WO2016082827A1 - Verfahren zum verarbeiten von aluminiumhaltigen rohstoffen - Google Patents

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WO2016082827A1
WO2016082827A1 PCT/DE2015/100507 DE2015100507W WO2016082827A1 WO 2016082827 A1 WO2016082827 A1 WO 2016082827A1 DE 2015100507 W DE2015100507 W DE 2015100507W WO 2016082827 A1 WO2016082827 A1 WO 2016082827A1
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raw meal
meal
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Ramin Memari Fard
Nima Memari Fard
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Ramin Memari Fard
Nima Memari Fard
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00—Compounds of aluminium
    • C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
    • C01F7/04—Preparation of alkali metal aluminates; Aluminium oxide or hydroxide therefrom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00—Compounds of aluminium
    • C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates

Definitions

  • the invention relates to a method for processing aluminum-containing raw materials.
  • an intermediate or sintered material is usually first prepared, which is fired in a kiln, then from the sinter produced, the alumina with the addition of alkalis or washing out other chemical compounds in a wet-chemical process and then to recover the alumina in a hydro-metallurgical process.
  • Previous methods spend the aluminum-containing raw material, such as nepheline, together with limestone CaC0 3 and soda Na 2 [C0 3 ] for producing an intermediate in a wet mill, in which the mixture is processed into a suspension with the addition of large amounts of water.
  • the suspension is thickened somewhat. After thickening, the intermediate product is fired in a kiln to produce the final product produced by the sintering process.
  • a disadvantage of this method is the comparatively very high consumption of water and the great energy expenditure to burn the thickened suspension or the intermediate product in the kiln.
  • a possibly previously prepared homogeneity of the mixture ie a uniform distribution of the individual substances, is highly endangered and often not achievable.
  • Another method provides sintering in a dry process.
  • the aluminum-containing raw material for example, the nepheline
  • a calcium-containing raw material such as limestone
  • Grind raw meal add soda and mix it into a homogeneous dry mixture.
  • This raw meal mixture which acts as an intermediate, is then introduced into a kiln with upstream preheater and / or calciner.
  • the soda evaporates at least partially, before the actual optimum sintering temperature of about 1290 ° C to 1330 ° C is reached, and the raw meal mixture loses its homogeneous distribution of the individual substances.
  • the present invention is therefore based on the object to overcome the problems mentioned in the processing of aluminum-containing raw materials, and in particular to provide a method that allows the production of an intermediate, which has a stable over a longer period of time homogeneity and less energy in the production of the sinter in the Sintering process needed.
  • the process according to the invention for processing aluminum-containing raw materials comprises the following process steps:
  • the respective crushing is carried out according to the invention in the dry process.
  • a homogeneous mixture or raw material is one in which the most uniform possible distribution of all components is obtained, preferably a mixture or raw material with a very high degree of homogeneity.
  • a mixture with a very high degree of homogeneity mixtures having a homogeneity of more than 99%, preferably more than 99.5%, particularly preferably more than 99.75%, are designated.
  • no or only very small areas occur with a heterogeneous distribution of the individual components. The lower the variance of the detected concentration compared to the composition of the total mixture, the more homogeneous the mixture.
  • a mixture with a homogeneity is to be obtained, in which the probability of finding one particle in one volume unit of the total mixture is preferably the same for all other identical volume units.
  • the deviation of the proportions of the components in each case based on their own mass may not be greater than 0.25%.
  • an aluminum-containing raw material preferably nepheline
  • a calcium-containing raw material preferably limestone
  • a two-part grinding process has the advantage that a quality control of the ground raw material can be carried out after each grinding stage.
  • a multi-stage quality control makes it possible to produce the raw meal mixture that develops during the process as homogeneously as possible, which is of crucial importance for a later sintering process of the pressed raw material.
  • the required fineness or fineness of the raw meal is determined as a function of the geological structure of the raw material used by means of a flammability or sintering test and the raw material is correspondingly ground.
  • the grinding process in a mill with a downstream classifier in a closed grinding circuit can advantageously be followed by a first quality control, in which the grain size and / or the exact chemical composition of the raw meal is checked.
  • An additive is preferably a material that alters the composition of a raw material, raw granules and / or preferably a raw meal or a raw meal mixture. It may be advantageous if the additives or mixing corrections are already added to the raw material and / or raw granules in a milling stage or for milling or during milling, so that the added additives can advantageously be mixed with the raw material. In addition, the added additives can advantageously interact longer with the raw material and thus positively influence the effect of the additives.
  • the distribution and / or effect of the additives within the raw granulate and / or within the raw meal are qualified by means of at least one analysis unit, for example chemically and / or optically, in particular with regard to the achieved grain size.
  • the raw granules and / or preferably the raw meal is stored in homogenization silos. Homogeneity of the raw granules and / or, preferably, of the granules can be carried out in such a homogenization lot
  • Raw meal so a uniform distribution of the individual components of the raw granules and / or preferably of the raw meal, preferably by continuous circulation, maintained and the raw granules and / or the raw meal are preferably stored until further processing.
  • the raw granules and / or the raw meal is stored in homogenization silos with Aidtjan capacity of production in order to achieve a long-term homogeneity of the raw meal.
  • the storage in homogenizing silos has the advantage that the raw granules and / or the raw meal, for example, continuously circulated and mixed with the fresh raw meal is fed back into the silo depending on the configuration of the homogenizing silo, which ultimately leads to an advantageous distribution of different grain sizes and qualities , and leads to a homogenization of the raw granules and / or the raw meal.
  • a good and equal Permanent homogenization over the entire production process is of crucial importance for the intermediate product or the pressed raw material produced according to the invention. It may be advantageous if the raw granules and / or preferably the
  • raw meals are pre-dosed via an outlet of the homogenizing silo and distributed to separate metering-discharge conveyor units, preferably metering-discharge conveyor belts.
  • the raw meal can preferably be finely metered via a further metering unit before it is applied by the respective metering discharge conveyor assembly to a common delivery unit, in particular a conveyor belt.
  • the raw meals of the aluminum-containing raw material and the calcium-containing raw material are applied to the common conveyor unit, preferably an air-conveying channel.
  • the aluminum-containing raw meal and the calcium-containing raw meal are locally applied to the delivery unit in front of an analysis unit and pass through this analysis unit.
  • the analysis unit can advantageously during the passage of the raw meal, the exact chemical composition of the raw meal intermediate mixture determined and the addition of the respective raw meal and additives or mixing corrections are controlled accordingly.
  • the addition of the sodium carbonate-containing raw material, in particular soda, is preferably determined on the basis of the chemical analysis of the raw meal intermediate mixture.
  • Dosierabzugs cleanaggregate be positioned. It may be advantageous if the calcium-containing raw meal is applied only locally after the analysis unit on the common delivery unit.
  • the preferably homogeneous raw meal mixture is adjusted in a ratio of aluminum-containing raw material, preferably nepheline, to calcium-containing raw material, preferably limestone, depending on the aluminum content of the aluminum-containing raw material, preferably of the nepheline, preferably in the ratio of 1: 1 to 1: 3, more preferably from 1: 1, 5 to 1: 2.5, most preferably from 1: 2.
  • the exact ratio depends on the chemical composition of the raw materials, in particular the Nephelin stone.
  • the raw meal mixture can have a very high short-term accuracy or a very low long-term homogeneity.
  • Raw mass in particular the pellets, briquettes or the filament-shaped raw mass, as homogeneous as possible distribution of the individual substances.
  • transport via conveying units with resting raw meal, such as conveyor belts has shown in practice that demixing of the individual substances contained in the raw meal mixture can occur, which adversely affects a subsequent sintering process.
  • the raw meal until it is applied in the mixing unit with at least one binder, preferably water, continuously circulated mechanically, so that over the transport path away as high as possible Homogeneity of the raw meal or the raw meal mixture is obtained and even improved.
  • at least one binder preferably water
  • the raw meal mixture By transporting through air conveyor troughs with circulation and / or screw conveyors, the raw meal mixture is constantly mixed over the entire conveying path and thus the high homogeneity of the raw meal mixture is maintained.
  • the raw meal mixture with a small proportion of a harmless for the sintering process binder, preferably water, and un- ter pressure to small units, preferably pellets, briquettes or noodles, in particular thread-shaped units are pressed.
  • the raw meal mixture is thereby applied with the binder and mixed so that the small units are produced with high surface density and appropriate strength.
  • the constituents of the mixture in particular the sodium carbonate-containing raw material, preferably the soda necessary for the thermo-chemical reaction of sintering are to bind so that individual substances do not volatilize before the phase change of the melt is completed in the kiln.
