DE591759C - Verfahren zur Gewinnung von Eisen - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung von Eisen

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DE591759C DEK119256D DEK0119256D DE591759C DE 591759 C DE591759 C DE 591759C DE K119256 D DEK119256 D DE K119256D DE K0119256 D DEK0119256 D DE K0119256D DE 591759 C DE591759 C DE 591759C
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Description

  • Verfahren zur Gewinnung von Eisen Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Eisen aus einer Mischung von eisenhaltigen, schwefelfreien und schwefelhaltigen Stoffen oder aus eisen- und schwefelhaltigen Stoffen allein auf dem Wege eines zuschlagfreien Schmelzens.
  • Die Erfindung besteht darin, daß das Schmelzen auf eine derartige Lösung bzw. Legierung von Eisensulfid in metallischem Eisen erfolgt, welche im erstarrten Zustande die Grenzeigenschaft zwischen metallischem Eisen und nichtmetallischem Sulfid aufweist und welche hierauf entweder mittels Silicium (oder mittels Kieselsäure plus Kohle) vollständig entschwefelt oder nach Abschreckung und Mahlung bzw. nach direkter Granulation auf einer Sintermaschine mittels einer einzigen Sinterung in schwefelfreies Sintergut übergeführt wird.
  • Das neue Verfahren ist ausgearbeitet worden, um Zink, Schwefel usw., führende Kiesabbrände und Pyrite auf eine einfachere, Weise zu verhütten, als es bisher möglich war, kann aber auch mit Vorteil angewendet werden für zinkfreie Pyrite und für Abbrände, welche kein Zink, keinen Schwefel oder keines von beiden enthalten, dafür aber schwefelhaltigen Zuschlages bedürfen, wenn es sich darum handelt, eine Trennung von viel Gangart herbeizuführen.
  • Selbst die modernen Verhüttungsmethoden für solche Stoffe setzen sich noch aus mehreren verschiedenartigen Einzelverfahren zusammen, z. B. folgen hintereinander an einem und demselben Rohstoff erstens ein Röstverfahren, zweitens ein Entzinkungsverfahren (Wälzprozeß), drittens eine Sinterung des Wälzgutes, viertens das Verschmelzen des Sintergutes im Hochofen, fünftens das Raffinieren des Roheisens im Siemens-Martin-Ofen.
  • Das neue Verfahren bietet die Möglichkeit, einen solchen verwickelten Verhüttungsgang wesentlich zu vereinfachen.
  • In der Literatur ist bereits ein Verfahren beschrieben worden, Schwefel, Zink, Blei usw., führende eisenhaltige Stoffe durch Erhitzen für die Verhüttung auf Eisen geeignet zu machen. Für die Durchführung dieses Verfahrens ist folgende Vorschrift gegeben: Es sollen die genannten Stoffe durch möglichst gänzliche Entziehung der schädlichen Beimengungen für die Verhüttung auf Eisen geeignet gemacht werden. Zu diesem Zwecke werden die Rohstoffe ohne Zuschläge geschmolzen, damit die Beimengungen, wie Schwefel, Zink usw., sich möglichst ganz verflüchtigen. Die Abscheidung des Schwefels und Zinks findet in der Weise statt, daß ein Teil ' schon sofort nach der Aufgabe bei geringer Hitze verbrennt; es wird so auch das Abrösten und Nachrösten der Schwefelkiese ersetzt. Die Entfernung des Restes kann man sich so erklären, daß dieser sich bei gesteigerter Hitze zu schwefelsaurem Zinkoxyd verbindet, welches bei noch weiter fortschreitender Erhitzung in schweflige Säure, Sauerstoff und Zinkoxyd zerfällt. Das Herausschaffen von Schwefel und Zink kann gegebenenfalls unterstützt werden durch Vermischen verschiedener Ausgangsstoffe. Schwefel, Zink usw. sind den Verbrennungsgasen beigemengt und können wiedergewonnen werden.
  • Aus dieser durchaus nicht sehr klaren Vorschrift geht aber mit Bestimmtheit hervor, daß als Ziel die unmittelbare Gewinnung eines praktisch völlig schwefelfreien Erzeugnisses durch den Schmelzprozeß verfolgt wird. ' Der grundlegende Unterschied des neuen Verfahrens gegenüber diesem bekannten Vorschlage besteht nun darin, daß ohne Beigabe von Zuschlägen erhaltene Schmelzen eines Schwefel- und eisenhaltigen Einsatzes auf ein ganz bestimmtes schwefelhaltiges Zwischenerzeugnis verarbeitet werden, das durch anschließende, an sich bekannte Maßnahmen auf sichere und außerordentlich wirtschaftliche Weise in ein Enderzeugnis übergeführt wird, das für die Gewinnung metallischen Eisens ein Ausgangsstoff höchsten Anreicherungsgrades ist.
  • Aus den nachstehenden Erörterungen wird sich ergeben, daß ein einfaches Schmelzen der in Liede stehenden Stoffe nur zu Zwischenstoffen zu führen vermag, deren weitere Aufarbeitung immer noch verwickelter Verfahren bedarf, welche durch eine Arbeitsweise, wie sie nunmehr vorgeschlagen werden soll, erspart werden können. Es ist nochmals darauf hinzuweisen, daß das Wesentliche der Erfindung darin besteht, die Erhitzung mit solchen Mitteln vorzunehmen, daß dabei eine derart schwefelarme Eisen-Eisensulfid-Legierung entsteht, daß der Aufwand zur Entfernung dieses Schwefels wesentlich vereinfacht ist gegenüber der Arbeit, die es kostet, ein schwefelreicheres Gut von der Art des sogenannten Schwefeleisens zu verarbeiten.
