WO2019086511A1 - Verfahren und anlage zur thermischen behandlung eines lithiumerzes - Google Patents
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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- C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
- C22B26/10—Obtaining alkali metals
- C22B26/12—Obtaining lithium
Definitions
- the invention relates to a method for the thermal treatment of a lithium ore.
- the invention further relates to a system designed for carrying out such a method.
- Lithium ores are usually required to undergo a crystal transformation by heat treatment / decrepitation at a temperature of about 800 ° C to 1200 ° C to make the lithium available for further use.
- Such a process has hitherto been carried out in a rotary kiln.
- a rotary kiln there is an increasing temperature profile, which is characterized by a particularly hot zone in the region of the kiln outlet.
- this temperature profile leads to temperatures above the melting temperature of some components of lithium ores and, consequently, to increased formation of deposits and melt phase formation, which negatively influences the process and the product quality.
- the invention had the object of specifying a method for the thermal treatment of lithium ores, in the implementation of this problem is avoided or at least reduced.
- a process for the thermal treatment of a lithium ore, for example of spodumene or petalite, in which a flow-current treatment is carried out in which particles of the lithium ore of Hot gas to be carried along an air flow treatment line. It is envisaged that in the air flow treatment, a heat treatment of the lithium ore at temperatures in the range between 800 ° C and 1200 ° C, preferably between 1000 ° C and 1150 ° C, takes place.
- a heat treatment of the lithium ore can be realized in an advantageous manner, which is characterized by relatively constant temperatures over a sufficiently long residence time, on the one hand ensures a secure crystal transformation in the lithium ore and on the other hand, a thermal overload, which leads to melting or even crusting Components of lithium ore could be safely avoided.
- An apparatus provided for carrying out such a method according to the invention and correspondingly designed comprises at least one feed device for the supply of lithium ore to a fly-flow reactor, to which, preferably directly, an outlet device for discharging the preferably finally thermally treated material follows, wherein the fly-current reactor forms the air-flow treatment section along which, during operation of the plant, particles of the lithium ore of hot gas producible by a hot gas generating device are carried.
- the sole focus of the thermal treatment of the lithium ore is in a crystal transformation, and thus in the goal of making the lithium in the lithium ore available as the end product of the process for further use. Accordingly, it can be provided that within the scope of a method according to the invention or that exclusively the lithium ore and, if appropriate, a mixture of lithium ore and other materials (if appropriate additives) are / are treated by means of the air flow treatment. Accordingly, a plant according to the invention can have only a single material feeding device, namely the feed device provided for the supply of exclusively lithium ore to the entrained flow reactor.
- the hot gas used in the course of the air flow treatment for the transport of the particles of lithium ore and for heat transfer to the particles of lithium ore must not only comprise gaseous components, but in particular also one or more components, in particular fuel, in the liquid or may include solid phase.
- hot gas is supplied or generated at a plurality of points along the air flow treatment section.
- a temperature which is as constant as possible over the length of the air flow treatment section for heat treatment of the particles of lithium ore, because the temperature of the hot gas is lowered at least once, preferably several times, as a result of a transition of thermal energy from the hot gas to the particles of lithium ore (possibly only partially) is compensated.
- the hot gas at the beginning of the air flow treatment section to have such a high (and therefore excessively high) temperature that its thermal energy is sufficient for the complete heat treatment along the transport of the air flow treatment section.
- a system according to the invention may comprise a plurality of devices for introducing hot gas and / or oxygen-containing gas and / or fuel, optionally as part of a fuel-containing gas, along the air flow treatment section.
- a supply of hot gas at several points along the air flow treatment line can be realized on the one hand, that each of these feeders is assigned a separate burner for the production of hot gas.
- this solution can be associated with a relatively high design effort.
- supplying hot gas at multiple locations along the air flow treatment path can also be realized by providing one or more burners having (a plurality of) each Supply points is connected gas-conducting / are.
- this may require hot gas to be routed outside of the air flow treatment line over relatively long feed lines, either accompanying a relevant loss of thermal energy or, to avoid such loss, driving a relatively high design effort for adequate thermal isolation of the feed lines would.
- a burner it is also possible to supply fuel in solid, liquid or gaseous form via a lance, nozzle or another type of device.
- the air flow treatment section is arranged at least one and preferably exactly one point fuel-containing hot gas and at least one, preferably a plurality of second locations, which, with respect to the flow direction of the hot gas through the air flow treatment line, downstream of the first location (s) / are, oxygen, in particular oxygen-containing gas, which may optionally be preheated and which is, for example, air, in particular compressed air to exhaust gas, which originates from the Klistrom awarenesssumble to pure oxygen to process gas, ie exhaust, which comes from other processes , or may be a mixture of two or more of these gases, is supplied.
- oxygen in particular oxygen-containing gas
- air in particular compressed air to exhaust gas
- This procedure is based on the idea that hot gas within the air flow treatment section in the area of the (s) oxygen-containing gas is supplied by a preferably flameless oxidation of the unburned or partially burned fuel components, in the previously supplied and the supply point (s) reaching hot gas are still contained or explicitly additionally fed at different locations in the air flow treatment section, thereby providing additional thermal energy in the then due to the supply of the oxygen-containing gas hot gas stream is provided.
- the flow velocity of the air flow treatment section at at least one second point supplied gas is relatively high, whereby an advantageous mixing of this gas with the Hot gas already contained in the air flow treatment section can be achieved.
- the fuel can be supplied in solid, liquid and / or gaseous form and in particular also part of a fuel-containing gas, which also comprises at least one gas that is not fuel.
- exhaust gas is used to generate the hot gas.
- exhaust gas is already used to generate that hot gas flow (primary flow of the hot gas) which flows through the air flow treatment path over the full length.
- the exhaust gas may be exhaust gas originating from the air flow treatment line. Furthermore, this may be process gas, ie exhaust gas from one or more other processes.
- exhaust gas to generate the hot gas may be that only a portion of the thermal energy still contained in the exhaust gas is used for the production of the hot gas, for example, by fresh gas, which is used to generate the Hot gas is supplied to a burner is preheated by a heat exchange by means of a corresponding heat exchanger of the system according to the invention.
- the exhaust gas used to generate the hot gas is a component of the hot gas itself, for example by being supplied to a burner in addition to fresh gas. This procedure has the advantage of full utilization of the thermal energy contained in this exhaust gas.
- a further advantage of this approach may be that the combustion gas supplied to the burner is relatively low in oxygen, thereby enabling generation of a relatively large flow of hot gas which can be simultaneously fed with relatively much fuel, that is metered in a substoichiometric ratio, thereby allowing to effect one or more oxidations by supplying oxygen-containing gas in the manner described.
- the supply of relatively much fuel does not lead to an unintentionally high temperature of the hot gas leaving the burner, since only a part of it is converted in the burner.