  • a homogeneous mixture or raw material is one in which the most uniform possible distribution of all components is obtained, preferably those with a very high degree of homogeneity.
  • mixtures having a homogeneity of more than 99%, preferably more than 99.5%, particularly preferably more than 99.75%, are designated.
  • a mixture with a very high degree of homogeneity no or only very small areas occur with a heterogeneous distribution of the individual components.
  • the chemical composition and / or the grain size of the comminuted raw material and / or the raw granules and / or the raw meal or the raw meal mixture is analyzed continuously and on-line during the passage of the analysis unit by means of an analysis unit.
  • the exact composition of the raw materials Since it is the aluminum-containing raw materials, in particular nepheline, the calcium-containing raw materials, especially limestone, and / or the sodium carbonate containing raw materials, especially soda, are mostly natural minerals, the exact chemical composition may vary. In order to compensate for these variations during production, it is important to continuously check the exact chemical composition as well as the grain size of the raw materials and the products produced by comminution.
  • the small units are formed as pellets, briquettes or nedel-, in particular thread-like.
  • the small pressed units must have a different shape, size, thickness and / or mass in order to achieve an optimum result after the sintering process.
  • Pellets, briquettes or noodle, in particular thread-shaped pressed units have proven to be advantageous in terms of the surface to mass ratio and / or volume. Preference is given to producing pellets, briquettes or noodle-shaped, in particular thread-shaped, pressed units having a high surface density and preferably having an identical or lower core density as or the surface density.
  • the chemical phase change of the mass is achieved, whereby the aluminum present in raw material is converted as far as in alumina and treated for leaching with the aid of the lye suspension. It can be advantageous if a preheating unit, a kiln, at least one burner and a cooling unit are used for the firing device.
  • the corresponding structure of the combustion device of preheating unit, kiln, at least one burner and cooling unit has the advantage that the small pressed units are brought by the preheating unit comparatively slowly to the high temperatures in the kiln. Such slow heating has an advantageous effect on the subsequent sintering process and the quality of the end product produced after the sintering process.
  • the preheating unit can also be equipped with a calciner.
  • a rotary kiln, a grate furnace, a shaft furnace or a combination of the aforementioned kilns is used as the kiln.
  • the kiln plant of rotary kiln, grate furnace and / or shaft furnace with in particular upstream preheating and / or downstream cooling unit, it is possible the small units, especially the pellets or briquettes are slowly and gently heated and cooled.
  • such a construction allows rotary kilns, grate furnaces and / or
  • the invention also relates to a device comprising at least one of the aforementioned and / or the means mentioned below in the description of the figures for carrying out the method according to the invention.
  • Verpress- invention in particular Pelletier-
  • Fig. 4 is a burning device.
  • a metering device 10 is shown comprising three the homogenizing silos downstream task bunkers 12, each one connected to the task bunker 2 Dosierabzugs bulkaggregat 14 or others
  • Dosing units, a further delivery unit 16 and an analysis unit 18 are each a raw meal raw materials, in particular an aluminum-containing raw meal, preferably nepheline flour, a calcium-containing raw meal, preferably limestone, or a sodium-containing raw meal, preferably soda flour. It is possible that the individual raw meal raw materials, in particular an aluminum-containing raw meal, preferably nepheline flour, a calcium-containing raw meal, preferably limestone, or a sodium-containing raw meal, preferably soda flour. It is possible that the individual
  • Raw meals are already applied in this state with predetermined additives.
  • each task bunker 12 below the outlet 20 of each task bunker 12 is a separate one
  • Dosierabzugs cleanaggregat 14 or other Dosierabzugaggregat arranged on which the raw meal of the corresponding task bunker 12 is applied pre-metered. About another dosing unit, not shown here, the raw meal can be finely dosed before it from the respective
  • Dosierabzugs cleanaggregat 14 is applied to a common air conveyor trough 16.
  • the raw meals of the aluminum-containing raw meal and the calcium-containing raw meal are applied to the common delivery unit 16. These two raw meals are applied locally before an analysis unit 18 to the delivery unit 16, in particular an air conveyor trough and run through this analysis unit 18.
  • the exact chemical composition of the raw meal and / or the grain size of the raw meal is determined during the passage of the raw meal and controlled the addition of raw meals accordingly.
  • Other analysis units not shown here, for example, at the individual Dosierabzugsdorfaggregaten 14 or the like
  • Dosierabzugsaggregaten be positioned.
  • the calcium-containing raw meal is applied only locally after the analysis unit 18 to the common delivery unit 16.
  • FIG. 2 shows a single- or multi-stage conveying, mixing and homogenizing unit 22 comprising a plurality of air-conveying troughs and recirculating pots located in the region of the transfer positions, transporting raw meal, intermediate mixtures of raw meal or finished raw meal mixtures.
  • the raw meal or raw meal mixture is continuously circulated during transport by compressed air and in addition by the circulation pots in order to ensure a uniform homogeneous distribution or mixing and homogeneity of the raw meal or the raw meal mixture.
  • Fig. 2 a shows three successively arranged Lucas setuprinnen 24 with circulation, in which the raw meal or the raw meal mixture by means of an air flow and / or many localized air flows along the air conveyor trough 24 is moved and simultaneously circulated.
  • the compressed air from the air conveyor troughs penetrates a fabric web 30 and the raw meal or raw meal mixture thereon evenly and circulates the raw meal or raw meal mixture.
  • Raw meal or raw meal mixture is reduced and the raw meal or raw meal mixture is moved by gravity along the inclined air-conveying trough 24 and discharged from the air-conveying trough 24 via a spout 36.
  • the compressed air can escape from the air conveying trough 24 by means of a dedusting nozzle 38 arranged on the upper side of the air conveying trough, in which a dedusting filter is arranged.
  • a dedusting nozzle 38 arranged on the upper side of the air conveying trough, in which a dedusting filter is arranged.
  • there are also other structures with a circulating in the air conveyor 24 fabric tape 30 conceivable.
  • FIG. 2 b shows three successively arranged screw conveyor 40. Due to the corkscrew-shaped configuration of the screw conveyor 42, the raw meal or raw meal mixture, which or which is introduced via an inlet connection 26 into the screw conveyor 40, continuously circulated mechanically. At the end of the conveying path, the raw meal or the raw meal mixture is discharged from the screw conveyor 40 via an outlet 36. For a high leachability of the sinter, it is urgently necessary to ensure the achieved short-time accurate raw meal quality until the completion of the sintering step.
  • FIG. 3 shows a pressing and denaturing device 42, in particular a pelleting, briquetting or extruder device.
  • the raw meal mixture is treated with at least one binder, in particular water, and produces a homogeneous raw material.
  • This raw mass is then passed into a pressing unit 44, in wel rather, the raw mass is pressed under medium pressure into small units 46, in particular pellets, briquettes or noodles, in particular filament-shaped moldings.
  • FIGS. 3 a) to 3 c) show different embodiments of a compression and denaturing device 42 according to the invention.
  • FIG. 3 a shows a mixing unit 48 into which the raw meal mixture and a binder are introduced and within the mixing unit 48 a raw material is produced with stirring by means of a stirring element 50.
  • This raw material is introduced via a metering unit, not shown here, between two counter-rotating rollers 52.
  • the rollers 52 rotate in such a way that material introduced between these rollers 52 moves between the rollers 52 due to the rotation of the rollers 52 and is thereby pressed.
  • the rollers 52 have on the surface of a structure in the form of a negative mask, not shown here.
  • the raw mass introduced between the rollers 52 is pressed into the depressions of the negative mask due to the rotation under medium pressure and thus pressed into small units 46, in particular pellets or briquettes or threads, as well as shaped.
  • FIG. 3 b) differs from FIG. 3 a) in that the homogeneous raw material which is produced in the mixing unit 48 by rotation of a stirring unit 50 made of raw meal mixture and at least one binder, in particular water is generated, not directly into the pressing unit 44, but first on a conveyor belt 54 is passed.
  • This conveyor belt 54 directs the raw mass to the pressing unit 44, wherein in this pressing unit advantageously a continuous pressure adjustment is possible.
  • the pressing unit 44 consists of only one horizontally arranged roller 52, which exerts a medium and continuously adjustable pressure on the rolling past under the roller 52 raw mass and thus pressed into the recesses of the negative mold on the surface of the roller 52.
  • the roller 52 and the conveyor belt 54 rotate in the same direction.
