Verfahren zur Herstellung von Metallen Das vorliegende Verfahren bezieht sich auf die Herstellung von Metallen durch Reduk tion ihrer oxydisehen Erze und kennzeichnet sieh dadurch, dass man die gepulverten Erze im Schwebezustand mit reduzierenden Gasen behandelt.
Es ist bekannt, dass man oxydische Erze, wie Hämatit, AIagnetit usw., zu Metall redu zieren kann, wenn man sie mit. reduzierenden Gasen, wie Wasserstoff, Kohlenwasserstoff- verbindungen, z. B. Methan und seinen Homo logen, Äthylen und seinen Homologen, mit Kohlenoxyd sowie mit Mischungen dieser Gase behandelt.
Die reduzierenden Gase können dabei sowohl aus natürlichen Quellen entnom- men werden, beispielsweise aus l#Taturgas, oder sie können aus chemischen Reaktionen stam men, wie aus den Gasen der Erdölbearbeitung, oder sie können auch auf künstlichem Weg hergestellt sein, wie z. B. Wassergas.
Wenn man als reduzierendes Gas Wasser stoff verwendet, lä.sst sich die Reduktion von Eisenoxyd, dem Hauptbestandteil der Eisen erze, folgendermassen darstellen: 4 Fe.@03 + 12H2 = 8 Fe + 12 H20 - 86,8 kal. Benutzt man dagegen Methan als reduzie rendes Gas, so ergibt sich die nachstehende Gleichung 4 Fe20@ + 3 CH." = 8 Fe + 3 C02 -'- 6<U>11,0</U> -''04,7 kal. In den beiden genannten Fällen ist die Reaktion endotherm, sie ist also wärmever brauchend.
Im Gegensatz dazu verläuft die Reaktion mit Kohlenoxyd wärmeerzeugend, die Reak tion ist also exotherm. Sie lässt sich durch tolgencle Gleichung darstellen: -1 Fe20,;
+ 7 2 CO = 8 Fe + 12 C02 + 36,8 kal. In den beiden ersten Fällen muss man da lier dem System zusätzliche Wärme hinzu- Fiigen. um den Reaktionsverlauf zu ermög- liehen. Dagegen wird im letzten Fall ein übersehuss an Wärme erzeugt, so dass die ein- inal in Gang gesetzte Reaktion auch ohne äussere Wärmezufuhr weiterläuft.
Durch ge- eignete Mischung der genannten Gase ist es möglich, einen wärmeneutralen Verlauf der Reduktion zu erzielen. Theoretisch lässt sich berechnen, dass beispielsweise bei einer Mi- schung von Wasserstoff und Kohlenoxyd im Volumenverhältnis von etwa 30:70<B>(1:2,33)</B> keine Wärme verbraucht oder erzeugt wird. Bei der technischen Durchführung des Ver fahrens liegt dieses Verhältnis etwa bei 1 :4, weil die unvermeidlichen Wärmeverluste einer technischen Anlage dauernd ersetzt. werden müssen.
Die oben beschriebenen Reaktionen haben gemeinsam, dass sie ein heterogenes System bilden und die Reaktion daher an der Phasen grenze verläuft. Der Zeitablauf der Reaktion wird durch die Temperatur und die Berüh rungsdauer der aufeinander einwirkenden Stoffe bestimmt und ist infolgedessen von der spezifischen Oberfläche des festen Körpers, das heisst vom Verhältnis der Oberfläche zur Masse, abhängig. Von zwei Körpern mit der selben Masse reagiert derjenige mit. der grö sseren Oberfläche rascher.
Das vorliegende Verfahren setzt sich zum Ziel, die Oberfläche der zu reduzierenden Oxyde und die Intensität der Berührung mit dem reduzierenden Gas so zu erhöhen, dass die Reduktionsgeschwindigkeit und der Re duktionsgrad sehr erheblich gesteigert wer den.