- an exhaust gas recirculation line for returning exhaust gas originating from the air flow treatment section into the air flow treatment section and / or
- a process gas supply line for introducing process gas into the air flow treatment section and / or
- a heat exchange device for preheating a gas flow to be introduced into the air flow treatment section through a transition of thermal energy of exhaust gas emerging from the Air flow treatment line comes, and / or process gas on the gas flow
- the lithium ore to be treated thermally is supplied at a plurality of locations distributed along the air flow treatment section.
- a system according to the invention can be designed in such a way that the feeding device comprises a plurality of feed stations for the lithium ore distributed along the air flow treatment section.
- the air flow treatment line to be supplied lithium ore is first, for example, by a screening, divided into subsets of different grain size fractions and the subsets of lithium ore separately to the plurality Be supplied to the air flow treatment section.
- a system according to the invention can comprise a material preheater, which is set up to heat lithium ore to be supplied to the air flow treatment section by a heat transfer of exhaust gas originating from the air flow treatment section.
- the lithium ore to be supplied to the air flow treatment section can then be provided for preheating only a portion (ie one or more, but not all) of the portions of the lithium ore.
- a portion ie one or more, but not all
- it can be provided that only relatively large particles of lithium ore are preheated.
- the oxygen content in the air flow treatment section is set to values of less than 12% by volume, preferably to values of between 8% by volume and 10% by volume.
- a combustion atmosphere can be adjusted, which is characterized by a very uniform temperature distribution.
- a targeted entry of fuel along the air flow treatment section can also be partially or along the entire air flow treatment section set a reducing atmosphere, which has a favorable effect on the crystalline conversion of spodumene or other lithium forms
- structural internals may be provided within the Flugstrom treatment section, which - possibly exclusively - serve by the generation of turbulence in the flow of hot gas, a mixing of the hot gas with the particles of lithium ore and optionally also in the hot gas introduced to improve oxygen-containing gas and / or fuel.
- the Flugstrom adaptationsumble comprises at least one section in which the Flugstrom accentsumble formed in such a way is that there is a lower (average) flow velocity of the hot gas in this section compared to at least one other section of the flight treatment path.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a plant according to the invention for the thermal treatment of lithium ores
- FIG. 2 shows in a diagram a profile of the temperature along the
- FIG. 1 shows an inventive system for the thermal treatment of
- Lithium ores By means of these, in the context of a method according to the invention, a lithium ore 1 can be heat-treated in such a way that a crystal transformation takes place, by means of which the lithium contained in the lithium ore 1 is made available for a subsequent use.
- the plant comprises a fly-flow reactor 2 in which the lithium ore 1 of hot gas 18 comminuted by means of a mill (not shown) into particles having relatively small particle sizes is transported along a relatively long stream Air flow treatment section 3, which may be, for example, about 25 m, is carried, wherein thermal energy is transferred from the hot gas 18 to the particles of the lithium ore 1 to achieve the heat treatment.
- the entrained flow reactor 2 is preceded with respect to the transport direction of the lithium ore 1, a material preheater 4, which is designed as a multi-stage cyclone preheater.
- the already to be treated thermally treated, already crushed lithium ore 1 is supplied to the material preheater 4 by means of a feeding device 5 and thereby introduced into the flow of the exhaust stream 6 coming from the entrained flow reactor 2.
- the particles of the lithium ore 1 are carried by this exhaust gas stream into a first cyclone separator 7 of the material preheater 4 and are separated therefrom again from the exhaust gas stream.
- a material outlet of this first cyclone separator 7 opens into an exhaust pipe, via which the exhaust gas is passed from a third cyclone separator 9 to a second cyclone separator 8 of the material preheater 4. Consequently, the lithium ore 1 deposited in the first cyclone separator 7 is introduced into the second via this waste gas stream
- Cyclone 8 introduced.
- the lithium ore 1 is in turn separated from the exhaust gas, this exhaust gas stream then being conducted via a corresponding exhaust pipe into which the outlet of the task device 5 leads to the first cyclone separator 7, while the separated lithium ore 1 is introduced into an exhaust pipe , which connects an exhaust gas outlet of a material separator 10, likewise designed as a cyclone separator, which constitutes an outlet device of the plant, to an inlet of the third cyclone separator 9 of the material preheater 4.
- the exhaust gas flowing in this exhaust pipe carries the lithium ore 1 separated in the second cyclone separator 8 into the third cyclone separator 9, in which it is separated from the exhaust gas stream and introduced via a first transfer line 11 into an initial section of the air flow treatment section 3 of the entrained flow reactor 2.
- the relatively small particles may be provided relatively small particles, for example, with particle sizes of less than 0.2 mm, directly via the second transfer line, ie, bypassing the Vorwarmers 4 and a portion of the air flow treatment section 3 in the air flow treatment section 3, while the larger particles of the lithium ore first through the material preheater 4 and then over the entire air flow treatment section 3 are performed. It can thereby be achieved that, on the one hand, the relatively large particles of the lithium ore 1 are sufficiently thermally treated, while avoiding thermal overloading of the relatively small particles, which could lead to melting or crusting of at least some components of the lithium ore 1 only a relatively low heat transfer to the relatively small particles is realized.
- the hot gas 18 flowing through the air flow treatment section 3 and carrying the particles of the lithium ore 1 is generated on the one hand by means of a burner 13 arranged on the inlet side of the air flow treatment section 3, to which combustion gas 15 and fuel 16 are fed by means of a fan 14 and combusted in a combustion chamber 17 of the burner 13 become.
- the combustion gas 15 is primarily fresh gas 19, in particular ambient air, to which optionally a portion of the exhaust gas 6 provided for removal from the system can be admixed, which on the one hand uses the heat energy contained in this part of the exhaust gas 6 in a recuperating manner and, on the other hand, as a result Reduction of the reactivity of the combustion gas 15, the temperature of the hot gas 18 generated by means of the burner 13 can be limited.
- the system for such recirculation of exhaust gas 6, the system according to the invention comprises an exhaust gas recirculation line 20 downstream of the material preheater 4 (With respect to the flow direction of the exhaust gas 6) branches off from an exhaust line of the plant and in a fresh gas inlet of the burner 13 downstream (with respect to the flow direction of the combustion gas 15) of the likewise integrated therein fan 14, opens.
- the exhaust gas recirculation line 20 which includes a control valve 21 for controlling or regulating the amount of introduced into the fresh gas 19 exhaust gas 6 and / or preferably an additional fan 25, downstream of the Staubabscheiders 22 and upstream of the dust separator 22 downstream fan 14 from the exhaust line.
- Alternative arrangements of the mouth of the exhaust gas recirculation line 20, in particular for a supply of dust-free exhaust gas to one or more supply lines 23, which are arranged along the air flow treatment line 3 downstream of the combustion chamber 17 are also possible.
- the particles of the lithium ore 1 are to be heated until temperatures between 1000 ° C. and 1200 ° C. are reached and these temperatures are kept long enough to effect a crystal transformation.