  • Die Verarbeitung von Pyrit auf einer Sintermaschine hat zur Ausarbeitung verschiedener Verfahren Anlaß gegeben. Die Schwierigkeiten liegen darin, die Nachteile der Leichtschmelzbarkeit dieses Stoffes auf der Sintermaschine zu beseitigen. Es ist noch nicht vorgeschlagen, durch eine einfache Vorbehandlung einen nur aus Eisen und so viel Schwefel bestehenden einheitlichen Stoff herzustellen, daß dieser Schwefel gerade die Verbrennungswärme für die Sinterung hergibt und daß hierbei infolge der Abwesenheit von sonst anwesender Kohlenasche ein dem Magnetit gleichwertiges stückiges Gut erhalten werden kann.
  • Ähnliches gilt für die direkte Herstellung von Eisen aus der Eisen-Eisensulfid-Legierung mittels Siliciums. Die Entfernung geringer Mengen Schwefel aus Eisen mittels Siliciums ist bekannt. Es würde aber. unwirtschaftlich sein, aus einem gewöhnlichen Schwefeleisen, wie es durch Erhitzen von Pyrit erhalten wird, mittels Silicium Eisen herzustellen. Es hat sich aber ergeben, daß wenigstens eine so weitgehende Entfernung des Schwefels aus Pyrit und Schwefel-Monosulfid möglich ist, bis eine wirtschaftliche Entfernung der letzten Prozente Schwefel durch Silicium erfolgen kann.
  • Als wichtigster Fortschritt des neuen Verfahrens wurde soeben die große Vereinfachung und Wirtschaftlichkeit, mit der man zu einem unmittelbar verhüttungsfähigen Erzeugnis gelangen kann, hervorgehoben.
  • Wie eingangs erwähnt wurde, bietet das neue Verfahren aber auch noch weitere wichtige Vorteile. So ist es mittels des neuen Verfahrens auf einfache Weise ermöglicht worden, die Gangart aus dem Einsatz herauszuschaffen. Man kann daher auch sehr gangartreiches Gut verarbeiten.
  • Das neue Verfahren sieht ferner, wie ebenfalls oben angedeutet wurde, für mehr oder weniger rein oxydisches Gut einen schwefelreichen Zuschlag vor und bietet dadurch die Möglichkeit, sogar schwefelfreie bzw. zinkhaltige Stoffe ohne Schwefelgehalt für die Verhüttung auf Eisen zugute zu machen und zugleich von Gangart zu befreien.
  • Im Verfolg der Bestrebungen, vereinfachte Verhüttungsverfahren für Stoffe zu finden, die in erheblichen Mengen Verunreinigungen aufweisen, wie Zink und Schwefel, wobei auch das Ziel gesteckt würde, hochschwefelhaltige Materialien, wie Pyrit, zu verhütten, sind nun Versuche angestellt worden, welche für derartige Stoffe eine neue Art der Verhüttung möglich erscheinen lassen. Im besonderen wurde dabei in Aussicht genommen, einen vereinfachten Weg für die Verhüttung zinkblendehaltiger Pyrite zu finden, ebenso auch für diejenige von Zwischenprodukten aus diesen, wie z. B.. zinkhaltige Kiesabbrände. Natürlich können auch zinkfreie Pyrite oder durch andere Stoffe verunreinigte oder nicht verunreinigte Pyrite, auch schwefelhaltige Kiesabbrände jeder Art, verhüttet werden.
  • Der Grundsatz bei dem Verfahren nach der Erfindung ist i. wenn es sich um oxydische, etwas schwefelhaltige Eisenprodukte handelt, den Schwefelgehalt derselben zu benutzen, um mittels eines Schmelzprozesses den Eisengehalt des Eisenoxydes in eine Eisen-EisensulfidLegierung mit verhältnismäßig niedrigem Schwefelgehalt überzuführen; 2. wenn es sich um die Verhüttung von hochschwefelhaltigen Produkten, wie z. B. Pyriten, handelt, wird das gleiche Endziel verfolgt, nämlich eine ehensolche Eisen-Schwefeleisen-Legierung herzustellen, und zwar durch teilweise Oxydation bzw. Dissoziation plus Oxydation des Sulfidschwefels. Als Endergebnis des Verschmelzens jeder dieser Erzgattungen, sowohl der sulfidischen Pyrite wie der oxydischen Kiesabbrände, wofür ein besonderes Schmelzverfahren weiter unten angegeben und beschrieben werden wird, soll in jedem Falle eine gangartfreie, lediglich Fe-FeS enthaltende Legierung erhalten werden, welche auf direktem oder .indirektem Wege auf Eisen zu verarbeiten ist.