  • the surface of the roller 52 and that of the conveyor belt 54 move in opposite directions at the point of contact.
  • the injection and denaturing apparatus 42 shown in FIG. 3 c) is an extruder which mixes and compacts the raw meal mixture and the binder, in the present case water, according to the principle of operation of a screw conveyor, the mixed and compacted homogeneous raw material being uniform under pressure is extruded from at least one shaping opening, wherein the extruded thread-like strand is decomposed into small units 46.
  • the extruder basically consists of a worm shaft 76, also called a worm. It is inserted in the so-called screw cylinder 78. The nominal diameter of this bore is equal to the outer diameter of the screw 76.
  • the shaping outlet opening 80 At the front of the screw cylinder 78 is the shaping outlet opening 80, from which a filamentary strand is pressed, which is broken down into small units 46.
  • Rear is the drive 82, in most cases an electric motor with gear unit, which ensures the rotation of the screw 76.
  • the materials to be processed in the present case the raw meal mixture and the binder, are fed to the screw 76, usually via funnel 84, from above.
  • FIG. 4 shows a firing device 56, in which the homogeneous raw mass subdivided into small units 46, in particular the pelleted, briquetted or noodle, in particular filament-shaped, raw mass, can be subjected to a thermochemical treatment.
  • 4 a) to 4 c) show different embodiments of a firing device 56.
  • the combustion device 56 shown in FIG. 4 a) comprises a preheating unit 58, a kiln 60, a burner 62, a cooling unit 64 and an exhaust gas supply line 66.
  • the preheating unit 58 comprises a vertical hollow body 68, in the interior of which obliquely downwardly extending surface elements 70 are arranged, which ensure gentle movement of the pellets, briquettes or threads opposite to the
  • This body functions practically as a countercurrent heat exchanger and can treat the raw mass until complete decarbonization.
  • This heat exchanger can also be formed in multiple stages.
  • the kiln 60 is designed as a rotary kiln.
  • the pellets, briquettes or filamentary strands 46 of homogeneous raw material are introduced into the preheating unit 58 at the top of the preheating unit 58 and, for example, can slide down the ball-path-shaped surface elements 70 due to gravity, before they are introduced into the kiln 60 via a connecting element 72 become.
  • a temperature gradient prevails in the sintering zone which secures the sintering temperature from about 1290 ° C, preferably 1300 ° C, to about 1330 ° C.
  • the sintered pellets, briquettes or filaments 46 pass into and exit a cooling unit 64.
  • the burner 62 is arranged such that the flame of the burner 62 points into the kiln 60, the orientation being such that the propagation direction of the flame is opposite to the direction of movement of the pellets or briquettes 46.
  • a tertiary air line 66 is arranged, via which the now heated radiator air (cooling air) for example
  • Precalciner burner air is passed into the calciner or preheating unit 58.
  • By using the cooler air to heat the burner air is achieved for a more effective heat recovery of the main combustion process and thus a better recuperation of the total furnace system.
  • FIG. 4 b shows a further embodiment of a combustion device 56 according to the invention comprising a preheater unit 58 which is arranged almost horizontally and can be designed as a rotary kiln or grate preheater with or without its own firing stage, a kiln 60, a burner 62 and a cooling unit 64.
  • the preheating unit 58 shown in this embodiment, in particular a grate preheater, comprises a horizontally arranged hollow body 68, in the interior of which a grate 74 is arranged.
  • Connected to the preheating unit 58 is a connecting element 72 which connects the preheating unit 58 to the kiln 60.
  • Connected to the kiln 60 is a cooling unit 64.
  • the burner 62 is positioned between the kiln 60 and the cooling unit 64 such that the flame of the burner 62 is aligned with the kiln 60.
  • the direction of propagation of the flame in the kiln 60 is opposite to the direction of movement of the pellets, briquettes or threads 46.
  • the hot exhaust gases from the burner 62 are sent directly to the preheating unit 58 via the kiln 60 and connector 72 before the exhaust gases reach the preheating unit 58 via an outlet which also serves as the inlet for the pelleted, briquetted or filamentary Raw mass 46 can serve, are led out of the preheating unit 58 addition.
  • the pellets, briquettes or threads 46 first enter the preheating unit 58, which may also be equipped with its own burner, and are as far as possible, preferably at a temperature of 800 ° C to 900 ° C,
  • the preheated pellets, briquettes or filaments 46 are sintered before these pellets, briquettes or filaments 46 in the cooling unit 64 are cooled.
  • the preheated pellets, briquettes or filaments 46 undergo the temperature gradient of the
  • Fig. 4 c shows another embodiment of a kiln 60 in the form of a shaft furnace.
  • the material to be sintered is introduced in layers from above into the kiln 60. While the actual sintering process takes place in the lower region of the kiln 60, the hot exhaust gases flow through the remaining material and heat it. The sintered material exits the kiln 60 through an outlet at the bottom of the kiln.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von aluminiumhaltigen Rohstoffen.

Description

Verfahren zum Verarbeiten von aluminiumhaltigen Rohstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von aluminiumhaltigen Roh- Stoffen.
Zur Produktion von Aluminiumoxid aus aluminiumhaltigen Rohstoffen, beispielsweise Nephelin (Na,K)[AISi04], wird üblicherweise zunächst ein Zwischenprodukt bzw. Sintermaterial hergestellt, welches in einem Brennofen gebrannt wird, um daraufhin aus dem erzeugten Sinter das Aluminiumoxid unter Zugabe von Laugen oder anderen chemischen Verbindungen in einem nass-chemischen Verfahren auszuwaschen und anschließend in einem hydro-metallurgischem Verfahren das Aluminiumoxid zu gewinnen. Bisherige Verfahren verbringen den aluminiumhaltigen Rohstoff, beispielsweise Nephelin, zusammen mit Kalkstein CaC03 und Soda Na2[C03] zur Herstellung eines Zwischenprodukts in eine Nassmühle, in welcher das Gemisch unter Zugabe von großen Mengen an Wasser zu einer Suspension verarbeitet wird. Zur Herstellung des für den Sinterprozess erforderlichen Zwischenprodukts wird die Suspension etwas eingedickt. Nach dem Eindicken wird das Zwischenprodukt in einem Brennofen gebrannt und so das Endprodukt erzeugt, das durch den Sinterprozess entsteht. Nachteilig an diesem Verfahren ist der vergleichsweise sehr hohe Verbrauch an Wasser und der große energetische Aufwand, um die eingedickte Suspension bzw. das Zwischenprodukt im Brennofen zu brennen. Zudem ist es erforderlich, dass das Zwischenprodukt eine möglichst homogene Verteilung der Einzelsubstanzen aufweist, um ein qualitativ hochwertiges Endprodukt, welches durch den Sinterprozess entsteht, herzustellen. Bei einer Suspension, die nicht kontinuierlich unter Zwang homogen gehalten wird, ist eine eventuell zuvor hergestellte Homogenität des Gemisches, also eine gleichmäßige Verteilung der Einzelsubstanzen, stark gefährdet und oft nicht zu erreichen. Homogenität ist aber von sehr großer Bedeutung für den stabilen Sinterprozess, weil der Schmelzpunkt von Soda bei ungefähr 850 °C liegt. Für eine qualitativ hochwertige Sinterherstellung aus aluminiumhaltigem Rohstoff, insbesondere von Nephelin, mit einem calciumhaltigen Rohstoff, wie Kalkstein, wird jedoch eine Sintertemperatur von ca. 1290 °C bis 1330 °C benötigt. Folglich verdampft während des Endkarbonisierungsprozesses, d.h. von 850 bis 1250 °C ein Großteil des Sodas bereits, bevor der eigentliche Sinterprozess einsetzt. Dieses Verdampfen führt zu einem nachteiligen und inhomogenen Sinterprozess und folglich zu einer verminderten Sinterqualität und dadurch zu einer geringeren Ausbeute an Aluminiumoxid.
Ein weiteres Verfahren sieht die Sinterherstellung in einem Trockenverfahren vor. In einem derartigen Verfahren wird der aluminiumhaltige Rohstoff, beispielsweise das Nephelin, mit einem calciumhaltigen Rohstoff, wie Kalkstein, zu einem
Rohmehl zermahlen, mit Soda beaufschlagt und zu einem homogenen Trocken- gemisch zusammengeführt. Diese Rohmehlmischung, die als Zwischenprodukt fungiert, wird anschließend in einen Brennofen mit vorgeschaltetem Vorwärmer und/oder Kalzinierer eingebracht.