- heating of the particles of the lithium ore 1 to temperatures above 1200 ° C is to be avoided, since otherwise the already mentioned melting or even crusting of at least components of the lithium ore 1 could occur, which then leads to increased formation of mixtures within the entrained flow reactor 2 and could lead within this downstream material separator 10. This in turn could negatively affect the process and quality of the finally thermally treated lithium ore 1.
- a sufficiently high but at the same time not too high a temperature of the hot gas 18 carrying the particles of the lithium ore 1 should be set over the entire or at least a relatively long section of the air flow treatment section 3. This is achieved by keeping the temperature of the hot gas 18, which is primarily generated by the burner 13, relatively low by setting a substoichiometric oxygen ratio and optionally by admixing the exhaust gas 6 with the fresh gas 19. Furthermore, by the setting of the substoichiometric oxygen ratio ensures that the hot gas 18 leaving the burner 13 and flowing into the air flow treatment section 3 is still fuel-containing and consequently comprises relevant quantities of unburned or only partially combusted fuel components.
- Fig. 2 illustrates this advantage.
- the dashed curve 26 shows the course of the temperature T of the hot gas 18 over the transport path L of the lithium ore in the air flow treatment section 3 of the entrained flow reactor 2 of a plant according to the invention as shown in FIG. 1. It can be seen that the temperature over the entire length of the air flow treatment section in Maintained within the temperature window (Tu to T s ).
- the temperature T of hot gas from a material inlet of a comparable thermal power rotary kiln would increase continuously (see dash-dotted curve 27), the temperature upon reaching the material outlet, usually at the burner of a Rotary kiln is arranged, would be well above the upper limit value T s of the temperature window.
- the temperature profile (see dotted curve 28) of hot gas of an airflow calciner having a comparable thermal output is shown in FIG.
- Such an airflow calciner is usually preceded by a (pre) calciner of a plant for burning cement clinker a rotary kiln with respect to the material transport and in this only hot gas in the region of an inlet of a flight treatment section is supplied. It can be seen that in such a flow-current calciner, the temperature of the hot gas from a material inlet continuously drops, the temperature initially well above the upper limit T s of the temperature window and during a temporal end portion of the thermal treatment well below the lower limit Tu of the temperature window would.
- hot gas 18 by means of the burner 13, which still contains a relevant amount of oxygen as a result of an appropriately adjusted superstoichiometric oxygen ratio in which defined amounts of fuel, optionally as a component of a fuel-containing gas, are introduced into the hot gas 18 flowing in the air flow treatment section 3 via the supply lines 23.
- This fuel can then oxidize with the oxygen contained in the hot gas 18 and thereby cause the desired compensation of an already made lowering of the temperature of the hot gas 18.
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Abstract
Es ist ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Lithiumerzes (1) vorgesehen, bei dem eine Flugstrombehandlung durchgeführt wird, bei der Partikel des Lithiumerzes (1) von Heißgas 18 entlang einer Flugstrombehandlungsstrecke (3) getragen werden. Vorgesehen ist, dass bei der Flugstrombehandlung eine Wärmebehandlung des Lithiumerzes (1) bei Temperaturen im Bereich zwischen 800°C und 1200°C erfolgt. Durch die Flugstrombehandlung kann in vorteilhafter Weise eine Wärmebehandlung des Lithiumerzes (1) realisiert werden, die durch relativ konstante Temperaturen über eine ausreichend lange Verweilzeit gekennzeichnet ist, wodurch einerseits eine sichere Kristallumwandlung in dem Lithiumerz (1) gewährleistet und andererseits eine thermische Überlastung, die zu einem Schmelzen von Komponenten des Lithiumerzes (1) führen könnte, sicher vermieden werden kann. Dies gilt insbesondere, wenn das Heißgas (18) an einer Mehrzahl von Stellen entlang der Flugstrombehandlungsstrecke (3) zugeführt oder erzeugt wird, weil dadurch eine infolge eines Übergangs von thermischer Energie von dem Heißgas (18) auf die Partikel des Lithiumerzes (1) erfolgende Absenkung der Temperatur des Heißgases (18) zumindest einmal, vorzugsweise mehrfach kompensiert wird.
Description
Verfahren und Anlage zur thermischen Behandlung eines Lithiumerzes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Lithiumerzes. Die Erfindung betrifft weiterhin eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens ausgelegte Anlage.
Lithiumerze müssen in der Regel durch eine Wärmebehandlung/Dekrepitation bei einer Temperatur von ca. 800°C bis 1200°C eine Kristallumwandlung durchlaufen, um das Lithium für eine weitere Verwendung verfügbar zu machen. Ein solcher Prozess erfolgt bislang in einem Drehrohrofen. In einem solchen Drehrohrofen liegt ein ansteigendes Temperaturprofil vor, das durch eine besonders heiße Zone im Bereich des Ofenauslaufes gekennzeichnet ist. Dieses Temperaturprofil führt insbesondere in diesem Bereich des Ofens zu Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur einiger Komponenten von Lithiumerzen und daraus folgend zu einer verstärkten Ansatzbildung und Schmelzphasenbildung, die den Prozess und die Produktqualität negativ beeinflusst.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Lithiumerzen anzugeben, bei dessen Durchführung dieses Problem vermieden oder zumindest verringert ist.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens zur thermischen Behandlung eines Lithiumerzes gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine für die Durchführung eines solchen Verfahrens ausgelegte Anlage ist Gegenstand des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und bevorzugte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Anlage sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Lithiumerzes, beispielsweise von Spodumen oder Petalit, vorgesehen, bei dem eine Flugstrombehandlung durchgeführt wird, bei der Partikel des Lithiumerzes von
Heißgas entlang einer Flugstrombehandlungsstrecke getragen werden. Vorgesehen ist, dass bei der Flugstrombehandlung eine Wärmebehandlung des Lithiumerzes bei Temperaturen im Bereich zwischen 800°C und 1200°C, vorzugsweise zwischen 1000°C und 1150°C, erfolgt. Durch die Flugstrombehandlung kann in vorteilhafter Weise eine Wärmebehandlung des Lithiumerzes realisiert werden, die durch relativ konstante Temperaturen über eine ausreichend lange Verweilzeit gekennzeichnet ist, wodurch einerseits eine sichere Kristallumwandlung in dem Lithiumerz gewährleistet und andererseits eine thermische Überlastung, die zu einem Schmelzen oder sogar Verkrusten von Komponenten des Lithiumerzes führen könnte, sicher vermieden werden kann.
Eine zur Durchführung eines solchen erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene und entsprechend ausgelegte Anlage umfasst zumindest eine Aufgabevorrichtung für die Zufuhr von Lithiumerz zu einem Flugstromreaktor, an die sich, vorzugsweise unmittelbar, eine Auslassvorrichtung zum Abführen des vorzugsweise abschließend thermisch behandelten Materials anschließt, wobei der Flugstromreaktor die Flugstrombehandlungsstrecke ausbildet, entlang der im Betrieb der Anlage Partikel des Lithiumerzes von Heißgas, das mittels einer Vorrichtung zur Heißgaserzeugung erzeugbar ist, getragen werden.