  • Schmelzversuche haben grundlegend erkennen lassen, daß beim Behandeln der genannten Ausgangsstoffe sich in allen Fällen in einem Arbeitsgang ein Erzeugnis erzielen läßt, bestehend aus Eisen mit 8 bis 12 °/o Schwefel bzw. was diesem gleichkommt, aus etwa 65 bis 78 % Eisen (Fe) und 22 bis 35 % Eisenmonosulfid (Fe S) . Wenn auch die Maßnahmen zur Herstellung dieses Erzeugnisses im einzelnen verschieden waren, so war hierbei ziemlich gleich, ob von mehr oxydischen oder mehr sulfidischen Eisenverbindungen ausgegangen wurde. Zum besseren Verständnis scheint es dabei angebracht, einiges über die Eigenschaften bzw. über das Verhalten der in Frage kommenden Stoffe vorauszuschicken. Die Grundstoffe, um welche es sich handelt, sind Eisenoxyd, Eisenoxydul, Pyrit und einfach Schwefeleisen (bei Eisen außerdem Kohle) als feste oder geschmolzene Stoffe, während für die Gasphase Luft, schweflige Säure und Kohlenoxyd in Frage kommen: Fee 03-Fe0-C-Fe S2-Fe S -S 02 - CO - Luft. Diese Grundstoffe derart miteinander ins Gleichgewicht zu bringen, daß sich lediglich eine schmelzflüssige Phase von Fe - Fe S mit Fe im Überschuß bildet, hat sich der Erfinder als Aufgabe gestellt und zur Lösung dieser Aufgabe eine Anzahl von Schmelzversuchen angestellt. Bekannt sind in der Hauptsache nur Eigenschaften der Einzelstoffe.
  • Pyrit (FeS2) dissoziiert von etwa 55o° ab und hat bei etwas über 700° einen Schwefeldampfdruck von 1 Atm. Beim Erhitzen in nicht oxydierender Atmosphäre geht daher Pyrit in Schwefeleisen (FeS) über, welches einen Schmelzpunkt von etwa 1195° hat.
  • Beim Erhitzen von Pyrit in Luft, d. h. in oxydierender Atmosphäre, beginnt derselbe, je nach der Korngröße, von Temperaturen ab, die zwischen 325 und q.70° liegen, zu Eisenoxyd und schwefliger Säure zu verbrennen. Eisenoxyd (Fe203) hat einen Schmelzpunkt von etwa z565°, bei welchem es teilweise zu Fei 04 dissoziiert mit einem Erstarrungspunkt von etwa 1527°. Diese Dissoziation des Fee 03 beginnt in Luftatmosphäre schon bei 137o°, ohne indessen zur Bildung von freiem Fe0 zu führen. Freies Fe0 vermag nur durch Reduktion von Eisenoxyd mittels Kohle oder Kohlenoxyd zu entstehen. Ohne Gegenwart dieser reduzierenden Stoffe ist es technisch, bei Abwesenheit von Kieselsäure, sehr schwer in freier Form zu halten, so daß sein angeblicher Schmelzpunkt von etwa 136o° lediglich wissenschaftliches Interesse hat und auch nicht sicher erscheint. Schmelzbäder aus reinem Eisenoxydul wird man daher kaum technisch in der Metallurgie mit den bisher üblichen Mitteln herstellen können, da diese durch die normale Ofenatmosphäre, sei es durch Luft, sei es durch Kohlensäure, zu Magnetit oxydieren würden. Ebensowenig können Schmelzflüsse aus geschmolzenem Eisenoxyd (Fe, 0,) hergestellt werden, da diese zu Magnetit (Fes 04) dissoziieren würden.
  • Was nun sulfidische Schmelzbäder des Eisens anbetrifft, so sind, wie schon erwähnt, solche aus FeS2 ohne Anwendung höchster Drucke nicht beständig, weil FeS2 zu FeS dissoziiert. Das FeS vermag bei den Temperaturen der normalen metallurgischen Öfen in nichtoxydierender Atmosphäre zwischen 12oo und 15oo° nicht weiter zu dissoziieren, als etwa einem Schwefelgehalt von 28 bis 32 °% entspricht. Dieser Schwefelgehalt kommt, auf andere Weise ausgedrückt, etwa gleich einer Zusammensetzung von 8o bis 85 °/a FeS und 2o bis 15 °%o Fe. Bei etwa 84 % FeS und 16 % Fe liegt der eutektische Punkt der schmelzflüssigen Lösungen von Fe mit Fe S, und zwar bei einer Temperatur von 985 °. Bei einem normalen, einfachen Schmelzen von Pyrit oder Schwefeleisen kommt man, wie die praktischen Erfahrungen gezeigt haben, mit einer Entschwefelung durch Dissoziation nur ganz unwesentlich über diesen eutektischen Punkt hinaus. Ebenso -wie das oxydische Eisen in der der Formel Fe3,04 entsprechenden Oxydationsstufe (also weder Fe0 noch Fe2O3) im schmelzflüssigen Zustande seine beständigste Form hat, entsprechend dem Gleichgewicht der flüssigen Schmelze mit den Ofengasen, weist also das sulfidische Eisen seine beständigste Schwefelungsstufe in geschmolzener Form und bei nicht oxydierender Ofenatmosphäre mit der vorgenannten, etwa eutektischen Zusammensetzung auf.
  • Abgesehen von solchen Punkten, in welchen FeS oder seine etwa eutektische Eisenlegierung zusammen mit Bleisulfid oder Kupfersulfid in der Form der bekannten Bleikupfersteine auftritt, hat bisher dieses geschmolzene Schwefeleisen, zumal bei der direkten Eisengewinnung, kaum eine nennenswerte Rolle gespielt. Dieses ist auch erklärlich, da für sulfidische Eisenverbindungen mit 30 0% Schwefel bisher keine wesentlich andere Verarbeitungsmöglichkeit bestand als für Pyrite mit höheren Schwefelgehalten.
