Projekt 14241/01

Entwicklung eines Verfahrens zur Senkung des Energiebedarfes und der Umweltbelastung bei der Herstellung von festen und thermostabilen Eisenerzagglomeraten

Projektträger

Köppern Aufbereitungstechnik GmbH & Co. KG
Equipagenweg 1
04416 Markkleeberg
Telefon: 0341/356-7011

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der Reduktion von Eisenerz mit Kohlenstoff werden die Erze in der Regel vor dem Einsatz in den Reduktionsofen mit hohem Aufwand an Technik und Energie zunächst pelletiert. Durch Zusatz meist mineralischer, schlackebildender Bindemittel und einen anschließenden emissionsintensiven Sinterprozess wird das Erz in transport- und thermofeste Agglomerate überführt (Pelletier- und Brennprozess). Es ist das Ziel des Projektes, eine Verfahrenslösung ohne diese Nachteile zu entwickeln. Erfolgversprechend wird eine Verfahrenstechnik angesehen, bei der die Feinerze in einem Kaltformverfahren mit deutlich geringerem Energiebedarf unter Zusatz von Bindestoffen ohne Emissionen agglomeriert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Bearbeitung der F/E-Arbeit erfolgte im wesentlichen in folgenden Arbeitsschritten:
Recherche zum Stand der Technik.
Versuche im Labormaßstab:
In diese Arbeitsetappe wurden Versuche im Laboratorium zur Erkundung geeigneter Bindestoffe und Stoffkombinationen (Kohle, Biostoffe) für die Herstellung transportfester und thermostabiler Agglomerate aus Feinerzen durchgeführt. Im Rahmen dieser Versuche werden die Prozesse Bindestoffaufbereitung (Art, Feinheit und Klebefähigkeit der Bindestoffe, Kohlenstoffgehalt), Vermischung der Produkte (Mischertyp, Mischintensität) und Agglomeration (Agglomerationstechnik, Agglomerationsparameter) optimiert. Es wurden nur Prozesse mit geringen Emissionen angewendet. Zur Bewertung der Qualität der Erzagglomerate wurde die Festigkeit vor und nach der Reduktion an ausgewählten Proben (Thermofestigkeit) bestimmt. Die Reduktion der Erzagglomerate erfolgt in einem Versuchsofen.
Untersuchungen im Technikummaßstab und Herstellung von Versuchschargen für die Anwendungsuntersuchungen:
Mit ausgewählten Proben wurden Versuche zur Brikettierung im Technikummaßstab durchgeführt. Dabei wurden die Bedingungen so gewählt, dass eine Übertragung der Bedingungen und Ergebnisse auf industrielle Maßstäbe möglich ist.
Erarbeitung des Konzeptes für eine Brikettiertechnologie und technisch-ökonomische Bewertung des Verfahrens.


Ergebnisse und Diskussion

Die zahlreichen Laboruntersuchungen zur Brikettierung ergaben folgende wesentliche Ergebnisse:
Es konnte kein Bindemittel gefunden werden, das allein eingesetzt den Anforderungen an die erzielbare Grün- und Thermofestigkeit von Eisenerzagglomeraten genügt und zu akzeptablen Preisen am Markt verfügbar ist.
Zur Erzielung höherer Grün- und Thermofestigkeiten müssen Bindemittelkombinationen eingesetzt werden, die aus mindestens zwei Komponenten bestehen.
Mit dem Einsatz von speziellen Bindemittelkombinationen, der richtigen Wahl der Parameter für die Vorbereitung der Mischung und der Brikettierparameter lassen sich Briketts herstellen, die sowohl eine ausreichende Grünfestigkeit als auch eine gute Thermostabilität aufweisen.
Durch die Wahl der Brikettierparameter lässt sich die erzielbare Brikettfestigkeit an die Erfordernisse des anschließenden Reduktionsprozesses in gewissem Umfang anpassen.
Auch bei Zumischung eines Kohlenstoffträgers von bis zu 30 % (massebezogen) wurden noch zufriedenstellende Brikettfestigkeiten erreicht. Die Thermofestigkeit wird dabei durch die Spezifikation des Kohlenstoffträgers beeinflusst.
Bei Versuchen im Technikummaßstab konnten bei Berücksichtigung der bekannten Unterschiede zwischen Stempelpressenversuchen im Labortmaßstab und Walzenpressenversuchen wesentliche Erkenntnisse aus den Laborversuchen bestätigt werden.
Anwendungsversuche mit Briketts, die im Technikum hergestellt werden, ergaben gute Ergebnisse bei der Direktreduktion und in Versuchen, mit denen das Verhalten von Pellets im Hochofen charakterisiert wird.
Basierend auf den Ergebnissen konnte ein Verfahren zur Herstellung von festen und thermostabilen Eisenerzagglomeraten entwickelt werden, das sich gegenüber dem herkömmlichen Pelletier- und Sinterprozess durch einen deutlich geringeren Energiebedarf auszeichnet. Durch den Einsatz von Prozessstufen mit geringer Emission reduziert sich der Aufwand zur Einhaltung der Umweltbestimmungen erheblich. Die mit diesem Prozess hergestellten Eisenerzagglomerate sind besonders für Direktreduktionsverfahren mit Feststoffreaktion geeignet.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Ausgewählte Ergebnisse, insbesondere die aus den Grundlagenuntersuchungen, werden in Fachzeitschriften veröffentlicht.


Fazit

Durch umfangreiche Laboruntersuchungen wurde ein Verfahren zur Herstellung thermostabiler Eisenerzagglomerate mit reduziertem Energiebedarf entwickelt. Wesentliche Ergebnisse konnten in Technikumversuchen bestätigt werden. Die Ergebnisse werden bei der Planung einer Pilotanlage berücksichtigt.