DE3008823A1

DE3008823A1 - Verfahren zum agglomerieren von kohlenstoffhaltigem feinmaterial

Info

Publication number: DE3008823A1
Application number: DE19803008823
Authority: DE
Inventors: Mehmet Adnan Goksel
Original assignee: University of Michigan
Current assignee: University of Michigan
Priority date: 1979-03-08
Filing date: 1980-03-07
Publication date: 1980-09-25
Also published as: AU5603680A; FR2450879A1; GB2044293A; IT8020449A0; US4219519A; BR8001413A; CA1124071A; IT1150008B; SE8001815L; GB2044293B; JPS568492A; SE440229B; AU527291B2; IT8020449A1; FR2450879B1; DE3008823C2; ZA801355B

Description

Die Erfindung betrifft die Agglomeration von kohlenstoffhaltigem Feinmaterial bzw. Grus, sie betrifft insbesondere ein Verfahren zum Agglomerieren von kohlenstoffhaltigem Feinmaterial bzw. Grus mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als etwa 6,7 mm (-3 mesh) zu gehärteten, hochfesten Klumpen.

Der hier verwendete Ausdruck "kohlenstoffhaltiges Feinmaterial bzw. Grus" steht für feine Teilchen aus Koks oder Gruskoks, Steinkohle (Fettkohle), Anthrazitkohle (Glanzkohle), Braunkohle (Lignit), Steinkohle- und Anthrazitkohlekoks, Braunkohlekoks, Holzkohle und dgl., die mehr als 50 Gew.-% Kohlenstoff enthalten. Der Ausdruck "kohlenstoffhaltiges Feinmaterial bzw. Grus" umfaßt auch Gemische aus zwei oder mehr dieser Materialien.

Während der Herstellung, Handhabung und des Transports von Koks entstehen beträchtliche Mengen an Feinmaterial bzw. Grus. Material mit einer Teilchengröße von mehr als etwa 6,35 mm (1/4 inch) kann für verschiedene Zwecke verwendet werden, beispielsweise in Beschickungen für Kupolofen, Hochöfen und dgl. für die Stahlherstellung. Feinmaterial oder Grus mit einer geringeren Teilchengröße ist jedoch für diese Verwendung nicht akzeptabel und wird daher in der Regel entweder zu einem wesentlich erniedrigten Preis für weniger kosteneffaktive Verwendungszwecke verkauft oder als Abfall verworfen.

Auf diese Weise entstehen beträchtliche Mengen an Steinkoh-

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χ-

le- und Anthrazitkohle-Feinmaterial bzw. -Grus und Braunkohle-Feinmaterial bzw. -Grus, dessen Verwendung bisher beschränkt ist aufgrund der Schwierigkeiten, die mit seiner Handhabung, seinem Transport und dgl. verbunden sind. Nicht-verkokbare Steinkohle- und Anthrazitkohlearten und Braunkohle liegen . in viel größeren Mengen vor als die spezielle Steinkohle, die für die Herstellung von Koks verwendet wird. Wenn diese Materialien auf eine erhöhte Temperatur erhitzt werden, um die flüchtigen Ifestandteile auszutreiben, liegt der dabei erhaltene Koks (Char) anstatt in der kuchenartigen Form von Koks in einer pulverartigen Form vor und seine Verwendung ist daher begrenzt. In einigen Ländern mit begrenzten Vorräten an verkokbarer Kohle wird in verschiedenen Verfahren anstelle von Koks Holzkohle verwendet. Während des Verkokungsverfahrens entstehen beträchtliche Mengen an Holzkohlefeinmaterial bzw. - grus und die Verwendbarkeit dieses Feinmaterials bzw. Gruses ist ebenso wie die des. obengenannten begrenzt.