  • Bei der großen Verbindungsneigung (Affinität) des Eisens zum Sauerstoff wird bei der gewöhnlichen Luftbehandlung einer derartigen Schmelze das Eisen gleichzeitig mit dem Schwefel oxydiert. Bei dem Bessemern von Kupferstein, also von Schmelzen aus Schwefeleisen und Schwefelkupfer bestehend, wird bekanntlich auch neben dem Schwefel alles Eisen oxydiert, dem Zweck der Bessemerarbeit entsprechend.
  • Ein Vorteil mußte nun darin gesehen werden, wenn es gelingen würde, in einer Schmelze, etwa der obengenannten eutektischen Zusammensetzung entsprechend, nur den Schwefel zu oxydieren, die Schmelze also an metallischem Eisen anzureichern -ohne gleichzeitig dabei nennenswerte Mengen von Eisen zu oxydieren -, und zwar bis zu einem solchen Gehalt, welcher eine schnelle Aufarbeitungsmöglichkeit des nunmehr viel Eisen neben wenig Schwefeleisen enthaltenden Schmelzproduktes möglich machen würde. Durch Versuche ist nämlich festgestellt worden, daß in der Reihe der Eisen-Schwefeleisen-Legierungen, welche auf der Schwefeleisenseite den eutektischen Punkt von 9850 zeigten, diesem auf der Eisenseite ein technisch bemerkenswertes Erzeugnis gegenübersteht, welches et-,va 8% Schwefel, entsprechend rund 75% Fe - 25% Fe S, enthält. Im Schaubild der Fe-FeS-Legierungen kommt die Bedeutung eines Stoffes dieser Zusammensetzung nicht zum Ausdruck, weil sich von diesem Punkt ab etwa irgendwelche neuen Gefügebestandteile nicht zeigten. Lediglich ließe sich vielleicht feststellen, daß etwa von diesem Punkte ab die Erstarrungstemperaturen der primären Ausscheidung, welche sich mit abnehmendem Schwefelgehalt nur langsamer erhöht hatten, jetzt einen schnelleren Anstieg erfahren. Dieser Wendepunkt der primären Erstarrung liegt bei reinen Ausgangsstoffen bei etwa 137g°.
  • Die technisch bemerkenswerte Feststellung liegt nun darin, daß abgeschreckte Erzeugnisse, welche von diesem Punkte nach dem reinen FeS hin liegen, ausgesprochen nichtmetallischen Charakter zeigen und sich daher in Zerkleinerungsapparaten gut vermahlen lassen. Nach der Eisenseite hin nehmen jedoch von diesem Punkte ab die Zusammensetzungen der Produkte, rasch zunehmend, metallischen Charakter an, derart, daß sie sich in den üblichen Zerkleinerungsapparaten nicht mehr oder nur sehr schlecht vermahlen lassen.
  • Da sich herausgestellt hat, daß durch geeignete Behandlung einer schwefelreichen Schmelze mit Oxydationsluft unter einer Kohlendecke der Schwefelgehalt sich leicht bis auf etwa 8 0% vermindern läßt, ohne dabei Eisen nennenswert zu oxydieren, wird hierdurch die Möglichkeit gegeben, ein Erzeugnis zu erhalten, welches sich auf einem Sinterapparat in einem Arbeitsgange in Eisenoxydagglomerat überführen läßt. Die Gelegenheit, diese Möglichkeiten auszunutzen, wird geboten, wenn es sich um Pyrite handelt, mit welchen in komplexer Form andere Sulfide verdampfbarer Natur, wie z. B. Zn S, Pb S, Bi2Ss, A32S3 usw., verbunden sind. Reine Pyrite, d. h. solche ohne diese Beimengungen, würden einer solchen Behandlung nicht zu unterwerfen sein, da sie auf direktem Wege, ohne Verflüssigung, in Eisenoxydsintergut übergeführt werden können. Da aber erfahrungsgemäß bei dem üblichen Sinterverfahren gebundene flüchtige Metallsulfide obengenannter Art nur unwesentlich entfernt werden können, ist zur direkten Entfernung derselben eine Überführung des Pyrits in eine geschmolzene Form notwendig. Die neu gemachten Feststellungen ermöglichen es nun, im Gegensatz zu den bekannten Vorschlägen, welche die von den flüchtigen Metallen befreite Sulfidschmelze in eine Oxydschmelze überführten, diesen Schwefeleisenschmelzen derart Schwefel zu entziehen, daß sich eine schwefelarme Fe-FeS-Schmelze bildet, welche sich durch Granulieren mit nachfolgender Behandlung auf Sintervorrichtungen zu Eisenoxydsintergut verarbeiten läßt.
  • Es ist schon ausgeführt worden, daß das Verfahren sich besonders für Pyrite, welche andere flüchtige Metallsulfide enthalten, eignet. Dasselbe gilt aber auch für Pyrite, welche nennenswerte Mengen Gangart, z. B. Kieselsäure, enthalten. Wenn nämlich derartige Pyrite auf Sintervorrichtungen in Eisenoxydsintergnt übergeführt werden, wird der Fe20s Gehalt des Sintergutes durch die nicht entfernte Gangart wesentlich beeinträchtigt. Werden aber gangart-, besonders Si 02haltigeRohstoffe erfindungsgemäß einem Schmelzverfahren in reduzierender Atmosphäre unterworfen, welches so vorzunehmen ist, daß sich möglichst kein Fe O, Fes 04 oder Fee O3 bildet, dann kann der größte Teil des sulfidischen Eisens von der Gangart abgetrennt und das sulfidische Eisen hierauf der oben beschriebenen Behandlung durch Sintern unterworfen werden.