Allerdings ergibt sich bei diesem Trockenverfahren das gleiche Problem wie beim zuvor beschriebenen Nassverfahren. Das Soda verdampft zumindest teilweise, bevor die eigentlich optimale Sintertemperatur von ca. 1290 °C bis 1330 °C erreicht wird, und die Rohmehlmischung verliert ihre homogene Verteilung der Einzelsubstanzen. Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die genannten Probleme beim Verarbeiten von aluminiumhaltigen Rohstoffen zu beseitigen und insbesondere ein Verfahren bereitzustellen, das die Produktion eines Zwischenprodukts ermöglicht, welches eine über einen größeren Zeitraum stabile Homogenität aufweist und weniger Energie bei der Produktion des Sinters im Sinterpro- zess benötigt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung von aluminiumhaltigen Rohstoffen umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
a) Zerkleinern eines aluminiumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Nephe- lin, und/oder Bereitstellen des zerkleinerten aluminiumhaltigen Roh-
Stoffs
b) Zerkleinern eines calciumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Kalkstein und/oder Bereitstellen des zerkleinerten calciumhaltigen Rohstoffs, c) Bereitstellen eines natriumcarbonathaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Soda,
Zugabe wenigstens eines oder keines Additivs zu wenigstens einem der Rohstoffe und/oder der zerkleinerten Rohstoffe,
e) Vermischen der zerkleinerten Rohstoffe unter gleichzeitiger oder späterer Zugabe des natriumcarbonathaltigen Rohstoffs zu einer vorzugsweise homogenen Rohmehlmischung, f) Zugabe eines Bindemittels, vorzugsweise Wasser, zu der Rohmehlmischung und Fertigung einer homogenen Rohmasse,
9) Verpressen der homogenen Rohmasse zu kleinen Einheiten. Dabei können zumindest die Verfahrensschritte a) und b) nacheinander oder in einer beliebigen anderen Reihenfolge oder parallel in unterschiedlichen Zerkleinerungseinheiten ablaufen.
Das jeweilige Zerkleinern erfolgt erfindungsgemäß im Trockenverfahren.
Eine homogene Mischung oder Rohmasse ist eine solche, in der eine möglichst gleichmäßige Verteilung aller Komponenten erhalten wird, vorzugsweise eine Mischung oder Rohmasse mit einem sehr hohen Homogenitätsgrad. Als Mischung mit sehr hohem Homogenitätsgrad werden Mischungen mit einer Homogenität von über 99 %, vorzugsweise von über 99,5 %, besonders bevorzugt von über 99,75 %, bezeichnet. In einer Mischung mit sehr hohem Homogenitätsgrad treten keine oder nur sehr geringe Bereiche mit einer heterogenen Verteilung der einzelnen Komponenten auf. Je geringer die Varianz der festgestellten Konzentration im Vergleich mit der Zusammensetzung der Gesamtmischung, desto homogener ist die Mischung. Nach abgeschlossenem Mischvorgang soll eine Mischung mit einer Homogenität erhalten werden, in der die Wahrscheinlichkeit, ein Partikel in einer Volumeneinheit der Gesamtmischung anzutreffen, für alle anderen identischen Volumeneinheiten vorzugsweise gleich ist. Vorzugsweise darf die Abweichung der Anteile der Komponenten jeweils auf die eigene Masse bezogen nicht größer als 0,25 % werden.
Für die Herstellung des Zwischenproduktes können vorteilhaft zunächst ein alumi- niumhaltiger Rohstoff, vorzugsweise Nephelin, und ein calciumhaltiger Rohstoff, vorzugsweise Kalkstein, in separaten Mühlen zu Rohmehl verarbeitet, insbeson- dere zerkleinert, werden. Nach einem ersten Zerkleinern der Rohstoffe kann vorteilhaft ein oder mehr als ein weiterer Mahlschritt folgen, in dem der aluminiumhaltige Rohstoff, vorzugsweise das Nephelin, und der calciumhaltige Rohstoff, vorzugsweise der Kalkstein, zusammen oder vorzugsweise getrennt voneinander zu einem feinen Rohmehl gemahlen werden.
Ein zweigeteilter Mahlprozess hat den Vorteil, dass nach jeder Mahlstufe eine Qualitätskontrolle des gemahlenen Rohstoffs durchgeführt werden kann. Eine mehrstufige Qualitätskontrolle ermöglicht es, die im Prozessverlauf entstehende Rohmehlmischung möglichst homogen herzustellen, was für einen späteren Sin- terprozess der gepressten Rohmasse von entscheidender Bedeutung ist.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die erforderliche Feinkörnigkeit bzw. Feinheit des Rohmehls in Abhängigkeit der geologischen Struktur des eingesetzten Rohstoffs mittels eines Brennbarkeits- bzw. Versinterungversuchs ermittelt und der Rohstoff entsprechend zermahlen wird.
Dem Mahlvorgang in einer Mühle mit nachgeschaltetem Sichter in einem ge- schlossenen Mahlkreislauf kann vorteilhaft eine erste Qualitätskontrolle nachgeschaltet sein, in der die Korngröße und/oder die exakte chemische Zusammensetzung des Rohmehls überprüft wird.
Es kann vorteilhaft sein, wenn wenigstens eines oder keines der Additive bereits wenigstens einem Rohstoff, Rohgranulat und/oder vorzugsweise dem Rohmehl zugegeben wird. Bei einem Additiv handelt es sich vorzugweise um ein Material, dass die Zusammensetzung eines Rohstoffs, Rohgranulats und/oder vorzugsweise eines Rohmehls oder einer Rohmehlmischung verändert. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Additive bzw. Mischungskorrekturen bereits zum Rohstoff und/oder Rohgranulat in einer Mahlstufe bzw. zum Mahlen bzw. während des Mahlens zugegeben werden, so dass die zugegebenen Additive vorteilhaft mit dem Rohstoff vermischt werden können. Darüber hinaus können die zugegebenen Additive dadurch vorteilhaft länger mit dem Rohstoff wechselwirken und so die Wirkung der Additive positiv beeinflussen.
Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn die Verteilung und/oder Wirkung der Additive innerhalb des Rohgranulats und/oder innerhalb des Rohmehls mittels wenigs- tens einer Analyseeinheit, beispielsweise chemisch und/oder optisch, insbesondere hinsichtlich der erreichten Korngröße, qualifizieren werden.
Es kann vorteilhaft sein, wenn das Rohgranulat und/oder vorzugsweise das Rohmehl in Homogenisierungssilos gelagert wird. In solchen Homogenisierungssi- los kann eine Homogenität des Rohgranulats und/oder vorzugsweise des
Rohmehls, also eine gleichmäßige Verteilung der Einzelkomponenten des Rohgranulats und/oder vorzugsweise des Rohmehls, vorzugsweise durch kontinuierliches Umwälzen, aufrechterhalten und das Rohgranulat und/oder das Rohmehl vorzugsweise bis zur weiteren Verarbeitung gelagert werden.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das Rohgranulat und/oder das Rohmehl in Homogenisierungssilos mit mehrtätiger Kapazität der Produktion gelagert wird, um auch eine Langzeithomogenität des Rohmehls zu erreichen. Die Lagerung in Homogenisierungssilos weist den Vorteil auf, dass das Rohgranulat und/oder das Rohmehl je nach Ausgestaltung des Homogenisierungssilos beispielsweise kontinuierlich umgewälzt und mit dem frischen Rohmehl gemischt wieder in das Silo geführt wird, was letztendlich zu einer vorteilhaften Verteilung der unterschiedlichen Korngrößen und -qualitäten, und zu einer Homogenisierung des Rohgranulats und/oder des Rohmehls führt. Eine möglichst gute und gleich- bleibende Homogenisierung über den gesamten Fertigungsprozess ist für das erfindungsgemäß entstehende Zwischenprodukt bzw. die gepresste Rohmasse von entscheidender Bedeutung. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Rohgranulate und/oder vorzugsweise die
Rohmehle zur weiteren Verarbeitung über einen Auslass des Homogenisierungssilos vordosiert und auf separate Dosierabzugsförderaggregate, vorzugsweise Dosierabzugsförderbändern, verteilt werden. Über eine weitere Dosiereinheit kann vorzugsweise das Rohmehl feindosiert werden, bevor es von dem jeweiligen Dosierabzugsförderaggregat auf ein gemeinsames Förderaggregat, insbesondere Förderband, aufgebracht wird.
Es kann vorteilhaft sein, wenn zunächst die Rohmehle des aluminiumhaltigen Rohstoffs und des calciumhaltigen Rohstoffs auf das gemeinsame Förderaggre- gat, vorzugsweise eine Luftförderrinne, aufgebracht werden.