Vorzugsweise liegt der alleinige Fokus der thermischen Behandlung des Lithiumerzes in einer Kristallumwandlung und damit in dem Ziel, das Lithium in dem Lithiumerz als Endprodukt des Verfahrens für eine weitere Verwendung verfügbar zu machen. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise dass mittels der Flugstrombehandlung ausschließlich das Lithiumerz und nicht gegebenenfalls eine Mischung von Lithiumerz und anderen Materialien (ggf. Additive) thermisch behandelt wird/werden. Eine erfindungsgemäße Anlage kann dementsprechend lediglich eine einzige Materialaufgabevorrichtung, nämlich die für die Zufuhr von ausschließlich Lithiumerz zu dem Flugstromreaktor vorgesehene Aufgabevorrichtung, aufweisen.
Es versteht sich, dass das im Rahmen der Flugstrombehandlung für den Transport der Partikel des Lithiumerzes und für einen Wärmeübergang auf die Partikel des Lithiumerzes genutzte Heißgas nicht ausschließlich gasförmige Komponenten umfassen muss, sondern insbesondere auch eine oder mehrere Komponenten, insbesondere Brennstoff, in der flüssigen oder festen Phase umfassen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass an einer Mehrzahl von Stellen entlang der Flugstrombehandlungsstrecke Heißgas zugeführt oder erzeugt wird. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine über der Länge der Flugstrombehandlungsstrecke möglichst konstante Temperatur zur Wärmebehandlung der Partikel des Lithiumerzes eingestellt werden, weil eine infolge eines Übergangs von thermischer Energie von dem Heißgas auf die Partikel des Lithiumerzes erfolgende Absenkung der Temperatur des Heißgases zumindest einmal, vorzugsweise mehrfach (ggf. nur teilweise) kompensiert wird. Dadurch entfällt folglich auch die Notwendigkeit, dass das Heißgas am Anfang der Flugstrombehandlungsstrecke eine so hohe (und dadurch zu hohe) Temperatur aufweist, dass dessen thermische Energie für die vollständige Wärmebehandlung entlang des Transports der Flugstrombehandlungstrecke ausreichend ist.
Eine erfindungsgemäße Anlage kann dementsprechend eine Mehrzahl von Vorrichtungen zum Einbringen von Heißgas und/oder von sauerstoffhaltigem Gas und/oder von Brennstoff, gegebenenfalls als Bestandteil eines brennstoffhaltigen Gases, entlang der Flugstrombehandlungsstrecke umfassen.
Ein Zuführen von Heißgas an mehreren Stellen entlang der Flugstrombehandlungsstrecke kann einerseits dadurch realisiert werden, dass jeder dieser Zuführstellen ein eigener Brenner zur Erzeugung von Heißgas zugeordnet ist. Diese Lösung kann jedoch mit einem relativ hohen konstruktiven Aufwand verbunden sein. Alternativ kann ein Zuführen von Heißgas an mehreren Stellen entlang der Flugstrombehandlungstrecke auch dadurch realisiert werden, dass ein oder mehrere Brenner bereitgestellt sind, der/die (jeweils) mit einer Mehrzahl von
Zuführstellen gasführend verbunden ist/sind. Dies kann jedoch bedingen, Heißgas außerhalb der Flugstrombehandlungstrecke über relativ lange Zuführleitungen führen zu müssen, womit entweder ein relevanter Verlust an thermischer Energie einhergehen würde oder, um einen solchen Verlust zu vermeiden, ein relativ hoher konstruktiver Aufwand für eine ausreichende thermische Isolierung der Zuführleitungen getrieben werden müsste. Alternativ zu einem Brenner kann auch Brennstoff in fester, flüssiger oder gasförmiger Art über eine Lanze, Düse oder eine anders geartete Vorrichtung zugeführt werden.
Vorzugsweise kann daher vorgesehen sein, dass der Flugstrombehandlungsstrecke an mindestens einer und vorzugsweise exakt einer Stelle brennstoffhaltiges Heißgas und an mindestens einer, vorzugsweise mehreren zweiten Stellen, die, bezüglich der Strömungsrichtung des Heißgases durch die Flugstrombehandlungsstrecke, stromab der ersten Stelle(n) angeordnet ist/sind, Sauerstoff, insbesondere sauerstoffhaltiges Gas, das gegebenenfalls vorgewärmt sein kann und bei dem es sich beispielsweise um Luft, insbesondere um Druckluft, um Abgas, das aus der Flugstrombehandlungsstrecke stammt, um reinen Sauerstoff, um Prozessgas, d.h. Abgas, das aus anderen Prozessen stammt, oder um eine Mischung aus zwei oder mehr dieser Gase handeln kann, zugeführt wird. Dieses Vorgehen beruht auf dem Gedanken, Heißgas innerhalb der Flugstrombehandlungsstrecke im Bereich derjenige(n) Stelle(n), an der/denen sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird, durch eine vorzugsweise flammenlose Oxidation der unverbrannten oder nur teilweise verbrannten Brennstoffkomponenten, die in dem zuvor zugeführten und die Zuführstelle(n) erreichenden Heißgas noch enthalten sind oder explizit zusätzlich an verschiedenen Stellen in die Flugstrombehandlungsstrecke eingespeist werden, zu bewirken, wodurch in dem dann infolge der Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases größeren Heißgasstrom zusätzliche thermische Energie bereitgestellt wird. Bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die Strömungsgeschwindigkeit eines der Flugstrombehandlungsstrecke an zumindest einer zweiten Stelle zugeführten Gases relativ hoch ist, wodurch eine vorteilhafte Durchmischung dieses Gases mit dem
bereits in der Flugstrombehandlungstrecke enthaltenen Heißgas erreicht werden kann.
Eine dazu alternative, ebenfalls vorteilhafte Möglichkeit zur Erzeugung von Heißgas an mindestens einer zweiten Stelle, die stromab einer ersten Stelle gelegen ist, beruht darauf, dass der Flugstrombehandlungsstrecke an der mindestens einen und vorzugsweise exakt einen ersten Stelle ein sauerstoffhaltiges Gas und an mindestens einer zweiten Stelle, vorzugsweise an mehreren zweiten Stellen, die bezüglich der Strömungsrichtung des Heißgases stromab der ersten Stelle(n) angeordnet ist/sind, Brennstoff zugeführt wird. Der Brennstoff kann dabei in fester, flüssiger und/oder gasförmiger Form zugeführt werden und insbesondere auch Bestandteil eines brennstoffhaltigen Gases, das zudem mindestens ein Gas umfasst, das keinen Brennstoff darstellt, sein.