Um die Verwendungszwecke für diese wertvollen Feinmaterialien erweitern zu können, besteht ein offensichtlicher Bedarf an einem Verfahren, mit dessen Hilfe es möglich ist, diese zu gehärteten, druckfesten Pellets, Briketts und ähnlichen Formen zu agglomerieren, die bequem gehandhabt, transportiert und für die verschiedensten Zwecke verwendet werden können einschließlich der Verwendung als Teil einer Beschickung für Stahlherstellungsverfahren. Einige dieser Feinmaterialien wurden bereits unter Verwendung von Asphalt oder Teerbindemitteln und unter Veiwendung von Hochdruckpress Briketts geformt. Die dabei erhaltenen Briketts waren jedoch sehr schwach und hatten die Neigung, während der nor ma

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len Handhabung unddes Transports zu zerfallen. In Sinterverfahren, wie sie üblicherweise für die Herstellung von gehärteten, druckfesten Mineralagglomeraten angewendet werden, werden Temperaturen angewendet, die weit oberhalb der Verbrennungstemperatur von kohlenstoffhaltigen Materialien liegen. Zum Agglomerieren undHärten von Mineralerzen und an Eisen reichen Stahlwerk-Abfallprodukten mit verhältnismäßig hohen Eigenfestigkeiten wurden bereits hydrothermische Niedertemperatur-Verfahren angewendet. Solche Verfahren sind beispielsweise in den US-Patentschriften 3 235 371, 3 770 416 und 3 895 088 beschrieben. Dieser Verfahrenstyp ist bisher jedoch noch nicht zum Agglomerieren und Härten von Materialien angewendet worden, die einen größeren Mengenanteil an verbrennbaren organischen Bestandteilen mit verhältnismäßig niedrigen Eigenfestigkeiten enthalten.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von gehärteten, druckfesten Agglomeraten aus kohlenstoffhaltigem Feinmaterial bzw. Grus zu entwickeln.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Agglomerieren von kohlenstoffhaltigem Feinmaterial bzw. Grus mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als etwa 6,7 mm (-3 mesh) zu gehärteten "hochfesten Klumpen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Stufen umfaßt:

(a) Herstellung einer angefeuchteten Mischung, die enthält einen größeren Mengenanteil an kohlenstoffhaltigem Feinmaterial (Grus), etwa 1 bis etwa 15 Gew.-% eines Bindemittels,

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ausgewählt aus den Oxiden, Hydroxiden und Carbonaten von Calcium und Magnesium und Mischungen davon, und etwa 0,25 bis etwa 10 Gew.-% eines siliciumhaltigen Materials, das SiO₂ enthält, das für die Umsetzung mit dem Bindemittel unter Bildung von Silikat- oder Hydrosilikatbindungen damit verfügbar ist, wobei die vorstehend angegebenen Mengen in Gew.-% auf das Gesamtgewicht der Trockenfeststoffe in der Mischung bezogen sind;

(b) Stehenlassen der angefeuchteten Mischung für eine Zeitspanne, die ausreicht, so daß ein beträchtlicher Anteil der freien inneren Feuchtigkeit in den Poren des kohlenstoffhaltigen Feinmaterials (Gruses) an die Oberfläche desselben wandert j

(c) Formen von diskreten Agglomeraten aus der angefeuchtete! Mischung;

(d) Trocknen der Agglomerate, um ihren Gehalt an freier Feuchtigkeit auf etwa 5 Gew.-% oder weniger zu verringern; und

(e) hydrothermisches Härten der Agglomerate durch Inkontaktbringen derselben mit Wasserdampf bei einer Temperatur von etwa 100 bis etwa 250 C für eine Zeitspanne, die ausreicht, um aus ihnen gehärtete und integral gebundene Klumpen zu formen.

Die hier angegebenen Teilchengrößen in "mesh" sind auf den U.S. Bureau-Standard bezogen.

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Die Druckfestigkeit der gehärteten Agglomerate kann weiter erhöht werden durch Trocknen derselben nach Durchführung der Härtungsstufe, um praktisch die gesamte freie Feuchtigkeit daraus zu entfernen.

Nachfolgend werden die erfindungsgemäßen Verfahren anhand eines Beispiels näher erläutert.