Es kann vorteilhaft sein, wenn dabei das aluminiumhaltige Rohmehl und des calciumhaltige Rohmehl örtlich vor einer Analyseeinheit auf das Förderaggregat aufgebracht werden und diese Analyseeinheit durchlaufen. In der Analyseeinheit kann vorteilhaft während des Durchlaufens der Rohmehle die exakte chemische Zusammensetzung der Rohmehlzwischenmischung ermittelt und die Zugabe der jeweiligen Rohmehle und Additive bzw. Mischungskorrekturen entsprechend gesteuert werden. Vorzugsweise wird auf Basis der chemischen Analyse der Rohmehlzwischenmischung die Zugabe des natriumcarbonathaltigen Rohstoffs, ins- besondere Soda, bestimmt.
Weitere Analyseeinheiten können beispielsweise an den einzelnen
Dosierabzugsförderaggregate positioniert werden. Es kann vorteilhaft sein, wenn das calciumhaltige Rohmehl erst örtlich nach der Analyseeinheit auf das gemeinsame Förderaggregat aufgebracht wird.
Zudem können weitere Additive der Rohmehlmischung beigefügt werden.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die vorzugsweise homogene Rohmehlmischung in einem Verhältnis von aluminiumhaltigem Rohstoff, vorzugsweise Nephelin, zu calciumhaltigem Rohstoff, vorzugsweise Kalkstein, in Abhängigkeit vom Aluminiumgehalt des aluminiumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise des Nephelins, einge- stellt wird, vorzugsweise im Verhältnis von 1 :1 bis 1 :3, besonders bevorzugt von1 :1 ,5 bis 1 :2,5, ganz besonders bevorzugt von 1 :2. Das genaue Verhältnis ist von den chemischen Zusammensetzungen der Rohstoffe, insbesondere des Nephelingesteins, abhängig. Die Rohmehlmischung kann eine sehr große Kurzzeitgenauigkeit bzw. eine sehr geringe Langzeithomogenität aufweisen.
Letztendlich wird hierdurch eine hohe Sinterqualität erreicht. Dadurch wird ein Endprodukt, also ein Sinter erhalten, der eine Auslaugbarkeit in 10%iger Natron- lauge von mehr als 75% aufweist. Gerade bei Nephelin-Vorkommen mit einem Aluminiumoxid-Anteil von etwa 20% ist eine derart hohe Sinterqualität unbedingt notwendig, um eine ressourcenschonende und wirtschaftliche Nutzung von Nephelin gegenüber einer Nutzung von Bauxit zu gewährleisten. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Rohmehlmischung mittels wenigstens einer Luftförderrinne mit oder vorzugsweise ohne Umwälzung und/oder einem Schneckenförderer zu einer Verpress- und Stückelungsvorrichtung, vorzugsweise zu einer Pelletier-, Brikettier- oder Extrudervorrichtung, befördert wird. Für die Qualität des letztendlichen Endprodukts, das durch einen nachgeordneten Sinterprozess erzeugt wird, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Rohmehlmischung und somit später auch die Rohmasse und die gepresste
Rohmasse, insbesondere die Pellets, Briketts oder die fadenförmig ausgeformte Rohmasse, eine möglichst homogene Verteilung der Einzelsubstanzen aufweist. Der Transport über Förderaggregate mit ruhendem Rohmehl, wie Förderbänder, hat jedoch in der Praxis gezeigt, dass es zur Entmischung der in der Rohmehlmischung enthaltenen Einzelsubstanzen kommen kann, was sich nachteilig auf einen späteren Sinterprozess auswirkt.
Aufgrund der Verwendung von Luftförderrinnen ohne oder vorzugsweise mit Umwälzung und/oder einem Schneckenförderern wird das Rohmehl, bis es in der Mischeinheit mit wenigstens einem Bindemittel, vorzugsweise Wasser, beaufschlagt wird, kontinuierlich mechanisch umgewälzt, so dass eine über die Trans- portstrecke hinweg möglichst hohe Homogenität des Rohmehls bzw. der Rohmehlmischung erhalten und sogar verbessert wird.
Durch den Transport über Luftförderrinnen mit Umwälzung und/oder Schneckenförderer wird die Rohmehlmischung über die gesamte Förderstrecke konstant durchmischt und somit die hohe Homogenität der Rohmehlmischung aufrechterhalten.
Es kann vorteilhaft sein, wenn unmittelbar vor dem Verbringen der Rohmehlmischung in eine Verpressvorrichtung eine chemische Analyse des Rohmehls mittels einer on-line Analysiereinheit durchgeführt wird, um eine sehr hohe Kurzzeitgenauigkeit der notwendigen chemischen Zusammensetzung sicherzustellen.
In der Verpressvorrichtung, insbesondere der Pelletier, Brikettier- oder
Extrudervorrichtung, kann die Rohmehlmischung mit einem geringen Anteil eines für den Sinterprozess unschädlichen Bindemittels, vorzugsweise Wasser, und un- ter Druck zu kleinen Einheiten, vorzugsweise Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmig ausgeformten Einheiten gepresst werden. Die Rohmehlmischung wird dabei so mit dem Bindemittel beaufschlagt und gemischt, dass die kleinen Einheiten mit hoher Oberflächendichtigkeit und entsprechender Festigkeit erzeugt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verbringen der Rohstoffe in einem ersten Prozessschritt in Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmig ausgestaltete Einheiten ist es möglich, die Bestandteile des Gemisches, insbesondere den natriumcarbonathaltigen Rohstoff, vorzugsweise das Soda, die für die thermo- chemische Reaktion der Sinterherstellung notwendig sind, derart zu binden, dass sich einzelne Substanzen nicht verflüchtigen, bevor die Phasenänderung der Schmelze im Brennofenofen abgeschlossen ist. Eine homogene Mischung oder Rohmasse ist eine solche, in der eine möglichst gleichmäßige Verteilung aller Komponenten erhalten wird, vorzugsweise solche mit einem sehr hohen Homogenitätsgrad. Als Mischung mit sehr hohem Homogenitätsgrad werden Mischungen mit einer Homogenität von über 99 %, vorzugsweise von über 99,5 %, besonders bevorzugt über 99,75 %, bezeichnet. In einer Mi- schung mit sehr hohem Homogenitätsgrad treten keine oder nur sehr geringe Bereiche mit einer heterogenen Verteilung der einzelnen Komponenten auf.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die chemische Zusammensetzung und/oder die Korngröße des zerkleinerten Rohstoffs und/oder der Rohgranulats und/oder des Rohmehls bzw. der Rohmehlmischung mittels einer Analyseeinheit kontinuierlich und on-line während des Durchlaufens der Analyseeinheit analysiert wird.
Für die genaue Dosierung der einzelnen Rohstoffe und Additive ist es wichtig die genaue Zusammensetzung der Rohstoffe zu kennen. Da es sich bei den alumini- umhaltigen Rohstoffen, insbesondere Nephelin, den calciumhaltigen Rohstoffen, insbesondere Kalkstein, und/oder den natriumcarbonathaltigen Rohstoffen, insbesondere Soda, zumeist um natürliche Mineralien handelt, kann die genaue chemische Zusammensetzung schwanken. Um diese Schwankungen während der Produktion auszugleichen ist es wichtig, die genaue chemische Zusammensetzung wie auch die Korngröße der Rohstoffe und der durch Zerkleinern erzeugten Produkte kontinuierlich zu überprüfen.
Um die Produktionsraten von bis zu 30 kg pro Sekunde an zerkleinertem Rohstoff nicht durch die Analyse zu verlangsamen oder anderweitig zu beeinflussen, kann es vorteilhaft sein, wenn die Analyse während des Durchlaufens des zerkleinerten Rohstoffs durch die Analyseeinheit erfolgt.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die kleinen Einheiten als Pellets, Briketts oder nu- del-, insbesondere fadenförmig ausgeformt werden.
Je nach Ausgestaltung der Brennvorrichtung, in der die gepresste Rohmasse gesintert wird, müssen die kleinen gepressten Einheiten eine unterschiedliche Form, Größe, Dicke und/oder Masse aufweisen, um ein optimales Ergebnis nach dem Sinterprozess zu erzielen.
Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmig ausgeformte gepresste Einheiten haben sich, was das Verhältnis von Oberfläche zu Masse und/oder Volumen betrifft, als vorteilhaft erwiesen. Vorzugsweise werden Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmig ausgeformte gepresste Einheiten mit einer ho- hen Oberflächendichte und vorzugsweise mit einer identischen oder geringeren Kerndichte wie bzw. als die Oberflächendichte erzeugt.
