EP2021285A2 - Verfahren zur gewinnung von magnetit - Google Patents

Verfahren zur gewinnung von magnetit

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Publication number
EP2021285A2
EP2021285A2 EP07728511A EP07728511A EP2021285A2 EP 2021285 A2 EP2021285 A2 EP 2021285A2 EP 07728511 A EP07728511 A EP 07728511A EP 07728511 A EP07728511 A EP 07728511A EP 2021285 A2 EP2021285 A2 EP 2021285A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
red mud
magnetite
reaction
reducing agent
iron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07728511A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eberhard Krause
Valentin Röhm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KRSYS GMBH
Original Assignee
Krause-Rohm-Systeme AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krause-Rohm-Systeme AG filed Critical Krause-Rohm-Systeme AG
Publication of EP2021285A2 publication Critical patent/EP2021285A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C01F7/06—Preparation of alkali metal aluminates; Aluminium oxide or hydroxide therefrom by treating aluminous minerals or waste-like raw materials with alkali hydroxide, e.g. leaching of bauxite according to the Bayer process
    • C01F7/066—Treatment of the separated residue
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C01G49/02—Oxides; Hydroxides
    • C01G49/08—Ferroso-ferric oxide [Fe3O4]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/0409—Waste from the purification of bauxite, e.g. red mud
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • Red mud is produced during aluminum production according to the Bayer process.
  • red mud is a mixture which is mainly composed of iron (III) oxides or hydroxides, titanium oxides, aluminum oxide residues, quartz sand, calcium oxide and sodium oxide. Due to its high content of residual sodium hydroxide, it also has a strongly basic pH in the range between 1 1 and 13.
  • the name red mud comes from the red color caused by iron (III) oxide.
  • 0.5 to 1.5 tonnes of red mud are an unavoidable companion to every ton of aluminum produced. The amount of red mud produced in this way each year amounts to several million tons and, together with the already existing amounts of red mud, represents a serious economic and ecological problem.
  • red mud is considered essentially as waste and therefore supplied for disposal.
  • the disposal of the red mud is usually done by storage in sealed landfills.
  • This form of storage is expensive and expensive, since large landfill areas and facilities are needed and incur high costs for the transport of red mud.
  • the long-term costs arising from landfilling are difficult to calculate and, in addition to the various ecological problems, represent an additional economic problem.
  • red mud contains, depending on the quality of the bauxite originally used, a proportion of 30% to 60% of iron (III) compounds in the form of hematite (Fe 2 O) and goethite (FeO (OH)), it offers itself for the recovery of Iron or iron ore in particular advantageous manner.
  • iron (III) compounds in the form of hematite (Fe 2 O) and goethite (FeO (OH)
  • the workup of the red mud is complicated, inter alia, by the fact that the particles of the red mud, due to the production process, have a very small average diameter in the range between 0.1 and 1.0 ⁇ m.
  • a separation of the iron (III) compounds from the non-iron-containing residual mineral stock therefore represents a complex technical problem and has not yet been satisfactorily resolved.
  • GB 731 923 discloses a process for the thermal treatment of thermally reactive, finely divided solid particles.
  • red mud from the Bayer process can be introduced into a fluidized-bed reactor and kept in a pseudo-liquid fluidized bed state by means of a gas flow passed through the red mud from below.
  • the aerosol formed must be heated to a predetermined temperature and this temperature must be kept as constant as possible during the reaction so that a conversion of hematite into magnetite can take place.
  • For heating the reaction mixture to the target temperature either a preheating of the gas stream, an injection and burning of fossil fuels in the reaction space or a combination of both is provided.
  • the invention provides that the excess amount of heat is absorbed by arranged in the fluidized bed reactor, inert solids. Alternatively, it is provided that cooling water is injected into the reaction space or additional cooling, inert solids are added.
  • the object of the present invention is therefore to provide a process which can be realized on an industrial scale, which makes possible a comprehensive, economically and ecologically advantageous recovery of the iron-containing constituents of red mud and is suitable both for coping with the quantities of red mud produced annually and for processing the landfill already disposed of Red mud is suitable.
  • the object is achieved by a method for recovering valuable material by means of red mud with the features of claim 1.
  • red mud which is produced by the Bayer process used for aluminum production, used in a process for recovering magnetite, which comprises at least the reduction of hematite and / or goethite to magnetite with at least one reducing agent, wherein the reducing agent is at least one vegetable oil and / or includes a fat and / or coal.
  • magnetite is the thermodynamically most stable iron oxide and has a spinel structure AB 2 O 4 in which iron (II) ions occupy the octahedral sites and iron (III) ions occupy the tetrahedral sites. Magnetite, in contrast to hematite and goethite, is strongly ferromagnetic.
  • the inventive method therefore allows by the conversion of the iron-containing components, a separation of the red mud into magnetizable iron ore and a non-magnetizable, low-iron residual mineral stock, which in turn is a valuable material and is variously usable.
  • Vegetable oils are in great diversity and in large quantities worldwide available.
  • the Federal Environment Agency classifies vegetable oils in water hazard class 1 and thus as only slightly hazardous to water. This opens up the possibility in economically and ecologically advantageous, particularly simple and sustainable ways of making renewable biological compounds usable as an environmentally friendly alternative to fossil mineral oils for iron ore mining.
  • Another advantage is the ability to perform the process both continuously and discontinuously.
  • a palm oil and / or a soybean oil and / or a rapeseed oil is used as vegetable oil.
  • palm oils, soybean oils or rapeseed oils are suitable for use in the context of the process according to the invention since, economically speaking, they represent inexpensive and globally available educts.
  • they are largely unproblematic due to their biodegradability under environmental aspects.
  • the method comprises the following steps: a) mixing the red mud with the reducing agent, b) burning the reaction mixture under controlled air supply for a predetermined time interval in a predetermined temperature range, c) separating the solid components from the reaction mixture, d) Crushing the solid components; and e) separating at least a first component comprising at least magnetite from at least one second solid component.
  • Suitable reactor types include, for example, continuous reactors, rotary kilns or any other suitable reactor devices.