Zur Erreichung dieses Ziels werden die Metalloxyde vor Einführung in den Reak tionsraum gepulvert. Man kann dabei von natürlich vorkommenden Erzen oder künstlich angereicherten Konzentraten ausgehen. Durch die Pulverisierung wird die reagierende Ober fläche sehr stark vergrössert. Das Verfahren nutzt nun die vergrösserte Oberfläche dadurch aus, dass die gepulverten Erze im Schwebe zustand mit dem reduzierenden Gas behandelt werden. Dadurch wird die Intensität der Wechselwirkung des reduzierenden Gases und des Oxydes ganz erheblich gesteigert.
Es ist vorteilhaft, das gepulverte Metall oxyd vor dem Eintritt in den Reaktionsraum zu erhitzen. Zweckmässig kann man das redu zierende Gas gleichfalls erhitzen, bevor es in den Reaktionsraum gelangt. Eine günstige Ausführungsform besteht darin, dass man das vorerhitzte Pulver des 3tetalloxydes mit gleichfalls v orerhitztem, reduzierendem Gas in den Reaktionsraum einbläst, den man vor Beginn der Reaktion entsprechend erwärmt hat.
Vorzugsweise kann man das vorerhitzte lletalloxydpulver und das reduzierende Gas im Gegenstrom in den Reaktionsraum einfüh ren, um auf diese Weise die Erze im Schwebe zustand zu erhalten. Das Reduktionsgas wird dabei vorteilhaft unter Druck in den Reak tionsraum eingeblasen. Eine Übersicht über die einzelnen Stufen, welche man zweckmässig bei der Behandlung der Erze im Sinne des vorliegenden Verfahrens einhalten kann, gibt. die nachstehende Zusammenstellung. Die Stu fen sind: 1. Die Zerkleinerung der Oxyde.
2. Das Pulverisieren der zerkleinerten Oxyde, welches vorteilhaft mit Entwässern und mit dem Sichten verbunden wird.
3. Das Einführen der gepulverten Oxyde in den Reaktionsraum und die Reduzierung. Das Sammeln und Transportieren des gewonnenen Metallpulvers.
5. Die Brikettierung des -Metallpulvers mit gleichzeitiger oder anschliessender Sinterung. Das Zerkleinern der Oxyde wird zweck mässig mit den bekannten Zerkleinerungs maschinen durchgeführt.
In geeigneten --,NTühlen werden die zerklei nerten Oxyde gepulvert.. Da es vorteilhaft ist, Für die Behandlung der Erze im Sehwehe iustand ein feines Pulver zu verwenden, kann man das anfallende Mahlgut einer Windsich tung unterwerfen. Zu dieser Windsichtung benutzt man vorzugsweise das reduzierende Gas, mit welchem später die Reaktion vor genommen werden soll.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, mit der Windsichtung auch eine Entwässerung der Erze zu verbinden. Diese Entwässerunn besteht nicht nur darin, das Wasser aus dem Erzpulver auszutreiben, sondern sie wird vor teilhaft so weit getrieben, dass auch etwa kol- loicla.l gebundenes Wasser, welches häufig in Eisenerzen vorkommt, durch Zerstörung der Kolloide ausgetrieben wird.
Die Entwässerung lässt sich leicht errei- chen.wenn man zur Sichtung des Erzpulvers, wie es beim Austritt aus der Mühle erhalten wird, mit heissen reduzierenden Gasen behan delt. Man kann zur Sichtung und Entwässe rung des 0x7 dpulvers auch Luft. benutzen.
Das gröbere Pulver, welches bei der Wind- sichtung zurückbleibt, wird vorteilhaft -,wieder in die Mühle zurückgeführt.
Das gewonnene Oxy dpulver kann man kalt in den Reaktionsraum einführen. Es ist aber vorteilhaft, das Pulver vor dem Eintritt in den Reaktionsraum zu erhitzen. Das Oxyd kann beispielsweise in einem zylindrischen Ofenraum durch sein Eigengewicht nach ab wärts sinken, wobei man die erhitzten Reduk tionsgase dem Staubfall entgegenbläst. Vor teilhaft ist es jedoch, das Oxydpulver durch erhitzte Reduktionsgase einzublasen. Man kann dabei so vorgehen, dass man das Oxyd entgegen der Richtung der Schwerkraft von unten nach oben in den Reaktionsraum ein bläst und es dort durch die von unten ein- @eblasenen Reduktionsgase in Schwebe hält.