  • Die bisherigen Betrachtungen bezogen sich lediglich auf die Verarbeitungsmöglichkeit sulfidischer Stoffe, wie Pyrit, Schwefeleisen u. dgl. Im Laufe der Untersuchungen hat sich nun herausgestellt, daß sich-auch oxydische Eisenverbindungen nach genau den gleichen Gesichtspunkten verarbeiten lassen, was jedoch nur dann von Wert ist, wenn diese durch Gangart, durch flüchtige Metalloxyde oder Sulfide verunreinigt sind oder wenn sie infolge unvollkommener Abröstmöglichkeit ihrer sulfidischen Ausgangsstoffe noch gewisse Mengen Schwefel enthalten.
  • Um ein Beispiel zu nennen, so liegen derartige Erzeugnisse in Form von Abbränden vor, welche durch Abröstung zinkhaltiger Kiese erhalten worden sind. Derartige Abbrände enthalten Zink, zu einigen Prozenten in Oxyd-, sonst in Sulfidform, daher auch einige Prozente Schwefel, ferner Gangart u. dgl. Durch die Vielzahl ihrer Komponenten ist eine Verflüssigung derartiger Stoffe besonders leicht zu erreichen. Es. ist hierbei aber wesentlich, unter welchen Bedingungen diese Verflüssigung vorgenommen wird. Die mögliche Verschiedenheit der Bedingungen ist im praktischen Betriebe gegeben durch drei @ Veränderliche, nämlich: 1. Verschiedenheit in der Temperatur, a. Verschiedenheit in der Ofenatmosphäre, 3. Geschwindigkeit des Einschmelzens. Eine hohe Temperatur und oxydierende Atmosphäre ergeben Eisenoxydschlacken von hohem Schmelzpunkt. Hohe Temperatur, reduzierende Atmosphäre und langsames Einschmelzen ergeben metallisches Eisen und hochschmelzende Schlacken. Schnelles Einschmelzen in reduzierender Atmosphäre ergibt bei praktisch erreichbaren Ofentemperaturen Schmelzerzeugnisse besonders günstiger Weiterverarbeitbarkeit, sofern Maßnahmen zugrunde gelegt werden, die nun im folgenden auf Grund von Versuchsbeobachtungen festgelegt sind.
  • In einem Ofen ist technisches Schwefeleisen etwa von der eutektischen Zusammensetzung Fe - Fe S eingeschmolzen worden Dieses Schmelzen geht bei etwa 95o° vor sich. Die Schmelze ist dann weiter erhitzt worden, und nach Abdecken mit Kohle und bei einer Temperatur von etwa 1300° wurden in gewissen Abständen zinkhaltige Kiesabbrände in die mit Kohle bedeckte Schmelze eingetragen. Sobald das eingeworfene Gut die Ofentemperatur angenommen hat, setzt eine starke Reaktion ein, welche in einem starken Aufschäumen zum Ausdruck kommt. Gleichzeitig entweichen - Zinkdämpfe, zumal wenn eine Temperatur zwischen 125o° und 1350° innegehalten wird. Durch Aufblasen von Luft kann die Zinkentwicklung beschleunigt werden. Als Schmelzerzeugnisse entstehen eine Eisen-Sch-,vefeleisen-Legierung von höherem spezifischem Gewicht und sofern Kieselsäure als Gangart anwesend ist, eine Eisensilicatschlacke von geringerem spezifischem Gewicht, welche sich auf der Eisen-Eisensulfid-Schicht abscheidet. Das Mengenverhältnis beider entscheidet, ob der Schmelz-und Reaktionsprozeß sich für eine metallurgische Anreicherung eignet.