  • the reaction itself is carried out in a simple manner by burning the reaction mixture. It is advantageously provided that the reaction takes place during a predetermined time interval under controlled air supply in a predetermined temperature range in order to be able to control the course of the reaction in dependence on the educts used.
  • at least the vegetable oil or the fat together with various oxides from the red mud itself act as a source of oxygen.
  • the solid components of the resulting reaction mixture are separated after completion of the reaction of the liquid or gaseous components.
  • the end of the reaction can be determined in a particularly simple manner by the color change from red (Fe 2 O 3 ) to black (Fe 3 O 4 ).
  • the separation of the solid from the liquid and / or gaseous components is carried out in a simple manner with the aid of a solids separator and / or gas separator coupled to the reaction vessel.
  • the solid components may be present after separation in partially clumped or Grahamgebackener form.
  • the method therefore provides in step d) for facilitating and improving the further workup, a comminution of the solid components.
  • the mass can be ground in a known manner, which again arise the original, fine particles.
  • the powdered mixture of the solid components thus obtained is in the last Step of the method, at least a first, at least magnetite comprehensive component of at least one second component separated.
  • step b) of the method the air supply is controlled so that the reaction proceeds under stoichiometric conditions.
  • the reaction conditions thus selected result in a reaction process similar to the production of wood gas and yield various useful compounds such as elemental carbon, carbon dioxide, carbon monoxide, methane, ethene, hydrogen and water vapor.
  • the resulting elemental carbon serves advantageously as an additional reducing agent and accelerates the reaction.
  • a control of the reaction temperature can be realized.
  • the additional valuable substances can be separated in a known manner and supplied to other uses.
  • the predetermined temperature range in step b) of the method is at least 650 ° C and / or at most 1000 ° C. Carrying out the reaction in the temperature range mentioned ensures advantageously that the reaction conditions can be selected depending on the nature and requirements of the reducing agent used, whereby a variable, simple and cost-reducing option for optimal process control is ensured.
  • the combustion gases recirculated in step b) of the process comprise at least carbon monoxide and / or hydrogen.
  • Each of the two compounds acts as an additional reducing agent.
  • the combustion gas recirculation thus ensures a complete utilization of the usable reaction products and reaction energy on the one hand as well as for an accelerated conversion of hematite and / or goethite into magnetite on the other hand.
  • a further cost reduction is achieved due to the reduced demand for reducing agent.
  • the recirculation of combustion gas thus advantageously makes possible a faster, cheaper and ecologically optimized process design.
  • the method before step c) comprises an additional step f), in which the air supply is controlled for a time interval to be determined so that the reaction proceeds under stoichiometric and / or superstoichiometric conditions.
  • step f) in which the air supply is controlled for a time interval to be determined so that the reaction proceeds under stoichiometric and / or superstoichiometric conditions.
  • step e) of the method comprises using a magnetic separator.
  • the concentration of pure magnetite in an ore separated in this way is at least 90% about twice as high as in high-quality natural ore.
  • a magnetic separator so a technically particularly simple and cost-effective way can be created to separate the red mud practically quantitatively into high-quality, magnetizable iron ore and non-ferrous components.
  • alternative or additional separation processes which make use of other physical or chemical differences of the compounds to be separated, such as flotation separation processes.
  • the red mud and the reducing agent additionally at least one further component comprising at least calcium carbonate is added.
  • the calcium carbonate can be introduced in an advantageous manner in the form of limestone and serves as a reaction promoter. It thus allows a more complete and faster reaction performance using a low-cost starting material, which further savings for the overall process can be achieved.
  • the second component separated in step e) of the method comprises at least one cement aggregate.
  • the low-iron residual mineral stock is suitable as cement aggregate. Without separating the ferrous component, red mud could not be used for this purpose because the high iron content would lead to complex reactions called rust formation.
  • step a) of the process in combination with an additional admixing of calcium carbonate in step a) of the process thus the mineral formation is promoted and gives a hydraulic cement, which is due to its high strength and durability as one of the most important binders in the construction industry use.
  • step a) of the process thus the mineral formation is promoted and gives a hydraulic cement, which is due to its high strength and durability as one of the most important binders in the construction industry use.
  • the cement aggregate comprises silicon dioxide and / or silicates and / or aluminosilicates.
  • Portland cement consists, for example, of about 58 to 66% calcium oxide (CaO), 18 to 26% silicon dioxide (SiO 2 ), 4 to 10% aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and 2 to 5% iron oxide (Fe 2 O 3 ).
  • these main constituents mainly form di- or tricalcium silicate (2/3 CaOxSiO 2 ), tetracalcium aluminate ferrite (4 CaOxAl 2 O 3 X Fe 2 O 3 ) and tricalcium aluminate (3 CaOxAl 2 O 3 ).
  • di- or tricalcium silicate (2/3 CaOxSiO 2
  • tetracalcium aluminate ferrite 4 CaOxAl 2 O 3 X Fe 2 O 3
  • tricalcium aluminate 3 CaOxAl 2 O 3
  • Red mud with a water content of about 30% is mixed in a quartz glass vessel with rapeseed oil in a weight ratio of 2: 1 to 10: 1.
  • the reduction of the iron (III) compounds is started by igniting the rapeseed oil.
  • the end of the reaction can be determined by the color change from red (Fe 2 O 3 ) to black (Fe 3 O 4 ).
  • complete conversion of the iron (III) compounds can be achieved by further addition of rapeseed oil.
  • the solid, black-yellowish phase is first separated by filtration of any liquid residual components present.
  • the thus obtained Lovegebackenen particles are in one Mill crushed and separated after grinding with the aid of a magnetic separator in magnetite and non-magnetic cement raw materials (silicates and sand).
  • Red mud from bauxite pulping contains iron oxides / hydroxides in the form of the minerals hematite Fe 2 O 3 and goethite FeO (OH) in 42-50% (w / w), clay minerals of the aluminosilicate group with more than 30% (w / w), SiO 2 in Quantities between 5-10% (w / w) and lime from the recovery of caustic soda in 3-5% (w / w).
  • the water content of red mud is usually between 25-40% (v / w).
  • This mineral mixture is homogeneously mixed with waste or waste vegetable oils such as frying oils in a mixer without heat.