Es kann vorteilhaft sein, wenn unmittelbar vor dem letzten Prozessschritts, dem Sintern der Rohmasse, eine letzte chemische Analyse des Rohmehls mittels einer on-line Analysiereinheit durchgeführt wird, um eine sehr hohe Kurzzeitgenauigkeit der notwendigen chemischen Zusammensetzung sicherzustellen und ggf. zu korrigieren.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des Verfahrens sieht vor, dass die zu kleinen Einheiten gepresste Rohmasse, insbesondere die Pellets, Briketts oder die fadenförmig ausgebildete Rohmasse, in einer Brennvorrichtung gesintert werden.
Dies erfolgt aus dem Grund der besseren Rekuperation vorteilhafterweise in einem Gegenstromverfahren.
Aufgrund des Sinterns wird die chemische Phasenänderung der Masse erreicht, wodurch das in Rohstoff vorhandene Aluminium soweit in Aluminiumoxid umgebildet und zur Auswaschung mit Hilfe der Laugensuspension aufbereitet ist. Es kann vorteilhaft sein, wenn für die Brennvorrichtung eine Vorwärmeeinheit, ein Brennofen, wenigstens ein Brenner und eine Kühleinheit eingesetzt werden.
Der entsprechende Aufbau der Brennvorrichtung aus Vorwärmeeinheit, Brennofen, wenigstens einem Brenner und Kühleinheit hat den Vorteil, dass die kleinen gepressten Einheiten mittels der Vorwärmeeinheit vergleichsweise langsam an die hohen Temperaturen im Brennofen herangeführt werden. Eine derartige langsame Erwärmung wirkt sich vorteilhaft auf den anschließenden Sinterprozess und die Qualität des nach dem Sinterprozess entstandenen Endprodukts aus. Die Vorwärmeinheit kann auch mit Kalzinator ausgestattet sein.
Es kann vorteilhaft sein, wenn als Brennofen ein Drehrohrofen, ein Rostofen, ein Schachtofen oder eine Kombination der vorgenannten Brennöfen eingesetzt wird. Durch eine Konstruktion der Ofenanlage aus Drehofen, Rostofen und/oder Schachtofen mit insbesondere vorgeschalteter Vorwärmeinheit und/oder nachgeschalteter Kühleinheit ist es möglich die kleinen Einheiten, insbesondere die Pellets oder Briketts langsam und schonend erhitzt und abgekühlt werden. Des Wei- teren erlaubt eine derartige Konstruktion aus Drehofen, Rostofen und/oder
Schachtofen mit insbesondere vorgeschalteter Vorwärmeinheit und/oder nachgeschalteter Kühleinheit, dass die kleinen Einheiten, insbesondere die Pellets oder Briketts den Sinterprozess weitgehend unbeschadet durchlaufen und in ihrer Form erhalten bleiben.
Es kann vorteilhaft sein, wenn als Kühleinheit ein Drehrohrkühler, ein Rostkühler , ein Wasserbadkühler, auch Quenching Cooler genannt, oder eine Kombination der vorgenannten Kühler eingesetzt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung umfassend wenigstens einzelne der vorgenannten und/oder der nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugten Mittel ergeben, das oder die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen schematisch: Fig. 1 eine Dosiervorrichtung,
Fig. 2 eine Fördereinheit mit Misch- und Homogenisierungseigenschaft,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Verpress-, insbesondere Pelletier-,
Brikettier- und/oder Extrudervorrichtung sowie
Fig. 4 eine Brennvorrichtung. In Fig. 1 ist eine Dosiervorrichtung 10 dargestellt umfassend drei den Homogenisierungssilos nachgeschalteten Aufgabenbunkern 12, jeweils ein am Aufgabenbunker 2 angeschlossenes Dosierabzugsförderaggregat 14 oder andere
Dosieraggregate, ein weiteres Förderaggregat 16 und eine Analyseeinheit 18. In den einzelnen Aufgabenbunkern 12 befinden sich jeweils ein Rohmehl der Rohstoffe, insbesondere ein aluminiumhaltiges Rohmehl, vorzugsweise Nephelinmehl, ein calciumhaltiges Rohmehl, vorzugsweise Kalksteinmehl, oder ein natriumhalti- ges Rohmehl, vorzugsweise Sodamehl. Es ist möglich, dass die einzelnen
Rohmehle in diesem Zustand bereits mit vorgegebenen Additiven beaufschlagt sind.
Unter dem Auslass 20 eines jeden Aufgabenbunkers 12 ist ein separates
Dosierabzugsförderaggregat 14 oder anderes Dosierabzugaggregat angeordnet, auf welches das Rohmehl des entsprechenden Aufgabenbunkers 12 vordosiert aufgebracht wird. Über eine weitere hier nicht dargestellte Dosiereinheit kann das Rohmehl feindosiert werden, bevor es von dem jeweiligen
Dosierabzugsförderaggregat 14 auf eine gemeinsame Luftförderrinne 16 aufgebracht wird.
Zunächst werden die Rohmehle des aluminiumhaltigen Rohmehls und des calciumhaltigen Rohmehls auf das gemeinsame Förderaggregat 16 aufgebracht. Diese beiden Rohmehle werden örtlich vor einer Analyseeinheit 18 auf das Förderaggregat 16, insbesondere eine Luftförderrinne, aufgebracht und durchlaufen diese Analyseeinheit 18. In der Analyseeinheit 18 wird während des Durchlaufens der Rohmehle die exakte chemische Zusammensetzung der Rohmehle und/oder die Korngröße des Rohmehls ermittelt und die Zugabe der Rohmehle entsprechend gesteuert. Weitere hier nicht dargestellte Analyseeinheiten können beispielsweise an den einzelnen Dosierabzugsförderaggregaten 14 oder ähnlichen
Dosierabzugsaggregaten positioniert werden. Das calciumhaltige Rohmehl wird erst örtlich nach der Analyseeinheit 18 auf das gemeinsame Förderaggregat 16 aufgebracht.
Für die Endhomogeniesierung der Rohmehlmischung zeigt Fig. 2 eine ein- oder mehrstufige Förder-, Misch- und Homogenisiereinheit 22, umfassend mehrere Luftförderrinnen und dazwischen im Bereich der Übergabepositionen angeordneten Umwälztöpfen, die Rohmehl, Zwischenmischungen von Rohmehl oder fertige Rohmehlmischungen transportiert. Entscheidend dabei ist, dass das Rohmehl oder die Rohmehlmischung während des Transportes durch Druckluft und zusätzlich durch die Umwälztöpfe kontinuierlich umgewälzt wird, um eine gleichbleibende homogene Verteilung bzw. Vermischung und Homogenität des Rohmehls oder der Rohmehlmischung zu gewährleisten.
Dabei zeigt Fig. 2 a) drei hintereinander angeordnete Luftförderrinnen 24 mit Umwälzung, bei denen das Rohmehl oder die Rohmehlmischung mittels eines Luft- Stroms und/oder vieler örtlich begrenzter Luftströme entlang der Luftförderrinne 24 fortbewegt und gleichzeitig umgewälzt wird. Die Druckluft der Luftförderrinnen durchdringt eine Gewebebahn 30 und das sich darauf befindliche Rohmehl oder die Rohmehlmischung gleichmäßig und wälzt das Rohmehl oder die Rohmehlmischung um. Durch die Anreicherung mit Luft wird der innere Reibwert des
Rohmehls oder der Rohmehlmischung reduziert und das Rohmehl oder die Rohmehlmischung wird aufgrund der Schwerkraft entlang der geneigten Luftförderrinne 24 fortbewegt und über einen Auslauf 36 aus der Luftförderrinne 24 ausgeleitet. Die Druckluft kann durch einen auf der Oberseite der Luftförderrinne 24 angeordneten Entstaubungsstutzen 38, in dem ein Entstaubungsfilter angeordnet ist, aus der Luftförderrinne 24 entweichen. Es sind jedoch auch andere Aufbauten mit einem in der Luftförderrinne 24 umlaufenden Gewebeband 30 denkbar.