  • Das Ziel des Verfahrens ist, wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich ist, so weit wie irgend möglich das Eisen in der Sulfidlegierung anzureichern.und die in der Schlacke gebundene Menge oxydischen Eisens so gering wie irgend möglich zu halten. Es ist nun festgestellt worden, daß das Verhältnis von Eisenmetall plus Eisensulfid zum oxydischen verschlackten Eisen nicht dem entspricht, wie es in der benutzten Beschickungsmischung vorhanden gewesen ist. Eine größere Menge des oxydischen Eisens ist in Form von Metall in die Eisen-Eisensulfid-Legierung übergegangen. Diese ist auf folgende Reaktionen zurückzuführen: Fer 03 +:2 Fe S -I- 3 C -z (Fe # Fe S) -j- 3 CO, Fee 0s + 4 Fe S + 02 -j-- 3 C = 3 (Fe # FeS) -f- S02 + 3 CO. Bei Abwesenheit von Kieselsäure läßt sich also auf diese Weise oxydisches Eisen vollständig in eine Eisen-Eisensulfid-Legierung überführen. Diejenige Menge Eisen, welche bei Anwesenheit von Kieselsäure durch diese einer Verschlackung unterworfen ist, möglichst klein zu halten, muß angestrebt werden. Es wurde festgestellt, daß hierfür entscheidend die Temperatur ist, bei welcher das Einbringen des Eisenoxydes in das Bad vorgenommen wird. Beispielsweise wurden 169 g Eisenoxyd, 53 g Kieselsäure, 78 g Schwefeleisen miteinander verschmolzen. Wenn hierbei eine Temperatur von 139o° nicht überschritten wurde, entstanden aus der obengenannten Mischung 13o bis 16o g Schlacke und 12o bis Zoo g Eisen-Eisensulfid-Legierung mit 1o bis 14 % Schwefel. Die Schlacke hatte 6o bis 66°/o Fe0, Rest Si0, Wurde dieses Schmelzen aber bei einer Temperatur von über 140o° vorgenommen, so ergab sich eine Schlacke mit nur 33 °/o Fe0, Rest Si02, während die Eisen-Eisensulfid-Legierung sich- auf einen Schwefelgehalt von 7,8 °i, S einstellte. Das es sich hierbei nicht um zufällig erschmolzene Zusammensetzungen handelt, geht daraus hervor, daß bei mehrfachen Wiederholungen sich stets die gleichen Gehalte einstellten. Der Eisengehalt in der Schlacke war unabhängig auch vom Schwefelgehalt des zugesetzten Schwefeleisens, so daß diese Silicierungsstufe aus etwa 33 Gewichtsprozent Fe0 als höchst erreichbare Entarmungsstufe für den Temperaturbereich von 140o bis 1q.50° angesehen werden kann. Es sind zwar Verfahren bekannt, die zunächst eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Verfahren nach der Erfindung aufweisen. Eine sorgfältige Prüfung ergibt jedoch, daß Weder die bei der Beschreibung der bekannten Verfahren mitgeteilten Reaktionen beobachtet worden sind, noch daß Vorschläge gemacht werden, derartige Erze so zu verarbeiten, wie es durch die vorliegende Erfindung in Vorschlag gebracht wird.
  • Bei dem einen der bekannten Verfahren wird eine Niederschlagsarbeit angewendet, bei welcher die Erze (Eisenoxyde, aus denen das verunreinigende Metallsulfid - Zn S -niedergeschlagen werden soll) vorher durch Mischen mit Alkali- oder Erdalkalioxyden verflüssigt werden und aus welchen dann durch besonderen Zusatz von metallischem Eisen in Form von Schrott, gemäß der Formel Zn S -f- Fe - Zn -f- Fe S, das Zink verflüchtigt wird.
  • Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird bei zinkhaltigen Kiesabbränden letzten Endes das Zink auch gemäß dieser bekannten Formel entfernt. Zum Unterschied gegenüber den bekannten Verfahren werden aber nicht die Kiesabbrände als solche oder in Verbindung mit basischen Oxyden verflüssigt, sondern durch direkte Umsetzung des Fe. O3, und zwar nicht zu metallischem Eisen, sondern zu einer Fe-reichen Fe-FeS-Legierung, in welcher der hohe Fe-Gehalt ähnlich auf Zn S entschwefelnd zu wirken vermag, als ob metallisches Eisen zugesetzt wäre. Einer zu starken Anreicherung der Fe-FeS-Legierung an FeS muß dabei aber durch Dissoziation der Legierung, gegebenenfalls unter Kohlezusatz und Temperatursteigerung oder durch Oxydation mittels Luftaufblasens, vorgebeugt werden.
  • Bei dem anderen bekannten Verfahren handelt es sich ebenfalls um die Verarbeitung zinkhaltiger Eisenerze, in diesem Falle aber Zn S-haltige Pyrite, welche nach vorhergehender Abröstung in Schächten noch röstwarm zu Eisenschwamm reduziert werden sollen, welcher dann in anderen Ofen auf metallisches Eisen verschmolzen wird. Hierbei soll das Eisen das Zinkoxyd reduzieren gemäß der Gleichung Zn 0 -f- Fe- Fe 0 -j- Zn. Nach diesem Verfahren soll in dem Ofen ständig ein Bad von metallischem Eisen gehalten werden, das auch als solches abgestochen wird. Demgegenüber ist zu beachten, daß nach dem; neuen Verfahren ein Bad, bestehend aus einer Eisen-Eisensulfid-Legierting, vorhanden sein soll, welches sogar noch so viel Schwefel enthält, daß es nach erfolgter Granulierung nicht metallischen Charakter hat und sich zu einem ohne Zuschläge sinterbaren Produkt vermahlen läßt.
  • Nachdem in den vorstehenden Ausführungen das neue Verfahren, seine wissenschaftlichen Grundlagen und sein Unterschied gegenüber ähnlich. erscheinenden Verfahren erörtert worden sind, soll nun die technische Durchführung des Verfahrens geschildert werden.
  • Da sowohl Kiesabbrände, also geröstete Kiese, wie auch rohe Pyrite oder eine Mischung beider gleicherweise in eine Fe-Fe S-Legierung übergeführt werden sollen, die auf metallisches Eisen weiter zu verarbeiten ist, ist es verständlich, daß die v örbereitenden Maßnahmen hierzu bei jedem dieser Stoffe verschieden sind, während das im Schmelzofen enthaltene Ausgangsschmelzbad, bestehend aus einer Fe-FeS-Legierung, stets das gleiche ist.
  • Gilt es nun, Kiesabbrände zu verarbeiten, welche durch Zink oder andere flüchtige Metallverbindungen verunreinigt sind, so werden diese, gemischt mit Kohle, in das Schmelzbad eingetragen. Die Reaktionen, welche hierbei eintreten, sind bereits geschildert worden, sie gehen unter Aufschäumen vor sich und führen zu einer Eisen-Eisensulfid-Schmelze.