  • the added amount of vegetable oil or vegetable fat should be at least 20% (w / w) to ensure self-supporting combustion.
  • the pasty red mud mass is fed via a screw conveyor into a pellet press, in which pellets are produced for combustion, whereby a reduction of the aqueous constituents occurs by the pressing.
  • the pellets are transported after further drying with residual heat to a pellet stove and burned there under controlled oxygen supply. It is first worked for a period of 10-20 minutes with air or excess oxygen, with firing temperatures of about 900-1000 ° C can be achieved. Under these conditions, various substances contained in the red mud are oxidized, in some cases a reduction of hematite to magnetite is observed, because the oxygen access to the interior of the pellets is hindered. Subsequently, the air supply is reduced, so that the reactions proceed under underöchiomethschen conditions.
  • the reaction temperature can thereby drop to about 650 ° C, which occurs in parallel pyrolysis of the remaining organic components and CO 2 , H 2 and CO arise. Additional CO is formed in further reaction by the Boudouard reaction from CO 2 and resulting free carbon. From this step, the combustion gases are returned to the furnace to ensure the reducing action of, in particular, H 2 and CO gases for the transfer of hematite to magnetite.
  • An alternating procedure with under- or superstoichiometric air supply has been found to be advantageous in order to avoid the formation of too much carbon and thus the formation of iron carbides.
  • the result of the process depends on the operating parameters, the composition of the red mud, the proportion by weight and the type of vegetable oil, the reaction temperature and the control of the air supply. Even in the simplest version of the process with continuous excess air, up to 75% of magnetite and 8% of ilmenite are found in the separated magnetic mineral according to laboratory results.
  • the reduced fine powder is transported after the reduction in a cooling drum with heat exchanger and fed in the next stage after sufficient cooling to a magnetic separator. This separates the components magnetite and ilmenite (iron titanium ore) due to their strong magnetic properties.
  • non-magnetic clay minerals quartz and lime and small amounts of non-magnetic iron ore.
  • the clay minerals can be used as a cement additive, as their chemical composition largely corresponds to the substances occurring in cement and so-called iron cement can be produced. By adding further quicklime, the hydraulic character of the cement surcharge can be adapted to the respective requirements.
  • the non-magnetic mineral residue can be used as a water retainer, soil improver or mineral fertilizer.
  • the red mud is used as a reducing agent solid pressing residue from the vegetable oil extraction or wood chips in the order of up to 20% (w / w) added.
  • This organic additive is burned and results in complete oxidation only at high excess air.
  • iron ore is reduced to magnetite to a level of at least 75%.
  • coking products are produced. Too high a carbon content leads - as already mentioned - to the formation of non-magnetic carbides of the iron, as shown by a reduction in the magnetically separable amount of red mud mineral mixture.
  • the process control is advantageously made allothermic, since at the same time both strongly exothermic reactions such as the oxidation of the carbon (C + O 2 ->
  • Iron (III) compounds to magnetite under these conditions is at least 75%, but can be easily increased by up to 90% or more by conventional measures.
  • the reduced fine powder is then transported in a cooling drum with heat exchanger and fed in the next stage after sufficient cooling to a magnetic separator.
  • the clay minerals can be used as a cement supplement, since their chemical composition largely corresponds to the substances occurring in cement and thus so-called iron cement can be produced. By adding further quicklime, the hydraulic character of the cement surcharge can be adapted to the respective requirements.
  • the non-magnetic mineral residue may be used as a soil conditioner or mineral fertilizer because of the clay minerals as a water retainer or due to the lime and iron content.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Magnetit mittels Rotschlamm, welcher durch das zur Aluminiumherstellung verwendete Bayer-Verfahren hergestellt wird, wobei das Verfahren wenigstens die Reduktion von Hämatit und/oder Goethit zu Magnetit mit wenigstens einem Reduktionsmittel umfasst, welches wenigstens ein Pflanzenöl und/oder ein Fett und/oder Kohle umfasst.

Description

Verfahren zur Gewinnung von Magnetit
Stand der Technik
Rotschlamm entsteht bei der Aluminiumherstellung nach dem Bayer-Verfahren. Chemisch betrachtet stellt Rotschlamm ein Gemisch dar, welches hauptsächlich aus Eisen(lll)oxiden bzw. -hydroxiden, Titanoxiden, Aluminiumoxidresten, Quarzsand, Kalziumoxid und Natriumoxid zusammensetzt ist. Durch seinen hohen Gehalt an Restnatronlauge besitzt er zudem einen stark basischen pH-Wert im Bereich zwischen 1 1 und 13. Der Name Rotschlamm stammt von der durch Eisen(lll)oxid hervorgerufenen roten Farbe. Zu jeder produzierten Tonne Aluminium fallen je nach Qualität des verwendeten Bauxits 0,5 bis 1 ,5 Tonnen Rotschlamm als nicht vermeidbarer Begleiter an. Die auf diese Weise jedes Jahr entstehende Rotschlamm-Menge beträgt mehrere Millionen Tonnen und stellt zusammen mit den inzwischen bereits vorhandenen Mengen an Rotschlamm ein ernsthaftes ökonomisches und ökologisches Problem dar.
Bisher wird Rotschlamm im Wesentlichen als Abfall betrachtet und daher der Entsorgung zugeführt. Die Entsorgung des Rotschlamms erfolgt dabei meistens durch Einlagerung in abgedichteten Deponien. Diese Form der Lagerung ist teuer und aufwendig, da große Deponieflächen und -anlagen benötigt werden und hohe Kosten für den Transport des Rotschlamms anfallen. Zudem sind die durch die Deponierung entstehenden Langzeitkosten nur schwer kalkulierbar und stellen neben den diversen ökologischen Problemen ein zusätzliches wirtschaftliches Problem dar. Es besteht daher ein gesteigertes Interesse, Rotschlamm in relevantem Umfang einer wirtschaftlich vorteilhaften Verwendung zuzuführen. Insbesondere im Zuge zunehmender Rohstoffverknappung ist eine Deponierung von Millionen von Tonnen eines mehrere Wertstoffe enthaltenden Materials wie Rotschlamm als wenig sinnvoll zu erachten. Da Rotschlamm je nach Qualität des ursprünglich verwendeten Bauxits einen Anteil von 30 % bis 60 % an Eisen(lll)- Verbindungen in Form von Hämatit (Fe2Os) und Goethit (FeO(OH)) enthält, bietet er sich für eine Rückgewinnung von Eisen bzw. Eisenerz in besonders vorteilhafter Weise an. Die Aufarbeitung des Rotschlamms wird dabei allerdings unter anderem dadurch erschwert, dass die Partikel des Rotschlamms bedingt durch den Herstellungsprozess einen im Schnitt sehr geringen Durchmesser im Bereich zwischen 0,1 und 1 ,0 μm besitzen. Insbesondere eine Abtrennung der Eisen(lll)-Verbindungen vom nicht-eisenhaltigen Restmineralstock stellt daher ein komplexes technisches Problem dar und konnte bislang nicht zufriedenstellend gelöst werden.