Dagegen zeigt Fig. 2 b) drei hintereinander angeordnete Schneckenförderer 40. Aufgrund der korkenzieherförmigen Ausgestaltung der Förderschnecke 42 wird das Rohmehl oder die Rohmehlmischung, welches oder welche über einen Einlaufstutzen 26 in den Schneckenförderer 40 eingeleitet wird, kontinuierlich mechanisch umgewälzt. Am Ende der Förderstrecke wird das Rohmehl oder die Rohmehlmischung über einen Auslauf 36 aus dem Schneckenförderer 40 ausgeleitet. Für eine hohe Auslaugbarkeit des Sinters ist es dringend notwendig, die erreichte kurzzeitgenaue Rohmehlqualität bis zum Vollenden des Sinterschrittes zu sichern. Um die erreichte Genauigkeit der chemischen Zusammensetzung des Rohmehls für den Sinterprozess zu erhalten, wird das homogenisierte Mehl in einer Weise mit geringer Wassermenge und/oder anderen bindenden und für den Sinterpro- zess unschädlichen Mitteln bzw. Flüssigkeiten so beaufschlagt und gemischt, dass durch Komprimieren und Formen des Rohmehlmischung bzw. -masse leine Einheiten 46 mit hoher Oberflächendichtigkeit und entsprechender Festigkeit erzeugt werden. Hierzu ist in Fig. 3 eine Verpress- und Stückelungsvorrichtung 42 dargestellt, insbesondere eine Pelletier-, Brikettier- oder Extrudervorrichtung. Innerhalb der Verpressvorrichtung 42 wird die Rohmehlmischung mit wenigstens einem Bindemittel, insbesondere Wasser beaufschlagt und eine homogene Rohmasse erzeugt. Diese Rohmasse wird anschließend in eine Presseinheit 44 geleitet, in wel- eher die Rohmasse unter mittlerem Druck zu kleinen Einheiten 46, insbesondere Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmige Formlinge gepresst wird.
In den Fig. 3 a) bis 3 c) sind unterschiedliche Ausführungsformen einer erfin- dungsgemäßen Verpress- und Stückelungsvorrichtung 42 gezeigt.
Dabei zeigt Fig. 3 a) eine Mischeinheit 48, in welche die Rohmehlmischung und ein Bindemittel eingebracht werden und innerhalb der Mischeinheit 48 unter Rühren mittels eines Rührelements 50 eine Rohmasse erzeugt wird. Diese Rohmasse wird über eine hier nicht dargestellte Dosiereinheit zwischen zwei sich gegenläufig rotierende Walzen 52 eingebracht. Die Walzen 52 drehen sich dabei derart, dass sich zwischen diesen Walzen 52 eingebrachtes Material aufgrund der Rotation der Walzen 52 zwischen den Walzen 52 hindurchbewegt und dabei verpresst wird. Die Walzen 52 weisen auf der Oberfläche eine Struktur in Form einer hier nicht dargestellten Negativmaske auf. Die zwischen den Walzen 52 eingebrachte Rohmasse wird aufgrund der Rotation unter mittlerem Druck in die Vertiefungen der Negativmaske gedrückt und so zu kleinen Einheiten 46, insbesondere Pellets oder Briketts oder Fäden, gepresst sowie geformt.
Dabei ist es möglich, dass immer zwei Negativformhälften der gegenüber angeordneten Walzen 52 aufeinandertreffen oder aber die Negativform einer Walze 52 auf eine ebene Fläche der gegenüber angeordneten Walze 52 auftrifft. Je nach Oberflächenstruktur der Walze 52 können unterschiedlich große und dicke Einheiten 46, insbesondere Pellets oder Briketts oder Fäden hergestellt werden.
Fig. 3 b) unterscheidet sich von Fig. 3 a) dadurch, dass die homogene Rohmasse, welche in der Mischeinheit 48 durch Rotation einer Rühreinheit 50 aus Rohmehl- mischung und wenigstens einem Bindemittel, insbesondere Wasser erzeugt wird, nicht direkt in die Presseinheit 44, sondern zunächst auf ein Förderband 54 geleitet wird. Dieses Förderband 54 leitet die Rohmasse zur Presseinheit 44, wobei bei dieser Presseinheit vorteilhaft eine stufenlose Druckeinstellung möglich ist.
In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Presseinheit 44 aus lediglich einer horizontal angeordneten Walze 52, die einen mittleren und stufenlos einstellbaren Druck auf die unter der Walze 52 herlaufende Rohmasse ausübt und diese somit in die Vertiefungen der Negativform auf der Oberfläche der Walze 52 presst. Da- bei rotieren die Walze 52 und das Förderband 54 in die gleiche Richtung. Somit bewegen sich die Oberfläche der Walze 52 und die des Förderbands 54 im Berührungspunkt gegenläufig.
Bei der in Fig. 3 c) gezeigten Verpress- und Stückelungsvorrichtung 42 handelt es sich um einen Extruder, der die Rohmehlmischung und das Bindemittel, vorliegend Wasser, nach dem Funktionsprinzip eines Schneckenförderers mischt und verdichtet, wobei die gemischte und verdichtete homogene Rohmasse unter Druck gleichmäßig aus wenigstens einer formgebenden Öffnung herausgepresst wird, wobei der herausgepresste fadenförmige Strang in kleine Einheiten 46 zerlegt wird.
Der Extruder besteht grundsätzlich aus einer Schneckenwelle 76, auch Schnecke genannt. Sie steckt in dem so genannten Schneckenzylinder 78. Der Nenndurchmesser dieser Bohrung ist gleich dem Außendurchmesser der Schnecke 76. Vor- ne am Schneckenzylinder 78 befindet sich die formgebende Auslassöffnung 80, aus welcher ein fadenförmige Strang gepresst wird, der in kleine Einheiten 46 zerlegt wird. Hinten befindet sich der Antrieb 82, in den meisten Fällen ein Elektromotor mit Getriebeeinheit, der für die Rotation der Schnecke 76 sorgt. Die zu verarbeitende Materialien, vorliegend die Rohmehlmischung und das Bindemittel, wer- den der Schnecke 76 üblicherweise über Trichter 84 von oben zugeführt. In Fig. 4 ist eine Brennvorrichtung 56 dargestellt, in welcher die in kleine Einheiten 46 unterteilte homogene Rohmasse, insbesondere die pelletierte, brikettierte oder nudel-, insbesondere fadenförmige Rohmasse einer thermochemischen Behand- lung unterzogen werden kann. Dabei zeigen die Fig. 4 a) bis 4 c) unterschiedliche Ausführungen einer Brennvorrichtung 56.
Die in Fig. 4 a) dargestellte Brennvorrichtung 56 umfasst einen Vorwärmeinheit 58, einen Brennofen 60, einen Brenner 62, eine Kühleinheit 64 und eine Abgaszu- leitung 66.
Die Vorwärmeinheit 58 umfasst einen senkrechten Hohlkörper 68, in dessen Innerem schräg nach unten verlaufende Flächenelemente 70 angeordnet sind, die eine schonende Fortbewegung der Pellets, Briketts oder Fäden entgegen der
Brennabluftströmung sichert und beispielsweise über die Mittelachse der Vorwärmeinheit 58 hinausreichen und so eine kugelbahnförmige Struktur im Inneren des Hohlkörpers 68 ausbilden. Dieser Körper funktioniert praktisch als Gegen- stromwärmetauscher und kann bis vollständiger Entkarbonisierung die Rohmasse aufbereiten. Dieser Wärmetauscher kann auch mehrstufig gebildet sein.
Der Brennofen 60 ist als Drehrohrbrennofen ausgebildet.
Die Pellets, Briketts oder fadenförmige Stränge 46 aus homogener Rohmasse werden an der Oberseite der Vorwärmeinheit 58 in die Vorwärmeinheit 58 einge- bracht und können beispielsweise aufgrund der Schwerkraft die kugelbahnförmig angeordneten Flächenelemente 70 hinab rutschen, bevor sie über ein Verbindungselement 72 in den Brennofen 60 eingebracht werden. Im Brennofen 60 herrscht in der Sinterzone ein Temperaturgradient, der die Sintertemperatur von ungefähr 1290 °C, vorzugsweise 1300 °C, bis ungefähr 1330 °C sichert. Nach dem Durchlaufen des Brennofens 60 gelangen die gesinterten Pellets, Briketts oder Fäden 46 in eine Kühleinheit 64, durchlaufen und verlassen diese.