Der Vorteil dieser Vorgehensweisen zur Aufrechterhaltung einer relativ konstanten Temperatur des Heißgases über der Länge der Flugstrombehandlungsstrecke liegt darin, dass für die zusätzliche Erzeugung thermischer Energie an der oder an den entlang der Flugstromhandlungstrecke liegenden Stellen lediglich ein sauerstoffhaltiges Gas oder Brennstoff zugeführt werden muss. Der hierfür erforderliche konstruktive Aufwand kann daher gering gehalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass Abgas zur Erzeugung des Heißgases genutzt wird. Dabei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass Abgas bereits zur Erzeugung desjenigen Heißgasstroms (Primärstrom des Heißgases), der die Flugstrombehandlungsstrecke über die volle Länge durchströmt, genutzt wird. Bei dem Abgas kann es sich um Abgas handeln, das aus der Flugstrombehandlungsstrecke stammt. Weiterhin kann es sich dabei um Prozessgas, d.h. Abgas aus einem oder mehreren anderen Prozessen, handeln. Eine Nutzung von Abgas zur Erzeugung des Heißgases kann einerseits darin bestehen, dass lediglich ein Teil der noch in dem Abgas enthaltenen thermischen Energie für die Erzeugung des Heißgases genutzt wird, indem beispielsweise Frischgas, das zur Erzeugung des
Heißgases einem Brenner zugeführt wird, durch einen Wärmetausch mittels eines entsprechenden Wärmetauschers der erfindungsgemäßen Anlage vorgewärmt wird. Bevorzugt kann jedoch vorgesehen sein, dass das zur Erzeugung des Heißgases genutzte Abgas einen Bestandteil des Heißgases selbst darstellt, indem dieses beispielsweise zusätzlich zu Frischgas einem Brenner zugeführt wird. Dieses Vorgehen weist den Vorteil einer vollständigen Nutzung der in diesem Abgas enthaltenen thermischen Energie auf. Weiterhin kann ein solches Zumischen von Abgas in einen einem Brenner zuzuführenden oder zugeführten Frischgasstrom zu einer Verringerung der Reaktivität bei der Verbrennung innerhalb des Brenners führen, wodurch die Temperatur des den Brenner verlassenen Heißgases in vorteilhafter Weise eingestellt und insbesondere begrenzt werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Vorgehensweise kann darin liegen, dass das dem Brenner zugeführte Verbrennungsgas relativ sauerstoffarm ist, wodurch eine Erzeugung eines relativ großen Heißgasstroms ermöglicht wird, dem gleichzeitig relativ viel, d.h. in einem unterstöchiometrischen Verhältnis dosierter, Brennstoff zugeführt werden kann, wodurch ermöglicht wird, in der beschriebenen Weise eine oder mehrere Oxidationen durch ein Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas zu bewirken. Dabei führt das Zuführen von relativ viel Brennstoff jedoch nicht zu einer ungewollt hohen Temperatur des den Brenner verlassenen Heißgases, da in dem Brenner nur ein Teil davon umgesetzt wird.
Zur Durchführung einer solchen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine erfindungsgemäße Anlage
- eine Abgasrückführleitung zum Rückführen von aus der Flugstrombehandlungsstrecke stammendem Abgas in die Flugstrombehandlungsstrecke und/oder
- eine Prozessgaszuführleitung zum Einbringen von Prozessgas in die Flugstrombehandlungsstrecke und/oder
- eine Wärmetauschvorrichtung zum Vorwärmen einer in die Flugstrombehandlungsstrecke einzubringenden Gasströmung durch einen Übergang von thermischer Energie von Abgas, das aus der
Flugstrombehandlungsstrecke stammt, und/oder von Prozessgas auf die Gasströmung
umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das thermisch zu behandelnde Lithiumerz an mehreren Stellen, die entlang der Flugstrombehandlungsstrecke verteilt sind, zugeführt wird. Eine erfindungsgemäße Anlage kann dementsprechend derart ausgebildet sein, dass die Aufgabevorrichtung mehrere entlang der Flugstrombehandlungsstrecke verteilte Aufgabestellen für das Lithiumerz umfasst. Bei einem solchen Zuführen des Lithiumerzes an mehreren Stellen, die entlang der Flugstrombehandlungsstrecke verteilt sind, kann zudem vorgesehen sein, dass das der Flugstrombehandlungsstrecke zuzuführende Lithiumerz zunächst, beispielsweise durch eine Siebung, in Teilmengen unterschiedlicher Korngrößenfraktionen unterteilt wird und die Teilmengen des Lithiumerzes getrennt an den mehreren Stellen der Flugstrombehandlungsstrecke zugeführt werden. Dadurch wird ermöglicht, unterschiedlich große Partikel des Lithiumerzes jeweils bedarfsgerecht thermisch zu behandeln, so dass einerseits für relativ große Partikel eine ausreichend lange Verweilzeit innerhalb der Flugstrombehandlungsstrecke und demnach eine ausreichend intensive Wärmebehandlung realisiert werden kann und andererseits für relativ kleine Partikel eine thermische Überlastung infolge einer zu langen Verweilzeit und folglich eine zu intensiven Wärmebehandlung vermieden werden kann.
Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Lithiumerz zumindest teilweise durch einen Wärmeübergang von aus der Flugstrombehandlungsstrecke stammendem Abgas vorgewärmt wird, bevor dieses der Flugstrombehandlungsstrecke zugeführt wird. Eine erfindungsgemäße Anlage kann demnach einen Materialvorwärmer umfassen, der dazu eingerichtet ist, der Flugstrombehandlungsstrecke zuzuführendes Lithiumerz durch einem Wärmeübergang von aus der Flugstrombehandlungsstrecke stammendem Abgas zu erwärmen. Durch ein solches Vorwärmen des Lithiumerzes
kann in vorteilhafter Weise eine Nutzung eines Teils der in dem Abgas enthaltenen thermischen Energie zum Vorwärmen des Lithiumerzes genutzt werden, was sich positiv auf die Energiebilanz des Prozesses auswirkt. Sofern vorgesehen ist, dass das der Flugstrombehandlungsstrecke zuzuführende Lithiumerz zunächst in Teilmengen unterschiedlicher Korngrößenfraktionen unterteilt wird, kann dann noch vorgesehen sein, dass nur ein Teil (d.h. eine oder mehrere, nicht jedoch sämtliche) der Teilmengen des Lithiumerzes vorgewärmt wird. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass lediglich relativ große Partikel des Lithiumerzes vorgewärmt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Sauerstoffgehalt in der Flugstrombehandlungsstrecke auf Werte kleiner als 12 Vol.-%, vorzugsweise auf Werte zwischen 8 Vol.-% und 10 Vol.-%, eingestellt wird. Durch die gezielte Prozessführung der Einstellung der Sauerstoffkonzentration in Verbindung mit einer Temperatur größer 800°C lässt sich eine Verbrennungsatmosphäre einstellen, die durch eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung geprägt ist. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer flammenlosen Verbrennung. Durch einen gezielten Eintrag von Brennstoff entlang der Flugstrombehandlungsstrecke lässt sich zudem teilweise oder entlang der gesamten Flugstrombehandlungsstrecke eine reduzierende Atmosphäre einstellen, die sich begünstigend auf die kristalline Umwandlung von Spodumen oder anderen Lithium-Formen auswirkt
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Anlage können konstruktive Einbauten innerhalb der Flugstrombehandlungsstrecke vorgesehen sein, die - gegebenenfalls ausschließlich - dazu dienen, durch die Erzeugung von Turbulenzen in der Strömung des Heißgases eine Durchmischung des Heißgases mit den Partikeln des Lithiumerzes und gegebenenfalls auch mit in das Heißgas eingebrachtem, sauerstoffhaltigen Gas und/oder Brennstoff zu verbessern.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Anlage kann zudem vorgesehen sein, dass die Flugstrombehandlungsstrecke mindestens einen Abschnitt umfasst, in dem die Flugstrombehandlungsstrecke derart ausgebildet
ist, dass in diesem Abschnitt im Vergleich zu mindestens einem anderen Abschnitt der Flugbehandlungstrecke eine geringere (mittlere) Strömungsgeschwindigkeit des Heißgases vorliegt. Dadurch kann eine Erhöhung der Verweilzeit des Lithiumerzes in einem für eine thermische Umwandlung möglichst optimalen Temperaturbereich erreicht werden.