In der GB 731 923 ist ein Verfahren zur thermischen Behandlung von thermisch reaktiven, fein verteilten Feststoff Partikeln offenbart. Dabei kann unter anderem Rotschlamm aus dem Bayer-Verfahren in einen Wirbelschichtreaktor eingebracht und mittels eines von unten durch den Rotschlamm geleiteten Gasstroms in einem pseudo-flüssigen Fließbettzustand gehalten werden. Zum Starten der Reaktion muss das gebildete Aerosol auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt und diese Temperatur während der Reaktion möglichst konstant gehalten werden, damit eine Umwandlung von Hämatit in Magnetit erfolgen kann. Zum Erwärmen des Reaktionsgemisches auf die Zieltemperatur ist dabei entweder ein Vorwärmen des Gasstroms, ein Einspritzen und Verbrennen fossiler Brennstoffe im Reaktionsraum oder eine Kombination aus beidem vorgesehen. Für den Fall, dass die Reaktion exotherm abläuft und die vorbestimmte Temperatur aufgrund der entstehenden Wärmemenge überschritten wird, sieht die Erfindung vor, dass die überschüssige Wärmemenge durch im Wirbelschichtreaktor angeordnete, inerte Feststoffe absorbiert wird. Alternativ ist vorgesehen, dass Kühlwasser in den Reaktionsraum eingespritzt oder zusätzliche kühlende, inerte Feststoffe beigemengt werden.
Als nachteilig bei diesem Verfahren ist der Umstand anzusehen, dass das Verfahren keine Möglichkeit zur Abtrennung der eisenhaltigen Bestandteile des
Rotschlamms offenbart. Weiterhin ist als nachteilig anzusehen, dass durch die
Notwendigkeit eines Wirbelschichtreaktors zur Durchführung des Verfahrens eine kostspielige Anlage benötigt wird, welche eine aufwendige Regeltechnik zur
Aufrechterhaltung des Fließbettzustandes und zur exakten Temperaturkontrolle des Fließbetts erfordert, einen hohen Energiebedarf aufweist und große Mengen an fossilen Brennstoffen verbraucht. Zudem kann durch das Verfahren ebenfalls im Rotschlamm vorhandener Goethit nicht in Magnetit umgewandelt werden, so dass das Verfahren nur mit hohen Verlusten an eisenhaltigen Wertstoffen durchführbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein großtechnisch realisierbares Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches eine umfassende, ökonomisch und ökologisch vorteilhafte Rückgewinnung der eisenhaltigen Bestandteile von Rotschlamm ermöglicht und sich sowohl zur Bewältigung der jährlich anfallenden Rotschlamm-Mengen als auch zur Aufarbeitung des bereits deponierten Rotschlamms eignet.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ein Verfahren zur Wertstoffgewinnung mittels Rotschlamm mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird Rotschlamm, welcher durch das zur Aluminiumherstellung verwendete Bayer- Verfahren hergestellt wird, in einem Verfahren zur Gewinnung von Magnetit eingesetzt, welches wenigstens die Reduktion von Hämatit und/oder Goethit zu Magnetit mit wenigstens einem Reduktionsmittel umfasst, wobei das Reduktionsmittel wenigstens ein Pflanzenöl und/oder ein Fett und/oder Kohle umfasst. Ein solches Verfahren bietet verschiedene Vorteile. Magnetit ist das thermodynamisch stabilste Eisenoxid und besitzt eine Spinellstruktur AB2O4, in welcher Eisen(ll)-Ionen die oktaedrischen und Eisen(lll)— Ionen die tetraedrischen Plätze besetzen. Magnetit ist im Gegensatz zu Hämatit und Goethit stark ferromagnetisch. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher durch die Umwandlung der eisenhaltigen Komponenten eine Auftrennung des Rotschlamms in magnetisierbares Eisenerz und einen nicht-magnetisierbaren, eisenarmen Restmineralstock, der seinerseits einen Wertstoff darstellt und verschiedentlich verwendbar ist. Pflanzenöle sind in großer Vielfalt und in großen Mengen weltweit erhältlich. Das Umweltbundesamt stuft Pflanzenöle beispielsweise in die Wassergefährdungsklasse 1 und damit als lediglich schwach wassergefährdend ein. Dadurch wird in ökonomisch und ökologisch vorteilhafter, besonders einfacher und nachhaltiger Weise die Möglichkeit eröffnet, nachwachsende biologische Verbindungen als umweltschonende Alternative zu fossilen Mineralölen für die Eisenerzgewinnung nutzbar zu machen. Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, das Verfahren sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich durchführen zu können. Da es darüber hinaus nicht erforderlich ist, hochreine Öle als Reduktionsmittel einzusetzen, lassen sich durch die Verwendung von grob gepressten oder verunreinigten Pflanzenölen weitere Kosten einsparen. Es können auf diese Weise sogar Abfallprodukte der Pflanzenölindustrie einer nachhaltigen Verwertung zugeführt und zur Eisenerzgewinnung verwendet werden. Die Verwendung dieser Verbindungen stellt damit eine weitere einfache, global anwendbare sowie ökonomisch und ökologisch vorteilhafte Möglichkeit der Reaktionsführung und Eisenerzgewinnung dar. Da Pflanzenöle weltweit verfügbar sind, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Anwendung in entlegenen Verarbeitungsanlagen. Alternativ oder zusätzlich können auch pflanzliche bzw. tierische Fette verwendet werden. Da Alumina-Fabriken, die beim Aufarbeiten von Bauxit zu Aluminiumoxid Rotschlamm produzieren, üblicherweise kohlegefeuerte Boiler für die Heizdampfproduktion einsetzen, bietet der Einsatz von Kohle als biogenem Kohlenwasserstoff den Vorteil, dass lediglich die Transportmenge entsprechend erhöht werden muss. In Ländern wie Australien oder Brasilien, wo billige Steinkohle hoher Qualität praktisch unbegrenzt zur Verfügung steht, wird dadurch eine signifikante Senkung der Prozesskosten erzielt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Pflanzenöl ein Palmöl und/oder ein Sojaöl und/oder ein Rapsöl verwendet. Insbesondere Palmöle, Sojaöle oder Rapsöle eignen sich zur Verwendung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, da sie wirtschaftlich gesehen preisgünstige und global verfügbare Edukte darstellen. Zusätzlich sind sie wie bereits erwähnt aufgrund ihrer biologischen Abbaubarkeit unter Umweltgesichtspunkten als weitgehend unproblematisch bewertet. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren folgende Schritte: a) Vermischen des Rotschlamms mit dem Reduktionsmittel, b) Verbrennen des Reaktionsgemischs unter kontrollierter Luftzufuhr während eines vorbestimmten Zeitintervalls in einem vorbestimmten Temperaturbereich, c) Abtrennen der festen Komponenten vom Reaktionsgemisch, d) Zerkleinern der festen Komponenten und e) Abtrennen wenigstens einer ersten, wenigstens Magnetit umfassenden Komponente von wenigstens einer zweiten festen Komponente. Die Vorteile dieser Vorgehensweise sind für den Fachmann klar ersichtlich. Das intensive Vermischen des Rotschlamms mit dem Reduktionsmittel kann ohne vorherige Aufarbeitungsschritte direkt in einem üblichen, technisch anspruchslosen Reaktionsbehälter erfolgen. Geeignete Reaktortypen umfassen dabei beispielsweise Durchlauf-Reaktoren, Drehrohröfen oder sämtliche anderen geeigneten Reaktorvorrichtungen. Die Reaktionsdurchführung selbst erfolgt in einfacher Weise durch Verbrennen des Reaktionsgemisches. Dabei ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Reaktion während eines vorbestimmten Zeitintervalls unter kontrollierter Luftzufuhr in einem vorbestimmten Temperaturbereich erfolgt, um den Reaktionsverlauf kontrolliert in Abhängigkeit der eingesetzten Edukte führen zu können. Zudem fungieren zumindest das Pflanzenöl bzw. das Fett zusammen mit verschiedenen Oxiden aus dem Rotschlamm selbst als Sauerstoffquelle. Die festen Komponenten des entstandenen Reaktionsgemisches werden nach Ablauf der Reaktion von den flüssigen bzw. gasförmigen Komponenten abgetrennt. Das Ende der Reaktion kann dabei in besonders einfacher Weise durch den Farbwechsel von rot (Fe2O3) nach schwarz (Fe3O4) ermittelt werden. Das Abtrennen der festen von den flüssigen und/oder gasförmigen Komponenten wird in einfacher Weise mit Hilfe eines mit dem Reaktionsbehälter gekoppelten Feststoffabscheiders und/oder Gasseparators durchgeführt. Denkbar sind aber auch weitere geeignete Abtrennvorrichtungen. Je nach gewählten Edukten und Reaktionsbedingungen können die festen Komponenten nach dem Abtrennen in teilweise geklumpter oder zusammengebackener Form vorliegen. Das Verfahren sieht daher in Schritt d) zur Erleichterung und Verbesserung der weiteren Aufarbeitung ein Zerkleinern der festen Komponenten vor. Dazu kann die Masse in bekannter Weise zermahlen werden, wodurch wieder die ursprünglichen, feinen Partikel entstehen. Von dem so erhaltenen pulverförmigen Gemisch der festen Komponenten wird im letzten Schritt des Verfahrens wenigstens eine erste, wenigstens Magnetit umfassende Komponente von wenigstens einer zweiten Komponente abgetrennt. Dadurch wird die Zerlegung von Rotschlamm in Eisenerz und einen eisenarmen Restmineralstock erreicht und eine umfassende Verwertung der verschiedenen Rotschlamm-Komponenten ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Schritt b) des Verfahrens die Luftzufuhr so kontrolliert wird, dass die Reaktion unter unterstöchiometrischen Bedingungen verläuft. Auf diese Weise erhält man zusammen mit der Verwendung von Pflanzenölen und/oder Fetten und/oder Kohle als Reduktionsmittel in vorteilhafter Weise eine Erzeugung zusätzlicher Wertstoffe. Die so gewählten Reaktionsbedingungen führen zu einem der Erzeugung von Holzgas ähnlichen Reaktionsverlauf und liefern verschiedene nutzbare Verbindungen wie elementaren Kohlenstoff, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Methan, Ethen, Wasserstoff und Wasserdampf. Der entstehende elementare Kohlenstoff dient in vorteilhafter Weise als zusätzliches Reduktionsmittel und beschleunigt die Reaktion. Zudem lässt sich durch Kontrolle der Sauerstoffzufuhr auf einfache und kostengünstige Weise eine Kontrollmöglichkeit der Reaktionstemperatur verwirklichen. Die zusätzlich entstehenden Wertstoffe können in bekannter Weise abgetrennt und weiteren Verwendungszwecken zugeführt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der vorbestimmte Temperaturbereich in Schritt b) des Verfahrens mindestens 650 °C und/oder höchstens 1000°C beträgt. Das Durchführen der Reaktion im genannten Temperaturbereich stellt dabei in vorteilhafter Weise sicher, dass die Reaktionsbedingungen in Abhängigkeit der Beschaffenheit und Anforderungen des verwendeten Reduktionsmittels gewählt werden können, wodurch eine variable, einfache und kostensenkende Möglichkeit zur optimalen Prozessführung gewährleistet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Schritt b) des Verfahrens entstehende Verbrennungsgase in das