  • Handelt es sich darum, rohe Pyrite zu verarbeiten, kann natürlich der Kohlezusatz zunächst fortfallen bzw. kann derselbe so weit heruntergesetzt werden, daß er nur noch dazu dient, das Schmelzbad vor zu starker Oxydation durch die Ofengase zu bewahren. Während aber naturgemäß beim Einführen von Kiesabbränden, falls diese nicht unzureichend abgeröstet sind, der Schwefelgehalt der resultierendenEisen-Eisensulfid-Schmelze ein verhältnismäßig geringer bleiben wird, muß dieser beim Einführen von rohen Pyr fiten in das -Bad erheblich ansteigen. In diesem Falle ist daher durch Aufblasen von Luft auf die Oberfläche der Schmelze eine Verminderung des Schwefelgehaltes in der Eisen-Eisensulfid-Schmelze herbeizuführen. Diese Schwefeloxydation durch Luft ist nicht etwa gleichzusetzen einem Bessemerverfahren, wie es zur Behandlung von sogenanntem Kupferstein oder ähnlichen Stoffen bekannt ist. Es ist schon oben ausgeführt, daß bei dem bekannten Bessemerprozeß in jeder Phase des Verfahrens sowohl Schwefel als auch Eisen oxydiert wird und nach Beendigung des Verfahrens das gesamte Eisen oxydisch, in Form einer Schlacke, erhalten wird. Auch bei vorzeitiger Unterbrechung eines solchen Kupferstein-Bessemerverfahrens erhält man stets, genau entsprechend der oxydierten Schwefelmenge, eine entsprechende oxydierte Eisenmenge. Das Wesentliche der Erfindung ist aber, die Oxydation des Eisens so gut wie gänzlich zu verhindern und nur die des Schwefels herbeizuführen, und zwar auch nur so weit, bis eine Eisen-Eisensulfid-Legierung mit nur 8 bis 1a °/o Schwefel entstanden ist. Dieses kann erreicht werden durch Aufblasen von Luft auf die Oberfläche, gegebenenfalls unter Abdeckung der Badoberfläche mit Kohle. Daß dieses sehr wohl möglich ist, konnte durch die vorstehend geschilderten. Versuche festgestellt werden. Wenn dabei bemerkt wurde, daß infolge der Anwesenheit von Kieselsäure als Gangart die Bildung einer Schlacke sich seinerseits nicht gänzlich vermeiden läßt, so konnte andererseits gezeigt werden, daß durch Innehaltung einer Temperatur von über 1q.00° der FeO-Gehalt derselben bis auf etwa 33 °ia beschränkt werden kann. Die Menge des Eisens, dessen Oxydation zu Fe0 unvermeidbar ist, ist also lediglich eine Funktion der Kieselsäure (5o °/o der Si 02 Menge) und daher gegenüber der insgesamt zu behandelnden Eisenmenge nicht allzu wesentlich. Hieraus ergibt sich auch schon der Unterschied gegenüber dem Bessemerprozeß, bei welchem bekanntlich eigens Kieselsäure zugeschlagen wird, um alles Eisen in Oxydform überzuführen und zu verschlacken. Die Haupteisenmenge wird durch die neue Arbeitsweise als Eisen-Eisensulfid-Legierung erhalten, deren Schwefelgehalt nun auf einen solchen Betrag zu bringen ist, daß die abgeschreckte Legierung - d. h. granuliert oder in Masseln oder sonstwie vergossen - noch nichtmetallischen Charakter, d. h. Mahlfähigkeit, bewahrt. Wenn dieser Vorgang auch nicht die Wärmemengen aufzubringen vermag wie ein Bessemerprozeß, der zur vollständigen Oxydation des Eisens führt und daher die durch Eisenverbrennung erzeugbaren großen Wärmemengen fortfallen, so bleibt doch noch durch die Schwefelverbrennung eine beträchtliche Wärmeerzeugung übrig, welche durch die gleichzeitige Kohleverbrennung auf der Oberfläche des Bades - gewissermaßen als Ersatz für die fehlende Fe-Verbrennung -wirksam erhöht wird.
  • Bei der Verarbeitung von Kiesabbränden verläuft dieser Prozeß natürlich mehr endotlierin, was aber durch Zusatz von Pyrit wesentlich ausgeglichen werden kann, um dadurch an zuzuführender Heizungsenergie zu sparen. Da Zink und andere flüchtige Metalle in diesem Bade, welches reich an metallischem Eisen .und ärmer an FeS ist, nicht mehr bestehen können, werden diese verflüchtigt und können aus den Abgasen des Ofens abgeschieden werden. Die sich bildende Schlacke wird von dem Bade entfernt und die Eisen-Eisensulfid-Schmelze alsdann granuliert oder in Form von Masseln zur schnellsten Erstarrung gebracht. Die Granalien - stückiges Gut muß vermahlen werden - werden durch einmalige Behandlung auf einer Sintervorrichtung in ein gesintertes Erzeugnis von Eisenoxyden übergeführt, welches gangartfreiem, natürlichem Magnetit gleichwertig ist.