Die unbestimmten Artikel („ein",„eine",„einer" und„eines"), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 : in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anlage zur thermischen Behandlung von Lithiumerzen und Fig. 2: in einem Diagramm einen Verlauf der Temperatur entlang der
Flugstrombehandlungsstrecke eines Flugstromreaktors einer erfindungsgemäßen Anlage im Vergleich zu den entsprechenden Temperaturverläufen entlang der Länge eines Drehrohrofens sowie entlang der Flugstrombehandlungsstrecke eines Flugstromkalzinators. Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anlage zur thermischen Behandlung von
Lithiumerzen. Mittels dieser kann im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ein Lithiumerz 1 derart wärmebehandelt werden, dass eine Kristallumwandlung stattfindet, durch die das in dem Lithiumerz 1 enthaltene Lithium für eine darauffolgende Verwendung verfügbar gemacht wird. Die Anlage umfasst einen Flugstromreaktor 2, in dem das mittels einer nicht dargestellten Mühle zu Partikeln mit relativ kleinen Korngrößen zerkleinerte Lithiumerz 1 von Heißgas 18 entlang einer relativ langen
Flugstrombehandlungsstrecke 3, die beispielsweise ca. 25 m betragen kann, getragen wird, wobei zur Erzielung der Wärmebehandlung thermische Energie von dem Heißgas 18 auf die Partikel des Lithiumerzes 1 übertragen wird.
Dem Flugstromreaktor 2 ist bezüglich der Transportrichtung des Lithiumerzes 1 ein Materialvorwärmer 4 vorgeschaltet, der als mehrstufiger Zyklonvorwärmer ausgebildet ist. Das thermisch noch zu behandelnde, bereits zerkleinerte Lithiumerz 1 wird dem Materialvorwärmer 4 mittels einer Aufgabevorrichtung 5 zugeführt und dabei in den Strom des aus dem Flugstromreaktor 2 stammenden Abgases 6 eingebracht. Von diesem Abgasstrom werden die Partikel des Lithiumerzes 1 bis in einen ersten Zyklonabscheider 7 des Materialvorwärmers 4 getragen und mittels diesem wieder aus dem Abgasstrom abgeschieden. Ein Materialauslass dieses ersten Zyklonabscheider 7 mündet in eine Abgasleitung, über die das Abgas von einem dritten Zyklonabscheider 9 zu einem zweiten Zyklonabscheider 8 des Materialvorwärmers 4 geführt wird. Über diesen Abgasstrom wird folglich das in dem ersten Zyklonabscheider 7 abgeschiedene Lithiumerz 1 in den zweiten
Zyklonabscheider 8 eingebracht. In diesem zweiten Zyklonabscheider 8 wird das Lithiumerz 1 wiederum aus dem Abgas abgeschieden, wobei dieser Abgasstrom dann über eine entsprechende Abgasleitung, in die der Auslass der Aufgabenvorrichtung 5 mündet, zu dem ersten Zyklonabscheider 7 geführt wird, während das abgeschiedene Lithiumerz 1 in eine Abgasleitung eingebracht wird, die einen Abgasauslass eines ebenfalls als Zyklonabscheider ausgebildeten Materialabscheiders 10, der eine Auslassvorrichtung der Anlage darstellt, mit einem Einlass des dritten Zyklonabscheider 9 des Materialvorwärmers 4 verbindet. Das in dieser Abgasleitung strömende Abgas trägt das in dem zweiten Zyklonabscheider 8 abgeschiedene Lithiumerz 1 in den dritten Zyklonabscheider 9, in dem dieses wiederum aus dem Abgasstrom abgeschieden und über eine erste Überführungsleitung 11 in einen Anfangsabschnitt der Flugstrombehandlungsstrecke 3 des Flugstromreaktors 2 eingebracht wird.
Optional kann vorgesehen sein, einen Teil des Lithiumerzes 1 sowie von teilkalziniertem Filterstaub 24, der mittels eines dem Material Vorwärmer 4 in
Strömungsrichtung des Abgases 6 nachgeschalteten Staubabscheiders 22 aus dem Abgas 6 abgeschieden wurde, über eine zweite Überführungsleitung 12 unter Umgehung des Materialvorwärmers 4 in einen Endabschnitt, d.h. einen Abschnitt, der bezüglich der Strömungsrichtung innerhalb der Flugstrombehandlungsstrecke 3 dem Anfangsabschnitt nachgeordnet ist, einzubringen. Insbesondere kann vorgesehen sein, relativ kleine Partikel, beispielsweise mit Korngrößen von kleiner 0,2 mm, über die zweite Überführungsleitung direkt, d.h. unter Umgehung des Materialvorwärmers 4 und eines Abschnitts der Flugstrombehandlungsstrecke 3 in die Flugstrombehandlungsstrecke 3 einzubringen, während die größeren Partikel des Lithiumerzes 1 zunächst durch den Materialvorwärmer 4 und anschließend über die gesamte Flugstrombehandlungsstrecke 3 geführt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass einerseits die relativ großen Partikel des Lithiumerzes 1 in ausreichendem Maße thermisch behandelt werden, während eine thermische Überlastung der relativ kleinen Partikel, die zu einem Schmelzen oder Verkrusten von zumindest einigen Komponenten des Lithiumerzes 1 führen könnte, vermieden wird, da nur ein relativ geringer Wärmeübergang auf die relativ kleinen Partikel realisiert wird.