Reaktionsgemisch zurückgeführt werden. Da bei der Reaktion neben Kohlenstoffdioxid verschiedene weiter oxidierbare Kohlenwasserstoffverbindungen wie Methan oder Ethen entstehen, ermöglicht eine Rückführung dieser Gase in den Reaktionsraum eine vollständige Oxidation und damit eine optimale Ausbeute an thermischer Prozessenergie.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die in Schritt b) des Verfahrens rückgeführten Verbrennungsgase wenigstens Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff umfassen. Jede der beiden Verbindungen wirkt dabei als zusätzliches Reduktionsmittel. Die Verbrennungsgasrückführung sorgt damit für eine vollständige Verwertung der nutzbaren Reaktionsprodukte und Reaktionsenergie einerseits wie auch für eine beschleunigte Umwandlung von Hämatit und/oder Goethit in Magnetit andererseits. Zudem wird aufgrund des verringerten Bedarfs an Reduktionsmittel eine weitere Kostensenkung erzielt. Die Verbrennungsgasrückführung ermöglicht so in vorteilhafter Weise eine schnellere, günstigere und ökologisch optimierte Prozessgestaltung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren vor Schritt c) einen zusätzlichen Schritt f) umfasst, in welchem die Luftzufuhr für ein zu bestimmendes Zeitintervall so kontrolliert wird, dass die Reaktion unter stöchiometrischen und/oder überstöchiomethschen Bedingungen verläuft. Dies ist insbesondere gegen Ende der Reaktion vorteilhaft, da durch das Zuführen einer stöchiometrischen bzw. überstöchiomethschen Sauerstoffmenge unvollständig oxidierte Verbindungen wie beispielsweise elementarer Kohlenstoff oder aus der Verbrennungsgasrückführung stammende Verbindungen wie Kohlenmonoxid vollständig verbrannt werden. Auf diese Weise kann neben der Nutzung der maximal gewinnbaren thermischen Energie auch eine vollständige Reduktion der Eisen(lll)-Verbindungen erzielt werden. Die überstöchiomethsche Reaktionsführung erlaubt zudem die Überführung aller im Rotschlamm vorhandenen Hydroxide in entsprechende Oxide und erreicht dadurch eine drastische Senkung der Basizität des stark alkalischen Rotschlamms, welche ihrerseits eines der Hauptprobleme der Rotschlamm-Verwertung darstellt. Somit wird auch die anschließende Ab- bzw. Auftrennung der festen Komponenten erleichtert, da die feste Phase nur noch gut handhabbare Oxide oder Silikate umfasst. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Schritt e) des Verfahrens das Verwenden eines Magnetabscheiders umfasst. Durch die Reduktion der unmagnetischen Verbindungen Hämatit und/oder Goethit zum stark ferromagnetischen Magnetit ist die Verwendung einer Vorrichtung, die diese physikalische Eigenschaft zur Auftrennung verwendet, von besonderem Vorteil. Die Konzentration an reinem Magnetit liegt in einem auf diese Art abgetrennten Erz mit mindestens 90 % etwa doppelt so hoch wie in qualitativ hochwertigem Naturerz. Mit Hilfe eines Magnetabscheiders kann so eine technisch besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit geschaffen werden, den Rotschlamm praktisch quantitativ in qualitativ hochwertiges, magnetisierbares Eisenerz und in nicht-eisenhaltige Komponenten aufzutrennen. Denkbar ist allerdings auch die Verwendung alternativer oder zusätzlicher Trennverfahren, die sich anderer physikalischer oder chemischer Unterschiede der zu trennenden Verbindungen bedienen wie beispielsweise Flotationstrennverfahren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Schritt a) dem Rotschlamm und dem Reduktionsmittel zusätzlich wenigstens eine weitere, wenigstens Calciumcarbonat umfassende Komponente zugemischt wird. Das Calciumcarbonat kann dabei in vorteilhafter Weise in Form von Kalkstein eingebracht werden und dient als Reaktionsförderer. Es ermöglicht damit unter Verwendung eines kostengünstigen Ausgangsmaterials eine vollständigere und schnellere Reaktionsdurchführung, wodurch weitere Einsparungen für den Gesamtprozess erzielbar sind. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite, in Schritt e) des Verfahrens abgetrennte Komponente wenigstens einen Zementzuschlagstoff umfasst. Als Zementzuschlagstoff eignet sich dabei insbesondere der eisenarme Restmineralstock. Ohne das Abtrennen der eisenhaltigen Komponente könnte Rotschlamm nicht für diesen Zweck verwendet werden, da es durch den hohen Eisengehalt zu komplexen Reaktionen käme, die als Rostbildung bezeichnet werden. Insbesondere in Kombination mit einem zusätzlichen Zumischen von Calciumcarbonat in Schritt a) des Verfahrens wird somit die Mineralbildung gefördert und man erhält einen hydraulischen Zement, der aufgrund seiner hohen Festigkeit und Dauerhaftigkeit als eines der wichtigsten Bindemittel in der Bauindustrie Verwendung findet. Denkbar ist allerdings auch das nachträgliche oder zusätzliche Hinzufügen eines bestimmten Masseanteils an Calziumcarbonat bzw. Kalkstein, wobei eine Endkonzentration von etwa 10 % (w/w) sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zementzuschlagstoff Siliziumdioxid und/oder Silikate und/oder Alumosilikate umfasst. Dadurch können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Rotschlamm praktisch alle Mineralien gewonnen werden, die für die besonderen Eigenschaften von Zement von entscheidender Bedeutung sind. Portlandzement besteht beispielsweise aus cirka 58 bis 66 % Calciumoxid (CaO), 18 bis 26 % Siliziumdioxid (SiO2), 4 bis 10 % Aluminiumoxid (AI2O3) und 2 bis 5 % Eisenoxid (Fe2O3). Beim Herstellungsverfahren von Zement bilden sich aus diesen Hauptbestandteilen vor allem Di- bzw. Tricalciumsilikat (2 / 3 CaOxSiO2), Tetracalciumaluminatferrit (4 CaOxAI2O3X Fe2O3) und Tricalciumaluminat (3 CaOxAI2O3). Durch die Beimischung weiterer Verbindungen zum Zementzuschlagstoff können darüber hinaus die chemischen und physikalischen Eigenschaften des herzustellenden Zements gezielt beeinflusst werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit eine umfassende Verwertung sämtlicher Rotschlamm-Komponenten erreicht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen mehrerer Ausführungsbeispiele.