  • Es. wurden auch schon weitere Versuche angestellt, um eine Möglichkeit zu schaffen, aus einer Eisen-Eisensulfid-Legierung unmittelbar metallisches Eisen herzustellen. Ein Weg konnte darin gesehen werden, nach an sich bekannter Weise durch Zusätze von Silicium zu der Eisen-Eisensulfid-Legierung den Sch-v#,efelgehalt derselben in Form von Siliciumsulfid zu verflüchtigen. Es ergab sich nicht nur, daß dieses möglich war, sondern unter sehr beträchtlicher Wärmeentwicklung vor sich ging. Da der Siliciumzusatz genau dem Schwefelgehalt zu entsprechen hat, ist es aus wirtschaftlichen Gründen erforderlich, das vorhergehende Behandlungsverfahren für das Erz'so weit zu führen, daß der Schwefelgehalt der entstehenden Eisen-Eisensulfid-Legierung so weit wie möglich heruntergedrückt wird, was bei praktisch etwa q. bis 6 °1o Schwefel in der Legierung möglich ist. Bei einer Durchführung des Verfahrens bei Temperaturen über 160o° würde sich sogar schon unter Verwendung eines Zusatzes von Kieselsäure plus Kohle eine Entschwefelung der Eisen-Eisensulfid-Legierung ermöglichen lassen.
  • Zur Durchführung dieses Verfahrens könnte man sich irgendeines metallurgischen Ofens bedienen. Da aber Flammöfen, die hauptsächlich für die Behandlung von Erzen oder Hüttenerzeugnissen mit Schmelzbädern in Frage kommen, insofern eine schlechte Temperaturverteilung haben, als die gleichmäßige Durchwärmung des Schmelzbades infolge schlechter Wärmeleitung erschwert wird und daher die Temperatur innerhalb desselben mit der Tiefe der Bäder abnimmt, die Bäder an der Sohle ,also kälter sind, und da Verfahren gemäß der Erfindung ganz besonders von einer gleichmäßigen Temperatur abhängig sind; weil sonst der Verlauf ein viel zu langsamer sein würde, wird dieses Verfahren ganz besonders zum Ziele führen, wenn es in einem um 36o° drehbaren Ofen, zweckmäßigerweise in einer Kurztrommel, durchgeführt wird, bei welcher die Beheizung des Schmelzbades sowohl von oben als auch von der Sohle erfolgt.
  • Bei Ofen sehr großen Inhaltes, beispielsweise über 5o t, wird es sich empfehlen, das Verhältnis Länge zu Durchmesser nur noch in der Länge zu steigern und, dieser Verlängerung des Ofens entsprechend, die Flamme nicht mehr im Ofen selbst zurüziskehren zu lassen, sondern durch den Ofen hindurchstreichend, am gegenüberliegenden Ende des Eintrittes austreten zu lassen. Die Verlängerung des Ofens ermöglicht es, vornehmlich Kiesabbrände fortlaufend zu verarbeiten. Die Kiesabbrände - mit entsprechendem Kohlezusatz - werden an der Stirnseite des Flammeneintrittes aufgegeben, und bei der 'schnellen Auflösung derselben im Bade kann es erreicht werden, daß gleichzeitig am anderen Ende des Ofens fortlaufend die entsprechende Menge Eisen-Eisensulfid-Legierung den Ofen verläßt. Der Ofen muß sich hierbei fortlaufend drehen, da, wie bereits ausgeführt wurde, nur durch die Drehung die gleichmäßige Temperatur der Ofenschmelze erreicht werden kann. Das ununterbrochene Arbeiten kann natürlich auch so verstanden werden, daß Aufgeben der Charge auf der einen Seite und Abfließen der Eisen-Eisensulfid-Legierung auf der anderen Seite in kurzen Zwischenräumen erfolgt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Gewinnung von Eisen durch Schmelzen einer Mischung von eisenhaltigen, schwefelfreien und schwefelhaltigen Stoffen oder aus eisen- und schwefelhaltigen Stoffen allein, ohne Zuschläge, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Verfahrensstufe bei einer Temperatur von über 140o° eine Lösung bzvk Legierung von Eisensulfid mit metallischem Eisen, etwa 8 °/o Schwefel enthaltend, welche im erstarrten Zustande die Grenzeigenschaft zwischen metallischem Eisen und nichtmetallischem Sulfid aufweist, hergestellt wird, aus welcher in einer zweiten Verfahrensstufe nach Granulierung bzw. nach Abschreckung und Mahlung der Restschwefel durch Sinterung entfernt wird. z. Verfahren gemäß Anspruch i, nach welchem eine schmelzflüssige Lösung bz-.v. Legierung von Eisensulfid mit metallischem Eisen hergestellt wird, welche im erstarrten Zustande die Grenzeigenschaft beider Einzelstoffe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Verfahrensstufe aus der Schmelze der Restschwefel mittels Siliciums oder mittels Kieselsäure plus Kohlenstoff entfernt wird. -3. Die Anwendung einer um 36o° drehbaren Kurztrommel zur Durchführung des Schmelzverfahrens gemäß Anspruch i und a bei nicht fortlaufendem Betrieb. 4. Die Anwendung eines verhältnismäßig langen Drehofens, in welchem ständig ein geschmolzenes Bad einer Lösung von Eisen und Schwefeleisen gehalten wird, in welches die zu behandelnden Stoffe eingetragen werden zur Durchführung des Schmelzverfahrens gemäß Anspruch i und a bei fortlaufendem Betrieb.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5780117A (en) * 1996-02-26 1998-07-14 Rohm And Haas Company Dual-cure latex compositions

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US5780117A (en) * 1996-02-26 1998-07-14 Rohm And Haas Company Dual-cure latex compositions

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