eine Kornfraktion von 16 bis 20mm einer einstündigen Entgasung in einer auf 1400⁰C vorerhitzten Kammer unterworfen wird. Das Kammervolumen beträgt 12dm³. Nach Abkühlung durch Spülen mit kaltem Inertgas wird die Kornverteilung bestimmt.

Die Erfindung umfaßt des weiteren eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem feuerfest ausgekleideten schachtförmigen Einschmelzvergaser, der im Oberteil Chargieröffnungen zum Einbringen von Kohle und von stückigem oxidischem Einsatzmaterial sowie eine Ableitung für Abgas aufweist, die Seitenwand des Einschmelzvergasers von Zuleitungen für Kohle und Sauerstoff bzw. sauerstoffhältiges Gas durchsetzt ist und ein unterer Abschnitt zum Sammeln von schmelzflüssigem Metall und flüssiger Schlacke vorgesehen ist. Diese Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß unter Bildung von drei übereinander angeordneten Festbettschichten A, B, C

— im Bereich zwischen der untersten Festbettschicht A und der mittleren Festbettschicht B ein Kranz von Einblasrohren für Sauerstoff bzw. sauerstoffhältiges Gas vorgesehen ist, und

Kohlenstoffteiichen und Sauerstoff bzw. sauerstoffhältigem Gas beschickten Brennern vorgesehen ist. Vorteilhaft ist in der Ableitung für Abgas ein Heißzyklon zum Abscheiden von Kohlenstoffteilchen aus dem Abgas vorgesehen und das Austragsende dieses Heißzyklons ist mit dem Kranz von Brennern leitungsmäßig verbunden.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage zur Durchführung des Verfahrens sind in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei die Zeichnung einer schematischen Darstellung des Einschmelzvergasers mit daran angeschlossenen Zusatzeinrichtungen entspricht.

Ein schachtförmiger Einschmelzvergaser 1 ist mit einer feuerfesten Auskleidung 2 versehen. Der Bodenbereich des Einschmelzvergasers 1 dient zur Aufnahme von schmelzflüssigem Metall 3 und schmelzflüssiger Schlacke 4. Eine Abstichöffnung 5 für Metall 3 und eine Abstichöffnung 6 für die Schlacke ist funktionell angeordnet. Im Oberteil des Einschmelzvergasers 1 ist eine Chargieröffnung 7 zur Zugabe von stückiger Kohle sowie eine Chargieröffnung 9 für stückiges oxidisches Einsatzmaterial vorgesehen. Oberhalb des Flüssigsumpfes ist das Kohlefestbett ausgebildet, u. zw. durch eine nicht durchgaste unterste Festbettschicht A aus entgaster Kohle, eine darüber befindliche durchgaste mittlere Festbettschicht B aus entgaster Kohle und eine darüber befindliche durchgaste oberste Festbettschicht C aus stückiger Kohle. Die Seitenwand des Einschmelzvergasers 1 ist von Einblasrohren 8 durchsetzt, u. zw. von einem Kranz von Einblasrohren 8 für Sauerstoff oder sauerstoffhältige Gase. Diese Einblasrohre 8 sind im Grenzbereich zwischen der nicht durchgasten Festbettschicht A und der Festbettschicht B angeordnet.

Im Abstand darüber, u. zw. im Grenzbereich zwischen der Festbettschicht B und der Festbettschicht C, ist ein Kranz von die Seitenwand des Einschmelzvergasers 1 durchsetzenden Brennern 10 vorgesehen, in welche ein Gemisch aus staubförmigen Kohlenstoffteilchen und Sauerstoff bzw. sauerstoffhältigem Gas eingeführt wird. Vom oberen Teil des Einschmelzvergasers 1 führt eine Ableitung 11 weg, die das entstandene Abgas zu einem Heißzyklon 12 führt. Staubförmige Kohlenstoffteilchen, die in dem Abgas suspendiert sind, werden im Heißzyklon 12 abgeschieden und vom Austragsende des Heißzyklon 12, in welchem eine Dosiereinrichtung 13 vorgesehen ist, durch eine Leitung 14 den kranzförmig angeordneten Brennern 10 zugeführt. Eine zu den Brennern 10 führende Leitung 15 ist für sauerstoffhältiges Gas vorgesehen. Mit der Dosiereinrichtung 13 kann der Füllstand des Heißzyklons 12 geregelt und die Abscheidewirkung des Heißzyklons 12 beeinflußt werden. Vom Oberteil des Heißzyklons 12 wird Abgas durch die Leitung 16 abgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft so ausgeführt, daß durch die Chargieröffnungen 8 im Oberteil des Einschmelzvergasers 1 Kohle und stückige oxidischs Einsatzmaterial gemeinsam eingebracht werden. Die Kohle wird in der Festbettschicht C entgast. Die für die Entgasung erforderliche Wärme wird einerseits von den heißen Reduktionsgasen geliefert, die aus der Festbettschicht B aufsteigen, andererseits durch Verbrennungswärme der Kohlenstoffteilchen, die mittels sauerstoffhältigerGasein den Brennern 10 verbrannt werden. Die vertikale Erstreckung der Festbettschicht C wird so gewählt, daß das die Festbettschicht C verlassende Gas eine Mindesttemperatur von 950°C aufweist. Dadurch ist sichergestellt, daß Teere und andere kondensierbare Verbindungen gekrackt werden. Eine Verstopfung der obersten Festbettschicht C ist damit ausgeschlossen. In der Praxis erweist sich eine Schichtdicke für die Festbettschicht C von 1 bis 4m als vorteilhaft. Eine vertikale Erstreckung von 1 bis 4m erweist sich auch für die Festbettschicht B als vorteilhaft. Die in der Festbettschicht C entgaste Kohle bildet beim Absinken nach unten die Festbettschicht B.