Beispiel 1 :
Rotschlamm mit einem Wassergehalt von etwa 30 % wird in einem Quarzglasgefäß mit Rapsöl im Gewichtsverhältnis von 2:1 bis 10:1 vermischt. Die Reduktion der Eisen(lll)-Verbindungen wird durch Entzünden des Rapsöls gestartet. Das Ende der Reaktion kann durch die Farbänderung von rot (Fe2O3) nach schwarz (Fe3O4) ermittelt werden. Gegebenenfalls durch weitere Zugabe von Rapsöl eine vollständige Umwandlung der Eisen(lll)-Verbindungen erreicht werden. Nach dem Abkühlen wird die feste, schwarz-gelbliche Phase zunächst durch Filtration von eventuell vorhandenen flüssigen Restkomponenten abgetrennt. Die so erhaltenen, zusammengebackenen Teilchen werden in einer Mühle zerkleinert und nach dem Mahlen mit Hilfe eines Magnetabscheiders in Magnetit und unmagnetische Zementrohstoffe (Silikate und Sand) aufgetrennt.
Beispiel 2:
Rotschlamm aus Bauxitaufschluss enthält Eisenoxide/-hydroxide in Form der Mineralien Hämatit Fe2O3 und Goethit FeO(OH) in 42-50 % (w/w), Tonmineralien der Alumosilikatgruppe mit über 30 % (w/w), SiO2 in Mengen zwischen 5-10 % (w/w) und Kalk aus der Rückgewinnung von Natronlauge in 3-5 % (w/w). Der Wassergehalt von Rotschlamm beträgt üblicherweise zwischen 25-40 % (v/w). Dieses Mineralgemisch wird mit Abfallfetten bzw. Abfall-Pflanzenölen wie beispielsweise Frittierölen in einem Mischer ohne Wärmezufuhr homogen durchmischt. Der zugeführte Anteil an Pflanzenöl bzw. Pflanzenfett sollte mindestens 20 % (w/w) betragen, um eine selbsttragende Verbrennung zu gewährleisten.
Anschließend wird die pastöse Rotschlamm-Masse über eine Transportschnecke in eine Pelletpresse geführt, in welcher Pellets zur Verbrennung hergestellt werden, wobei durch das Pressen eine Verringerung der wässrigen Bestandteile eintritt. Die Pellets werden nach weiterer Trocknung mit Restwärme zu einem Pelletofen transportiert und dort unter kontrollierter Sauerstoffzufuhr verbrannt. Dabei wird zunächst für eine Zeitdauer von 10-20 min mit Luft bzw. Sauerstoffüberschuss gearbeitet, wobei Brenntemperaturen von etwa 900-1000°C erreicht werden. Unter diesen Bedingungen werden verschiedene im Rotschlamm enthaltenen Stoffe oxidiert, wobei teilweise schon eine Reduktion von Hämatit zu Magnetit beobachtet wird, weil der Sauerstoffzutritt zum Inneren der Pellets behindert ist. Anschließend wird die Luftzufuhr reduziert, so dass die Reaktionen unter unterstöchiomethschen Bedingungen ablaufen. Die Reaktionstemperatur kann dadurch bis auf ca. 650 °C absinken, wodurch parallel eine Pyrolyse der noch vorhandenen organischen Bestandteile eintritt und CO2, H2 und CO entstehen lässt. Zusätzliches CO wird in weiterer Reaktion durch die Boudouard-Reaktion aus CO2 und entstandenem freien Kohlenstoff gebildet. Ab diesem Schritt werden die Verbrennungsgase in den Ofen zurückgeführt, um die reduzierende Wirkung insbesondere der Gase H2 und CO für die Überführung von Hämatit in Magnetit sicherzustellen. Eine alternierende Fahrweise mit unter- bzw. überstöchiometrischer Luftzufuhr hat sich dabei als vorteilhaft gezeigt, um die Bildung von zu viel Kohlenstoff und damit die Bildung von Eisenkarbiden zu vermeiden. Das Ergebnis des Verfahrens hängt von den Betriebsparametern, der Zusammensetzung des Rotschlamms, dem Masseanteil und der Art des Pflanzenöls, der Reaktionstemperatur und der Steuerung der Luftzufuhr ab. Schon in der einfachsten Ausführung des Verfahrens mit dauerndem Luftüberschuss werden nach Laborergebnissen bis zu 75 % Magnetit und 8 % Ilmenit im abgetrennten magnetischem Mineral gefunden.
Das reduzierte feine Pulver wird im Anschluss an die Reduktion in eine Kühltrommel mit Wärmetauscher transportiert und in der nächsten Stufe nach ausreichender Abkühlung einem Magnetabscheider zugeführt. Dieser trennt die Komponenten Magnetit und Ilmenit (Eisentitanerz) aufgrund ihrer starken magnetischen Eigenschaften ab.
Es verbleiben unmagnetische Tonmineralien, Quarz und Kalk sowie geringe Mengen an unmagnetischem Eisenerz. Die Tonmineralien können als Zementzuschlag eingesetzt werden, da ihre chemische Zusammensetzung den in Zement vorkommenden Stoffen weitgehend entspricht und sogenannter Eisenzement hergestellt werden kann. Durch Zugabe von weiterem Branntkalk kann der hydraulische Charakter des Zementzuschlags auf den jeweiligen Bedarf abgestimmt werden. Darüber hinaus ist der unmagnetische Mineralrest wegen der Tonmineralien, des Kalkgehaltes und des Eisengehaltes als Wasserhalter, Bodenverbesserer oder Mineraldünger verwendbar.