Zuerst wird eine Ausgangsmischung hergestellt, indem man kohlenstoffhaltiges Feinmaterial (Grus), feinteiliges Bindemittel, feinteiliges siliciumhaltiges Material und eine für die Bildung eines angefeuchteten Materials, das zu diskreten Agglomeratklumpen geformt werden kann, ausreichende Menge Wasser gründlich miteinander mischt, Gewünschtenfalls können die festen Bestandteile der Ausgangsmischung in trockener Form miteinander gemischt und dann angefeuchtet oder gemeinsam mit Wasser versetzt und gemischt werden zur Herstellung einer homogenen Dispersion.

Zu brauchbaren Bindemitteln gehören die Oxide, Hydroxide und Carbonate von Calcium und Magnesium und Mischungen davon, wobei gebrannter Kalk (CaO) und gelöschter Kalk (Ca-(OH)₂) bevorzugt sind. Die verwendete Bindemittelmenge beträgt etwa 1 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesaratgewicht der trockenen Feststoffe. Wenn weniger als etwa 1 Gew.-% Bindemittel verwendet wird, weisen die dabei erhaltenen gehärteten Agglomerate eine für die Handhabung oder den Transport nicht mehr akzeptable niedrige Druckbeständigkeit oder Druckfestigkeit auf. Andererseits führen Bindemitte lmengen von mehr als etwa 15 Gew.-% nicht zu einer

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merklichen Zunahme der Druckfestigkeit der gehärteten Agglomerate und sie setzen in unerwünschter Weise (durch Verdünnung) ihren Kohlenstoffgehalt herab. Die in der Ausgangsmischung bevorzugt verwendete Bindemittelmenge beträgt etwa 3 bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Feststoffe.

Als siliciumhaltiges Material kann jedes beliebige in der Natur vorkommende oder synthetische siliciumhaltige Material verwendet werden, das SiO- enthält, das für die Umsetzung mit demBindemittel unter Bildung von Silikat- oder Hydrosilikatbindungen damit unter den Bedingungen der hydrotha?· mischen Härtungsstufe verfügbar ist. Zu repräsentativen Beispielen für verwendbare siliciumhaltige Materialien gehören feingemahlener Quarz, Siliciumdioxidsand, Bentonit, Diatomeenerde, Fuller-Erde, Natrium-, Calcium-, Magnesium- und Aluminiumsilikate, pyrogenes Siliciumdioxid, verschiedene hydratisierte Siliciuradioxidarten und Mischungen davon, unter diesen sind feingemahlener Quarz und Siliciumdioxidsand bevorzugt. Die der Ausgangsmischung zugesetzte Menge an siIbiumhaltigern Material kann etwa 0,25 bis etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Feststoffe, betragen. Wenn Mengen an siliciumhaltigem Material von weniger als etwa 0,25 Gew.-% verwendet werden, können innerhalb praktisch vernünftiger Aushärtungszeiten gehärtete Agglomerate mit Druckfestigkeiten von etwa 56,8 kg (125 lbs) oder höher im allgemeinen nicht erhalten werden. Andererseits führen •Mengen von mehr als etwa 10 Gew.-% zu keiner merklichen Erhöhung der Druckfestigkeit und sie können in unerwünschte

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Weise den Kohlenstoffgehalt (durch Verdünnung) verringern.

Die der Ausgangsmischung zugesetzte Wassermenge variiert in Abhängigkeit von dem jeweils angewendeten Agglomerie- rungsyerfahren. Wenn beispielsweise ein Pelletisierungs- verfahren unter Verwendung einer Trommel oder Scheibe zur Bildung von kugelförmigen Pellets angewendet wird, sollte die Gesamtmenge an Wasser in der angefeuchteten Ausgangsmischung im allgemeinen innerhalb des Bereiches von etwa 10 bis etwa 20 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 15 bis etwa 17 Gew.-%,liegen. Wenn andererseits eine Brikettierungspresse verwendet wird, sollte die Wassermenge in der angefeuchteten Ausgangsmischung im allgemeinen etwa 5 bis etwa 15 Gew.-%, vorzugsweise etwa 8 bis etwa 10 Gew.-%,betragen.