Das stückige oxidische Einsatzmaterial wird in der Festbettschicht B aufgeschmolzen und durch den elementaren Kohlenstoff reduziert. Die für das Schmelzen und die Reduktion erforderliche Wärme wird durch Vergasung von heißer entgaster Kohle mittels sauerstoffhaltiger Gase, die über die Einblasrohre 8 in den Vergaser eingebracht werden, aufgebracht. Das in der Festbettschicht B entstehende schmelzflüssige Metall und die schmelzflüssige Schlacke fließen nach unten und werden unterhalb der Festbettschicht A gesammelt und abgestochen.

Beispielhaft soll das Verfahren bei der Herstellung von Ferromangan dargelegt werden. Ί.

Erz:	Kohle:	-30 mm (S
Korngröße 10	Mittelflüchtige, bituminöse mit etwa
Manganerz mit etwa. 42 % Mn-Gehalt,		5,7%
Analyse: Fe	11,8%
CaO	2,2%
MgO	5,2%
SiO2	0,1 %
AI2O3	53,2%
MnO	17,9%
CO2	1,5%
H2O
61% C

25%flüchtige Bestandteile 10% Asche 4% H₂O

Kornband: 1-40 mm 0

Einsatz 1 750 kg Kohle pro t Ferromangan 75%ig

3. Ferromangananalyse:

	Mn	75%
	C	7%
	Si	0,8%
	S	0,02%
4.	O2-Bedarf:	950 Nm3 pro t Ferromangan.
CJl	Gasmenge:	3200 Mn3 pro t Ferromangan mit einem Heizwert von Hu ca. 2000cal pro Nm3

Claims (7)

1. - 1 - ΖΦί Ö/7

   Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Gewinnung von Metallen bzw. Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen durch Reduktion von Metalloxiden in einer Reduktionszone, die aus einem von Reduktionsgas durchströmten Kohlebett gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß stückiges oxidisches Einsatzmaterial unter Schwerkrafteinwirkung durch ein Kohlefestbett, bestehend aus drei Festbettschichten (A, B, C) gebildet wird, wobei

   — eine unterste, einen flüssigen Sumpf aus reduziertem Metall (3) und Schlacke (4) bedeckende Festbettschicht (A) aus entgaster Kohle vorgesehen wird,

   — in eine mittlere Festbettschicht (B) Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingeleitet wird, um ein im wesentlichen aus CO bestehendes heißes Reduktionsgas zu bilden, und

   — in eine oberste Festbettschicht (C) Verbrennungsgase aus Kohlenstoffteilchen aus Sauerstoff bzw. sauerstoffhältigem Gas eingeleitet werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stückiges oxidisches Einsatzmaterial mit einer Korngröße von 6 bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis 30 mm, eingesetzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Festbettschichten (A, B, C) Kohle mit einer Korngröße von 5 bis 100 mm, insbesondere 5 bis 30 mm, verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der mittleren und obersten Festbettschicht (B, C) zwischen 1 und 4m gehalten wird.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem die Festbettschichten (Reduktionszonen) passierenden Abgas staubförmige Kohlenstoffteilchen abgeschieden werden und diese Kohlenstoffteilchen, vorzugsweise in heißem Zustand, zusammen mit Sauerstoff oder sauerstoffhältigem Gas Brennern (10) zugeführt werden, die in die oberste Festbettschicht (C) gerichtet sind.
6. 6. Anlage zur Gewinnung von Metallen bzw. Metallegierungen, insbesondere Ferrolegierungen durch Reduktion von Metalloxiden in einer Reduktionszone, die aus einem von Reduktionsgas durchströmten Kohlebett gebildet wird, mit einem feuerfest ausgekleideten schachtförmigen Einschmelzvergaser, der im Oberteil Chargieröffnungen zum Einbringen von Kohle und von stückigem oxidischem Einsatzmaterial sowie eine Ableitung für Abgas aufweist, die Seitenwand des Einschmelzvergasers von Zuleitungen für Kohle und Sauerstoff bzw. sauerstoffhältiges Gas durchsetzt ist und ein unterer Abschnitt zum Sammeln von schmelzflüssigem Metall und flüssiger Schlacke vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß unter Bildung von drei übereinander angeordneten Festbettschichten (A; B; C)

   — im Bereich zwischen der untersten Festbettschicht (A) und der mittleren Festbettschicht (B) ein Kranz von Einblasrohren (8) für Sauerstoff bzw. sauerstoffhältiges Gas vorgesehen ist, und

   — im Abstand darüber im Bereich zwischen der mittleren Festbettschicht (B) und der obersten Festbettschicht (C) ein Kranz von mit Kohlenstoffteilchen und Sauerstoff bzw. sauerstoffhältigem Gas beschickten Brennern (10) vorgesehen ist.
7. 7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ableitung (11) für Abgas ein Heißzyklon (12) zum Abscheiden von Kohlenstoffteilchen aus dem Abgas vorgesehen ist und das Austragsende dieses Heißzyklons (12) mit dem Kranz von Brennern (10) leitungsmäßig verbunden ist.