F;ine gute Durehwirbelung der Oxyde lässt sich dadurch erreichen, dass man dieselben tangential in den Reaktionsraum einführt und mit. Hilfe der Zentrifugalkraft eine innige hurehwirbelung erzeugt.
Man kann die Reaktion sowohl in verti kalen als auch in horizontalen oder schräg liegenden Öfen durchführen. Mit Vorteil wer den bewegliche, insbesondere rotierende Öfen, benutzt. Für den Fall, dass das Reduktions gas eine endotherme Reaktion hervorruft, ist eine Zusatzheizung notwendig. Dabei kann die Wärmezufuhr sowohl durch direkte als auch durch indirekte Heizung oder durch eine Kombination beider Systeme erfolgen. Vorteil haft ist es, die erforderliche Wärme auf elek trischem Weg zuzuführen. Man kann diese Wärme aber auch durch Verbrennung von Gas oder flüssigen bzw. festen Brennstoffen erhalten.
Das bei der Reaktion erzeugte 1letallpul- ver kann dadurch gewonnen werden, dass man in den Weg der Abgase Stoffflächen einbaut. Die Hauptmenge des Metallpulvers sammelt sieh beim Vertikalofen in dem konisch aus gebildeten Boden. Bei horizontalen oder schräggestellten Öfen wird vorteilhaft am Ende des Ofens ein Abscheider vorgesehen.
Man kann mit Vorteil elektrostatische Staubabseheidung benutzen.
Das gewonnene Metallpulver wird zweck mässig brikettiert. Die Brikettierung kann vorteilhaft in heissem Zustand vorgenommen werden, wobei man die Behandlung des Me tallpulvers und seine Abkühlung unter Schutz gas vor sich gehen lässt. Die Briketts können zweckmässig gleichzeitig mit der Verpressinmg oder nachher gesintert werden, wobei man mit Vorteil elektrische Heizung, insbesondere Hochfrequenzheizung, benutzt.
Process for the production of metals The present process relates to the production of metals by reducing their oxidic ores and is characterized by the fact that the powdered ores are treated in suspension with reducing gases.
It is known that oxidic ores such as hematite, alagnetite, etc., can be reduced to metal if you use them with. reducing gases such as hydrogen, hydrocarbon compounds, e.g. B. methane and its homologues, ethylene and its homologues, treated with carbon monoxide and mixtures of these gases.
The reducing gases can be taken from natural sources, for example from natural gas, or they can come from chemical reactions, such as from the gases from petroleum processing, or they can also be produced artificially, such as. B. water gas.
If hydrogen is used as the reducing gas, the reduction of iron oxide, the main component of iron ores, can be represented as follows: 4 Fe. @ 03 + 12H2 = 8 Fe + 12 H20 - 86.8 cal. If, on the other hand, methane is used as the reducing gas, the following equation results: 4 Fe20 @ + 3 CH. "= 8 Fe + 3 C02 -'- 6 <U> 11.0 </U> - '' 04.7 cal In the two cases mentioned, the reaction is endothermic, so it consumes heat.
In contrast, the reaction with carbon oxide is heat-generating, so the reaction is exothermic. It can be represented by the tolgencle equation: -1 Fe20 ,;
+ 7 2 CO = 8 Fe + 12 C02 + 36.8 cal. In the first two cases, additional heat must be added to the system. to allow the course of the reaction to be borrowed. On the other hand, in the latter case, an excess of heat is generated so that the reaction that was set in motion continues even without external heat input.
By appropriately mixing the gases mentioned, it is possible to achieve a heat-neutral course of the reduction. Theoretically, it can be calculated that, for example, when hydrogen and carbon oxide are mixed in a volume ratio of about 30:70 <B> (1: 2.33) </B>, no heat is consumed or generated. In the technical implementation of the process, this ratio is around 1: 4, because the inevitable heat losses of a technical system are permanently replaced. Need to become.