Das die Flugstrombehandlungsstrecke 3 durchströmende und die Partikel des Lithiumerzes 1 tragende Heißgas 18 wird einerseits mittels eines einlassseitig der Flugstrombehandlungsstrecke 3 angeordneten Brenners 13 erzeugt, wozu diesem mittels eines Ventilators 14 Verbrennungsgas 15 sowie Brennstoff 16 zugeführt werden, die in einer Brennkammer 17 des Brenners 13 verbrannt werden. Bei dem Verbrennungsgas 15 handelt es sich primär um Frischgas 19, insbesondere Umgebungsluft, dem optional ein Teil des für ein Abführen aus der Anlage vorgesehenen Abgases 6 zugemischt werden kann, wodurch einerseits die in diesem Teil des Abgases 6 enthaltene Wärmeenergie rekuperierend genutzt und andererseits infolge einer Herabsetzung der Reaktivität des Verbrennungsgases 15 die Temperatur des mittels des Brenners 13 erzeugten Heißgases 18 begrenzt werden kann. Für ein solches Rückführen von Abgas 6 umfasst die erfindungsgemäße Anlage eine Abgasrückführleitung 20, die stromab des Materialvorwärmers 4
(bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases 6) aus einem Abgasstrang der Anlage abzweigt und in einen Frischgaseinlass des Brenners 13 stromab (bezüglich der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases 15) des darin ebenfalls integrierten Ventilators 14, mündet. Gemäß der Fig. 1 zweigt die Abgasrückführleitung 20, die ein Regelventil 21 zur Steuerung oder Regelung der Menge des in das Frischgas 19 eingebrachten Abgases 6 und/oder vorzugsweise einen zusätzlichen Ventilator 25 umfasst, stromab des Staubabscheiders 22 und stromauf eines dem Staubabscheider 22 nachgeschalteten Ventilators 14 aus dem Abgasstrang ab. Alternative Anordnungen der Mündung der Abgasrückführleitung 20, insbesondere für eine Zufuhr von staubfreiem Abgas zu einer oder mehreren Zuführleitungen 23, die entlang der Flugstrombehandlungsstrecke 3 stromab der Brennkammer 17 angeordnet sind, sind ebenfalls möglich.
Bei der Wärmebehandlung innerhalb der Flugstrombehandlungsstrecke 3 des Flugstromreaktors 2 sollen die Partikel des Lithiumerzes 1 bis zum Erreichen von Temperaturen zwischen 1000 °C und 1200 °C erwärmt und diese Temperaturen ausreichend lange gehalten werden, um eine Kristallumwandlung zu bewirken. Dabei soll ein Erhitzen der Partikel des Lithiumerzes 1 auf Temperaturen über 1200°C vermieden werden, da es anderenfalls zu dem bereits erwähnten Schmelzen oder sogar Verkrusten zumindest von Komponenten des Lithiumerzes 1 kommen könnte, was dann zu einer verstärkten Bildung von Ansätzen innerhalb des Flugstromreaktors 2 und innerhalb des diesem nachgeschalteten Materialabscheiders 10 führen könnte. Dies könnte sich wiederum auf den Prozess und die Qualität des abschließend thermisch behandelten Lithiumerzes 1 negativ auswirken. Folglich soll über die gesamte oder zumindest einen relativ langen Abschnitt der Flugstrombehandlungsstrecke 3 eine ausreichend hohe aber gleichzeitig nicht zu hohe Temperatur des die Partikel des Lithiumerzes 1 tragenden Heißgases 18 eingestellt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Temperatur des primär mittels des Brenners 13 erzeugten Heißgases 18 durch ein Einstellen eines unterstöchiometrischen Sauerstoffverhältnisses sowie optional durch die Zumischung von Abgas 6 in das Frischgas 19 relativ gering gehalten wird. Weiterhin wird durch
das Einstellen des unterstöchiometrischen Sauerstoffverhältnisses erreicht, dass das den Brenner 13 verlassende und in die Flugstrombehandlungsstrecke 3 einströmende Heißgas 18 noch brennstoffhaltig ist und folglich relevante Mengen von unverbrannten oder nur teilweise verbrannten Brennstoffkomponenten umfasst. Diese Brennstoffkomponenten werden dann in stromabwärts gelegenen Abschnitten der Flugstrombehandlungsstrecke 3 durch Oxidation mit Sauerstoff in thermische Energie gewandelt, wozu über die entsprechend positionierten Zuführleitungen 23 ein sauerstoffhaltiges Gas in die Flugstrombehandlungstrecke 3 eingebracht wird, um den für diese Nachoxidation erforderlichen Sauerstoff zu liefern. Durch eine solche Nachoxidation von zuvor unverbrannten oder nur teilweise verbrannten Brennstoffbestandteilen wird die Temperatur des Heißgases 18, die sich im Vergleich zu beispielsweise der Temperatur des Heißgases 18 beim Eintritt in die Flugstrombehandlungsstrecke 3 infolge eines Übergangs von thermischer Energie auf die Partikel des Lithiumerzes 1 abgesenkt hat, wieder erhöht. Auf diese Weise kann folglich erreicht werden, dass die Temperatur des Heißgases 18 über dem Verlauf der Flugstrombehandlungsstrecke 3 innerhalb eines relativ kleinen Temperaturfensters, das zwischen Tu ~ 1000°C und Ts ~ 1200°C liegt, verbleibt, wodurch einerseits eine ausreichende Erwärmung der Partikel des Lithiumerzes 1 erreicht wird und andererseits deren thermische Überlastung vermieden wird.
Die Fig. 2 verdeutlicht diesen Vorteil. Darin zeigt die gestrichelte Kurve 26 den Verlauf der Temperatur T des Heißgases 18 über dem Transportweg L des Lithiumerzes in der Flugstrombehandlungsstrecke 3 des Flugstromreaktors 2 einer erfindungsgemäßen Anlage gemäß der Fig. 1. Es zeigt sich, dass die Temperatur über der gesamten Länge der Flugstrombehandlungsstrecke im Wesentlichen innerhalb des Temperaturfensters (Tu bis Ts) gehalten wird. Im Vergleich dazu würde die Temperatur T von Heißgas ausgehend von einem Materialeinlass eines eine vergleichbare thermische Leistung aufweisenden Drehrohrofens, beginnend mit einer Temperatur, die deutlich unterhalb des unteren Grenzwert Tu des Temperaturfensters liegt, kontinuierlich ansteigen (vgl. strichpunktierte Kurve 27), wobei die Temperatur beim Erreichen des Materialauslasses, an dem üblicherweise der Brenner eines
Drehrohrofens angeordnet ist, deutlich oberhalb des oberen Grenzwerts Ts des Temperaturfensters liegen würde. Wiederum zu Vergleichszwecken ist in der Fig. 2 noch der Temperaturverlauf (vgl. gepunktete Kurve 28) von Heißgas eines eine vergleichbare thermische Leistung aufweisenden Flugstromkalzinators dargestellt. Ein solcher Flugstromkalzinator wird üblicherweise als (Vor-)Kalzinator einer Anlage zum Brennen von Zementklinker einem Drehrohrofen bezüglich des Materialtransports vorgeschaltet und bei diesem wird lediglich Heißgas im Bereich eines Einlasses einer Flugbehandlungstrecke zugeführt. Zu erkennen ist, dass bei einem solchen Flugstromkalzinator die Temperatur des Heißgases ausgehend von einem Materialeinlass kontinuierlich fällt, wobei die Temperatur zunächst deutlich oberhalb des oberen Grenzwerts Ts des Temperaturfensters und während eines zeitlichen Endabschnitts der thermischen Behandlung deutlich unterhalb des unteren Grenzwerts Tu des Temperaturfensters liegen würde.