Beispiel 3:
Die allgemeine Durchführung des Verfahrens entspricht der im vorherigen
Ausführungsbeispiel geschilderten. Anstelle eines Pflanzenöls bzw. eines Fetts werden dem Rotschlamm als Reduktionsmittel jedoch fester Pressrückstand aus der Pflanzenöl-Gewinnung oder Holzspäne in der Größenordnung bis 20 % (w/w) zugesetzt. Dieser organische Zusatz wird verbrannt und führt dazu, dass nur bei hohem Luftüberschuss eine vollständige Oxidation stattfindet. Unter nahstöchiomethschen Bedingungen findet dagegen eine Reduktion der Eisenerze zu Magnetit auf einen Anteil von mindestens 75 % statt. Bei Luftunterschuss entstehen Verkokungsprodukte. Ein zu hoher Kohlenstoff-Anteil führt - wie bereits erwähnt - zur Bildung unmagnetischer Karbide des Eisens, wie sich an einer Verringerung der magnetisch abtrennbaren Menge von Rotschlamm- Mineralgemisch zeigt.
Beispiel 4:
Das bereits aus den vorherigen Ausführungsbeispielen bekannte Verfahren wird im vorliegenden Fall mit Kohlenstaub als Reduktionsmittel durchgeführt. Zur Durchführung wird Rotschlamm in einem Vormischer mit 3-20 % (w/w) Kohlenstaub vermischt und über eine mit Abwärme vorgeheizte Trocknungsstrecke zu einem Drehrohrofen geführt. Die Redoxreaktionen erfolgen in diesem Ofen kontinuierlich wahlweise mit oder ohne Hilfe eines Stützfeuers. Derzeit übliche Alumina-Fabriken verfügen über Kalzinierungsöfen mit Kapazitäten bis zu 8000 t pro Tag. Diese Technologie kann hier ohne große Modifikation eingesetzt werden.
Die Prozessführung wird vorteilhafterweise allotherm gestaltet, da gleichzeitig sowohl stark exotherme Reaktionen wie die Oxidierung des Kohlenstoffs (C+O2 ->
CO2) als auch endotherme Reaktionen wie die Bildung von Kohlenmonoxid gemäß der Boudouard-Reaktion (2 CO <- C + CO2) stattfinden. Die Reduzierung der
Eisen(lll)-Verbindungen zu Magnetit beträgt unter diesen Bedingungen mindestens 75 %, kann aber durch fachübliche Maßnahmen leicht bis 90% und mehr gesteigert werden.
Das reduzierte feine Pulver wird im Anschluss in eine Kühltrommel mit Wärmetauscher transportiert und in der nächsten Stufe nach ausreichender Abkühlung einem Magnetabscheider zugeführt. Dieser trennt die Komponenten Magnetit und Ilmenit (Eisentitanerz) aufgrund ihrer starken magnetischen Eigenschaften vom nichtmagnetischen Restmineralstock ab, welcher im Wesentlichen unmagnetische Tonmineralien, Quarz, Kalk sowie geringe Mengen an unmagnetischem Eisenerz umfasst.
Die Tonmineralien können als Zementzuschlag eingesetzt werden, da ihre chemische Zusammensetzung den in Zement vorkommenden Stoffen weitgehend entspricht und somit sogenannter Eisenzement hergestellt werden kann. Durch Zugabe von weiterem Branntkalk kann der hydraulische Charakter des Zementzuschlags auf den jeweiligen Bedarf abgestimmt werden. Darüber hinaus kann der unmagnetische Mineralrest wegen der Tonmineralien als Wasserhalter bzw. aufgrund des Kalk- und Eisengehaltes als Bodenverbesserer bzw. Mineraldünger verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung von Magnetit mittels Rotschlamm, welcher durch das zur Aluminiumherstellung verwendete Bayer- Verfahren hergestellt wird, wobei das Verfahren wenigstens die Reduktion von Hämatit und/oder
Goethit zu Magnetit mit wenigstens einem Reduktionsmittel umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel wenigstens ein Pflanzenöl und/oder ein Fett und/oder Kohle umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Pflanzenöl ein Palmöl und/oder ein Sojaöl und/oder ein Rapsöl verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, durch folgende Schritte gekennzeichnet: a) Vermischen des Rotschlamms mit dem Reduktionsmittel; b) Verbrennen des Reaktionsgemischs unter kontrollierter Luftzufuhr während eines vorbestimmten Zeitintervalls in einem vorbestimmten
Temperaturbereich; c) Abtrennen der festen Komponenten vom Reaktionsgemisch; d) Zerkleinern der festen Komponenten; und e) Abtrennen wenigstens einer ersten, wenigstens Magnetit umfassenden Komponente von wenigstens einer zweiten festen
Komponente.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Luftzufuhr so kontrolliert wird, dass die Reaktion unter unterstöchiomethschen Bedingungen verläuft.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Temperaturbereich in Schritt b) mindestens 650 °C und/oder höchstens 1000°C beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) entstehende Verbrennungsgase in das Reaktionsgemisch zurückgeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die rückgeführten Verbrennungsgase wenigstens Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff umfassen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt c) in einem zusätzlichen Schritt f) die Luftzufuhr für ein zu bestimmendes Zeitintervall so kontrolliert wird, dass die Reaktion unter stöchiometrischen und/oder überstöchiomethschen Bedingungen verläuft.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt e) das Verwenden eines Magnetabscheiders umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) dem Rotschlamm und dem Reduktionsmittel zusätzlich wenigstens eine weitere, wenigstens Calciumcarbonat umfassende
Komponente zugemischt wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, in Schritt e) abgetrennte Komponente wenigstens einen
Zementzuschlagstoff umfasst.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zementzuschlagstoff Siliziumdioxid und/oder Silikate und/oder
Alumosilikate umfasst.
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EUROPÄISCHE KOMMISSION: "Staatliche Beihilfe N 685/2002 - Deutschland; Mineralölsteuerbefreiung für Biokraftstoffe", 6 April 2004 (2004-04-06), pages 1 - 8, XP055006540, Retrieved from the Internet <URL:http://ec.europa.eu/eu_law/state_aids/comp-2002/n685-02.pdf> [retrieved on 20110908] *

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