Die durchschnittliche Teilchengröße des kohlenstoffhaltigen Feinmaterials (Gruses) sollte weniger als etwa 6,7 mm (-3 mesh) betragen und sie liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,074 bis etwa 0,037 mm (200 400 mesh). Im allgemeinen beträgt die durchschnittliche Teilchengröße des Bindemittels und des siliciumhaltigen Materials etwa 0,074 bis etwa 0,037 mm (200-400 mesh). Vorzugsweise hat mindestens die Hälfte sämtlicher fester Materialien in der Ausgangsmischung eine Teilchengröße von weniger als etwa 0,044 tnm (325 mesh) im Durchschnitt.

Kohlenstoffhaltige Feinteile (Grus) weisen im allgemeinen viele kleine kapülarartige Poren oder Hohlräume auf. Während des Mischens wird das Wasser in diesen Poren oder Hohlräumen absorbiert. Diese freie innere Feuchtigkeit wird wäh-

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rend der hydrothermischen Härtungsstufe in Wasserdampf über führt, was zu einer beträchtlichen Verminderung der Druckfestigkeit der gehärteten Agglomerate und in einigen Fällen zu einem Reißen oder Bersten führt, wenn übermäßige Mengen in den Poren oder Hohlräumen vorhanden sind. Dieses Problem wird dadurch minimal gehalten, daß man die angefeuchtete Mischung vor dem Agglomerieren für eine ausreichende Zeitspanne stehen läßt, so daß ein wesentlicher Anteil der frei en inneren Feuchtigkeit in den Poren der kohlenstoffhaltigen Feinteile (Grus) an die Oberfläche wandert.

Die Zeit und die Bedingungen für die Durchführung dieser Stufe können beträchtlich variieren und hängen in erster Linie von dem jeweils verwendeten speziellen Typ der kohlenstoffhaltigen Feinteile und des verwendeten Bindemittels ab. So sind beispielsweise pyrolysierte Feinteile (Grus), wie z.B. Koksfeinteile (Gruskoks) und Steinkohlenkoksfeinteile (Grus-Steinkohlenkoks), im allgemeinen poröser als Steinkohlen- oder Anthrazitkohlenfeinteile und absorbieren mehr Feuchtigkeit. Bei Verwendung von pyrolysierten Feinteilen ist daher eine längere Standzeit erforderlich. Diese Stufe kann bei Umgebungstemperatur durchgeführt werden, weil es nicht erforderlich ist, die Feuchtigkeit aus der Mischung tatsächlich zu entfernen; die erwünschte Wanderung der überschüssigen Feuchtigkeit aus den Poren des kohlenstoffhaltigen Materials kann jedoch durch Erhitzen der angefeuchteten Mischung auf eine erhöhte Temperatur beschleunigt werden.

Wenn als Bindemittel Kalk und/oder Magnesiumoxid verwendet

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wird, reagieren sie mit der in der Mischung vorhandenen Feuchtigkeit unter Bildung von Hydraten. Diese exotherme Hydratationsreaktion beschleunigt die Wanderung der Feuchtigkeit aus den Poren der kohlenstoffhaltigen Feinteile, was zu einer Abkürzung der ohne äußeres Erhitzen erforderlichen Standzeit führt.

Als allgemeine Regel gilt, daß die angefeuchtete Mischung bei Umgebungsdruck oder etwa bei Umgebungsdruck etwa 1 bis etwa 48, vorzugsweise etwa 2 bis etwa 3 Stunden lang oder bei Umgebungsdruck oder etwa bei Umgebungsdruck und einer Temperatur von etwa 60 bis etwa 90 C stehen gelassen wird. Es können auch höhere Temperaturen und Drucke angewendet werden, sie sind jedoch weniger erwünscht wegen der höheren Betriebskosten. Wenn Kalk oder Magnesiumoxid als Bindemittel verwendet wird, wird die angefeuchtete Mischung vorzugsweise in einen geschlossenen, wärmeisolierten Behälter eingeführt, um die exotherme Hydratationsreaktion auszunutzen.