Der Brenner 62 ist derart angeordnet, dass die Flamme des Brenners 62 in den 5 Brennofen 60 zeigt, wobei die Ausrichtung gerade so ist, dass die Ausbreitungsrichtung der Flamme der Bewegungsrichtung der Pellets oder Briketts 46 entgegen gerichtet ist. Direkt über dem Brenner 62 ist eine Tertiärluftleitung 66 angeordnet, über welche die nun erhitzte Kühlerluft (Kühlluft) für beispielsweise
Vorkalzinatorbrennerluft in die Kalzinator- bzw. in die Vorwärmeinheit 58 geleitet i o wird. Durch Nutzung der Kühlerluft zum Erhitzen der Brennerluft wird für eine effektivere Wärmerückgewinnung des Hauptbrennprozesses und damit eine bessere Rekuperation der Gesamtofenanlage erreicht.
Fig. 4 b) zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennvor- 15 richtung 56 umfassend eine Vorwärmereinheit 58, die nahezu horizontal angeordnet ist und als Drehrohr- oder Rostvorwärmer mit oder ohne eine eigene Brennstufe ausgeführt werden kann, einen Brennofen 60, einen Brenner 62 und eine Kühleinheit 64. 0 Die in dieser Ausführungsform dargestellte Vorwärmeinheit 58, insbesondere ein Rostvorwärmer, umfasst einen horizontal angeordneten Hohlkörper 68, in dessen Inneren ein Rost 74 angeordnet ist. Angeschlossen an die Vorwärmeinheit 58 ist ein Verbindungselement 72, welches die Vorwärmeinheit 58 mit dem Brennofen 60 verbindet. An den Brennofen 60 angeschlossen ist eine Kühleinheit 64. Der 5 Brenner 62 ist derart zwischen dem Brennofen 60 und der Kühleinheit 64 positioniert, dass die Flamme des Brenners 62 in den Brennofen 60 ausgerichtet ist. Dabei ist die Ausbreitungsrichtung der Flamme in dem Brennofen 60 entgegengesetzt der Bewegungsrichtung der Pellets, Briketts oder Fäden 46. Bei dieser Ausführungsform werden die heißen Abgase des Brenners 62 direkt über den Brennofen 60 und das Verbindungselement 72 in die Vorwärmeinheit 58 geleitet, bevor die Abgase die Vorwärmeinheit 58 über einen Auslass, der auch gleichzeitig als Einlass für die pelletierte, brikettierte oder fadenförmig ausgebilde- te Rohmasse 46 dienen kann, aus der Vorwärmeinheit 58 hinaus geleitet werden.
Die Pellets, Briketts oder Fäden 46 gelangen zunächst in die Vorwärmeinheit 58, die auch mit eigenem Brenner ausgestattet sein kann, und werden so weit wie möglich, vorzugsweise bei einer Temperatur von 800 °C bis 900 °C,
entkarbonisiert, bevor sie in den Brennofen 60 gelangen. Im Brennofen herrscht ein Temperaturgradient, der eine Sintertemperatur von ungefähr 1290 °C, vorzugsweise 1300 °C, bis ungefähr 1330 °C sichert. In diesem Brennofen 60 werden die vorerwärmten Pellets, Briketts oder Fäden 46 gesintert, bevor diese Pellets, Briketts oder Fäden 46 in der Kühleinheit 64 abgekühlt werden. Die vorerwärmten Pellets, Briketts oder Fäden 46 durchlaufen den Temperaturgradienten des
Brennofens 60 während einer gewünschten Dauer von etwa 15 bis 20 Minuten.
Fig. 4 c) zeigt eine weitere Ausführungsform eines Brennofens 60 in Form eines Schachtofens. Bei dieser Art von Brennofen 60 wird das zu sinternde Material schichtweise von oben in den Brennofen 60 eingebracht. Während im unteren Bereich des Brennofens 60 der eigentliche Sinterprozess erfolgt, strömen die heißen Abgase durch das restliche Material und erwärmen dieses. Das gesinterte Material verlässt den Brennofen 60 durch einen Auslass am unteren Ende des Brennofens. Bezugszeichen liste
(ist Teil der Beschreibung)
10 Dosiervorrichtung
12 Aufgabenbunker
14 Dosierabzugsförderaggregat
16 Förderaggregat
18 Analyseeinheit
20 Auslass
22 Förder-, Misch- und Homogenisiereinheit
24 Luftförderrinne
26 Einlaufstutzen
28 Blechgehäuse
30 Gewebebahn
32 Oberkasten
34 Unterkasten
36 Auslauf
38 Entstaubungsstutzen
40 Schneckenförderer
42 Verpress- und Stückelungsvornchtung
44 Presseinheit
46 kleine gepresste Einheiten, insbesondere Pellets oder Briketts
48 Mischeinheit
50 Rührelement
52 Walze
54 Förderband
56 Brennvorrichtung
58 Vorwärmeinheit
60 Brennofen
62 Brenner weiterer Brenner
Kühleinheit
Tertiärluftleitung
Hohlkörper
Flächenelement
Verbindungselement
Rost
Schneckenwelle, Schnecke
Schneckenzylinder
Auslassöffnung
Antrieb
Trichter

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Verarbeiten von aluminiumhaltigen Rohstoffen umfassend die Verfahrensschritte:
a) Zerkleinern eines aluminiumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Nephe- lin, und/oder Bereitstellen des zerkleinerten aluminiumhaltigen Rohstoffs,
b) Zerkleinern eines calciumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Kalkstein, und/oder Bereitstellen des zerkleinerten calciumhaltigen Rohstoffs, c) Bereitstellen eines natriumcarbonathaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Soda,
d) Zugabe wenigstens eines oder keines Additivs zu wenigstens einem der Rohstoffe und/oder der zerkleinerten Rohstoffe,
e) Vermischen der zerkleinerten Rohstoffe unter gleichzeitiger oder späterer Zugabe des natriumcarbonathaltigen Rohstoffs zu einer vorzugsweise homogenen Rohmehlmischung,
f) Zugabe eines Bindemittels, vorzugsweise Wasser, zu der Rohmehlmischung und Fertigung einer homogenen Rohmasse
g) Verpressen der homogenen Rohmasse zu kleinen Einheiten, wobei zumindest die Verfahrensschritte a) und b) nacheinander oder in einer beliebigen anderen Reihenfolge oder parallel in unterschiedlichen Zerkleinerungseinheiten ablaufen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Rohstoffe zunächst in ein grobkörniges Rohgranulat zerkleinert und anschließend in ein feinkörniges Rohmehl zermahlen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Feinkörnigkeit bzw. Feinheit des Rohmehls in Abhängigkeit der geo- logischen Struktur des eingesetzten Rohstoffs mittels eines Brennbarkeits- bzw. Versinterungversuchs ermittelt und der Rohstoff entsprechend zermahlen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines oder keines der Additive bereits wenigstens einem Rohstoff, Rohgranulat und/oder Rohmehl zugegeben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohgranulat und/oder das Rohmehl in Homogenisierungssilos gelagert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die homogene Rohmehlmischung in einem Verhältnis von aluminiumhaltigem Rohstoff, vorzugsweise Nephelin, zu calciumhaltigem Rohstoff, vorzugsweise Kalkstein, in Abhängigkeit vom Aluminiumgehalt des aluminiumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise des Nephelins, eingestellt wird, vorzugsweise im Verhältnis von 1 :1 bis 1 :3, besonders bevorzugt von1 :1 ,5 bis 1 :2,5, ganz besonders bevorzugt von 1 :2.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohmehlmischung mittels einer Luftförderrinne (24) mit oder ohne Umwälzung und/oder einem Schneckenförderer (40) zu einer Verpress- und Stücke- lungsvorrichtung (42) befördert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung und/oder die Korngröße des zerkleinerten Rohstoffs und/oder der Rohgranulats und/oder des Rohmehls mittels einer Analyseeinheit (18) kontinuierlich und on-line während des Durchlaufens der Analyseeinheit (18) analysiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinen Einheiten (46) als Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmig ausgeformt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kleinen Einheiten (46) gepresste Rohmasse in einer Brennvorrichtung (56) gesintert wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Brennvorrichtung (56) eine Vorwärmeinheit (58), vorzugsweise mit einem
Kalzinator versehen, ein Brennofen (60), wenigstens ein Brenner (62) und eine Kühleinheit (64) eingesetzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Brennofen (60) ein Drehrohrofen, ein Rostofen, ein Schachtofen oder eine Kombination der vorgenannten Brennöfen eingesetzt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühleinheit (64) ein Drehrohrkühler, ein Rostkühler, ein Wasserbadkühler, auch Quenching Cooler genannt, oder eine Kombination der vorgenannten Kühler eingesetzt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet dass das Zerkleinern zum Rohstoffmehl in einem Trockenverfahren erfolgt.
15. Vorrichtung umfassend insbesondere vorgenannte Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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