The reactions described above have in common that they form a heterogeneous system and the reaction therefore takes place at the boundary between phases. The course of the reaction is determined by the temperature and the duration of contact of the substances acting on one another and is consequently dependent on the specific surface area of the solid body, i.e. the surface area to mass ratio. Of two bodies with the same mass, one reacts with. the larger surface faster.
The present process aims to increase the surface area of the oxides to be reduced and the intensity of contact with the reducing gas so that the rate of reduction and the degree of reduction are increased very considerably.
To achieve this goal, the metal oxides are powdered before being introduced into the reaction space. You can start from naturally occurring ores or artificially enriched concentrates. As a result of the pulverization, the reacting surface is greatly enlarged. The process now uses the enlarged surface by treating the powdered ores in suspension with the reducing gas. This increases the intensity of the interaction between the reducing gas and the oxide quite considerably.
It is advantageous to heat the powdered metal oxide before it enters the reaction chamber. The reducing gas can also be conveniently heated before it enters the reaction chamber. A favorable embodiment consists in blowing the preheated powder of the 3tetalloxydes into the reaction space with likewise preheated, reducing gas which has been appropriately heated before the start of the reaction.
The preheated metal oxide powder and the reducing gas can preferably be introduced into the reaction space in countercurrent, in order in this way to keep the ores in suspension. The reducing gas is advantageously blown into the reaction chamber under pressure. An overview of the individual stages that can be expediently observed when treating the ores in the context of the present process is given. the following compilation. The stages are: 1. The crushing of the oxides.
2. The pulverization of the crushed oxides, which is advantageously combined with dewatering and sifting.
3. The introduction of the powdered oxides into the reaction space and the reduction. Collecting and transporting the recovered metal powder.
5. Briquetting the metal powder with simultaneous or subsequent sintering. The grinding of the oxides is conveniently carried out with the known grinding machines.
The crushed oxides are powdered in suitable - NT mills. Since it is advantageous to use a fine powder for treating the ores in the sehwehe state, the resulting grist can be subjected to a wind separation. The reducing gas with which the reaction is to be carried out later is preferably used for this air separation.
It has proven to be useful to combine the air separation with drainage of the ores. This dehydration consists not only in driving the water out of the ore powder, but it is preferably driven so far that also water bound to colloic, which often occurs in iron ores, is driven out by destroying the colloids.
The drainage can easily be achieved if one treats with hot reducing gases to sift through the ore powder, as it is obtained when leaving the mill. Air can also be used to inspect and dehydrate the 0x7d powder. to use.
The coarser powder that remains after the wind sifting is advantageously - fed back into the mill.
The oxy powder obtained can be introduced cold into the reaction chamber. However, it is advantageous to heat the powder before it enters the reaction chamber. The oxide can, for example, sink in a cylindrical furnace chamber by its own weight downwards, whereby the heated reducing gases are blown against the dust fall. Before geous, however, it is to blow the oxide powder through heated reducing gases. One can proceed in such a way that the oxide is blown against the direction of gravity from bottom to top into the reaction space and there is kept in suspension by the reducing gases blown in from below.
A good swirling of the oxides can be achieved by introducing them tangentially into the reaction space and with. The centrifugal force creates an intimate whirlwind.
The reaction can be carried out in both vertical and horizontal or inclined ovens. Advantageously, whoever uses the movable, especially rotating ovens. In the event that the reducing gas causes an endothermic reaction, additional heating is necessary. The heat can be supplied either by direct or indirect heating or by a combination of both systems. It is advantageous to supply the required heat by electrical means. However, this heat can also be obtained by burning gas or liquid or solid fuels.
The metallic powder produced in the reaction can be obtained by building material surfaces in the path of the exhaust gases. The main amount of the metal powder collects in the vertical furnace in the conical bottom. In the case of horizontal or inclined ovens, a separator is advantageously provided at the end of the oven.
Electrostatic dust separation can be used with advantage.
The metal powder obtained is suitably briquetted. The briquetting can advantageously be carried out in the hot state, the treatment of the metal powder and its cooling being allowed to proceed under protective gas. The briquettes can expediently be sintered at the same time as the pressing or afterwards, whereby electrical heating, in particular high-frequency heating, is advantageously used.