Alternativ zu der in der Fig. 1 dargestellten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Anlage beziehungsweise zu der damit durchführbaren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch vorgesehen sein, mittels des Brenners 13 Heißgas 18 zu erzeugen, das infolge eines entsprechend eingestellten überstöchiometrischen Sauerstoffverhältnisses noch eine relevante Menge von Sauerstoff enthält, wobei über die Zuführleitungen 23 definierte Mengen von Brennstoff, gegebenenfalls als Bestandteil eines brennstoffhaltigen Gases, in das in der Flugstrombehandlungsstrecke 3 strömende Heißgas 18 eingebracht werden. Dieser Brennstoff kann dann mit dem in dem Heißgas 18 enthaltenen Sauerstoff oxidieren und dadurch die gewünschte Kompensation einer bereits erfolgten Absenkung der Temperatur des Heißgases 18 bewirken.
Bezugszeichenliste :
1 Lithiumerz
2 Flugstromreaktor
3 Flugstrombehandlungsstrecke
4 Materialvorwärmer
5 Aufgabevorrichtung
6 Abgas
7 erster Zyklonabscheider des Materialvorwärmers
8 zweiter Zyklonabscheider des Materialvorwärmers
9 dritter Zyklonabscheider des Materialvorwärmers
10 Materialabscheider
11 erste Überführungsleitung
12 zweite Überführungsleitung
13 Brenner
14 Ventilator
15 Verbrennungsgas
16 Brennstoff
17 Brennkammer des Brenners
18 Heißgases
19 Frischgas
20 Abgasrückführleitung
21 Regelventil
22 Staubabscheider
23 Zuführleitung
24 Filterstaub
25 Ventilator zur Abgasrückführung
26 Temperaturverlauf des Heißgases in einem Flugstromreaktor einer erfindungsgemäßen Anlage
27 Temperaturverlauf des Heißgases in einem Drehrohrofen
28 Temperaturverlauf des Heißgases in einem Flugstromkalzinator
Claims
1. Verfahren zur thermischen Behandlung eines Lithiumerzes (1), gekennzeichnet durch eine Flugstrombehandlung, bei der Partikel des Lithiumerzes (1) von Heißgas (18) entlang einer Flugstrombehandlungsstrecke (3) getragen werden, wobei eine Wärmebehandlung im Bereich zwischen 800°C und 1200°C erfolgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Mehrzahl von Stellen entlang der Flugstrombehandlungsstrecke (3) Heißgas (18) zugeführt oder erzeugt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugstrombehandlungsstrecke (3) an mindestens einer ersten Stelle brennstoffhaltiges Heißgas (18) und an mindestens einer zweiten Stelle, die bezüglich der Strömungsrichtung des Heißgases (18) stromab der erste Stelle angeordnet ist, Sauerstoff zugeführt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flugstrombehandlungsstrecke (3) an mindestens einer ersten Stelle ein sauerstoffhaltiges Gas und an mindestens einer zweiten Stelle, die bezüglich der Strömungsrichtung des Heißgases (18) stromab der erste Stelle angeordnet ist, Brennstoff zugeführt wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas (6) zur Erzeugung des Heißgases (18) genutzt wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lithiumerz (1) an mehreren entlang der Flugstrombehandlungsstrecke (3) verteilten Stellen zugeführt wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lithiumerz (1) zumindest teilweise durch einen Wärmeübergang von aus der Flugstrombehandlungsstrecke (3) stammendem
Abgas (6) vorgewärmt wird, bevor dieses der Flugstrombehandlungsstrecke (3) zugeführt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das der Flugstrombehandlungsstrecke (3) zuzuführende Lithiumerz (1) in Teilmengen unterschiedlicher Korngrößenfraktionen unterteilt wird und
- die Teilmengen des Lithiumerzes (1) getrennt an den mehreren Stellen der Flugstrombehandlungsstrecke (3) zugeführt werden und/oder
- nur ein Teil der Teilmengen des Lithiumerzes (1) vorgewärmt wird.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt in der Flugstrombehandlungsstrecke (3) auf werte kleiner 12 Vol.-% eingestellt wird.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Flugstrombehandlung ausschließlich das Lithiumerz thermisch behandelt wird.
11. Anlage zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Aufgabevorrichtung (5) für die Zufuhr von Lithiumerz (1) zu einem Flugstromreaktor (2), an die sich eine Auslassvorrichtung zum Abführen des abschließend thermisch behandelten Materials anschließt, wobei der Flugstromreaktor (2) eine Flugstrombehandlungsstrecke (3) ausbildet, entlang der im Betrieb der Anlage Partikel des Lithiumerzes (1) von Heißgas (18), das mittels einer Vorrichtung zur Heißgaserzeugung erzeugbar ist, getragen werden.
12. Anlage gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Vorrichtungen zum Einbringen von Heißgas (18) und/oder von sauerstoffhaltigem Gas und/oder von Brennstoff (16) entlang der Flugstrombehandlungsstrecke (3) angeordnet sind.
13. Anlage gemäß Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch
- eine Abgasrückmhrleitung (20) zum Rückführen von aus der Flugstrombehandlungsstrecke (3) stammendem Abgas (6) in die Flugstrombehandlungsstrecke (3) und/oder
- eine Prozessgaszuführleitung zum Zuführen von Prozessgas in die Flugstrombehandlungsstrecke (3) und/oder
- eine Wärmetauschvorrichtung zum Vorwärmen einer der Flugstrombehandlungsstrecke (3) zuzuführenden Gasströmung durch einen Übergang thermischer Energie von Abgas (6), das aus der Flugstrombehandlungsstrecke (3) stammt, und/oder von Prozessgas.
14. Anlage gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgabevorrichtung (5) mehrere entlang der Flugstrombehandlungsstrecke (3) verteilte Aufgabestellen für das Lithiumerz (1) umfasst.
15. Anlage gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch einen Materialvorwärmer (4), der dazu eingerichtet ist, der Flugstrombehandlungsstrecke (3) zuzuführendes Lithiumerz (1) durch einem Wärmeübergang von aus der Flugstrombehandlungsstrecke (3) stammendem Abgas (6) zu erwärmen.
16. Anlage gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch konstruktive Einbauten innerhalb der Flugstrombehandlungsstrecke (3) zur Erzeugung von Turbulenzen in der Strömung des Heißgases (18).
17. Anlage gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugstrombehandlungsstrecke (3) mindestens einen Abschnitt umfasst, in dem die Flugstrombehandlungsstrecke (3) derart ausgebildet ist, dass in diesem Abschnitt im Vergleich zu mindestens einem anderen Abschnitt der Flugbehandlungstrecke (3) eine geringere Strömungsgeschwindigkeit des Heißgases (18) gegeben ist.
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