Der Ausgangsmischung können verstärkende Zusätze zugegeben werden, um die Festigkeit der gehärteten Agglomerate weiter zu erhöhen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise feinteiliges Eisenerz in Mengen bis zu etwa 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Feststoffe, zugegeben werden. Agglomerate, die sowohl kohlenstoffhaltige Feinteile als auch Eisenerzfeinteile enthalten, sind besonders geeignet für die Verwendung in einer Beschickung für ein Stahlherstellungsverfahren.

Die angefeuchtete Mischung wird danach unter Anwendung ei-

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nes konventionellen Agglomerierungsverfahrens,beispielsweise durch Formen, Brikettieren, Pelletisieren, Extrudieren und dgl., zu grünen Agglomeraten mit der für den vorgesehenen Endverwendungszweck geeigneten Größe und Gestalt geformt. Das Pelletisieren mit einer Kugelbildungsscheibe oder -trommel ist wegen der niedrigeren Betriebskosten bevorzugt. Die grünen Aggomerate werden vorzugsweise zu verhältnismäßig kompakten Formkörpern, z.B. Zylindern, Kugeln, eiförmigen Formkörpern, Kissen und dgl., geformt und sie sind im wesentlichen frei von irgendwelchen dünnen Abschnitten oder scharfen Kanten die während der Handhabung oder des Transports brechen oder zerbrechen können. Die Konfiguration der Agglomerate wird auch so gesteuert, daß sie nicht dicht gepackt werden, wenn sie gestapelt werden^und dadurch wird der Durchgang eines mit Feuchtigkeit beladenen erhitzten Fluids zwischen ihnen während der nachfolgenden hydrothermischen Härtungsstufe verhindert. Wenn sie in Form von kugelförmigen Pellets vorliegen, haben die grünen Agglomerate im allgemeinen einen Durchmesser von etwa 5 bis etwa 50 mm, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 25 mm. Wenn eine Brikettierung angewendet wird, liegen die Agglomerate vorzugsweise in Form eines Kissens oder in Eiform vor und sie haben einen Durchmesser innerhalb des Bereiches von bis zu etwa 75 mm. Gewünschtenfalls können auch größere lelllets und Briketts verwendet werden.

Zur Herstellung von gehärteten Agglomeraten mit einer akzeptablen Druckbeständigkeit oder Druckfestigkeit werden die grünen Agglomerate bis auf einen Gehalt an freier Feuch tigkeit von etwa 5 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise von

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etwa 3 Gew.-% oder weniger, vor Durchführung der hydrothermischen Härtungsstufe getrocknet. Diese Trocknung kann auf konventionelle Weise bewirkt werden, beispielsweise dadurch, daß man die grünen Pellets in einen Ofen einführt oder ein häßes Gas darüber bläst unter Anwendung von Trocknungstemperatüren bis zur Zersetzungstemperatur des kohlenstoffhaltigen Materials. Die für die Herabsetzung des Gehaltes der grünen Agglomerate an freier Feuchtigkeit auf etwa 5 Gew.-% oder weniger erforderliche Zeit hängt von der angewendeten Trocknungstemperatur, dem Feuchtigkeitsgehalt der grünen Agglomerate, dem Grad, bis zu dem der Feuchtigkeitsgehalt vermindert wird, der Größe und Gestalt der grünen Agglomerate und dgl. ab. Gewünschtenfalls können die grünen Agglomerate bis zu einem praktisch knochentrockenen Zustand getrocknet und dann mit genügend Wasser besprüht werden, um den Feuchtigkeitsgehalt auf den gewünschten Wert zu bringen.

Nachdem die grünen Agglomerate teilweise oder vollständig getrocknet worden sind, werden sie in eine Reaktionskammer oder in ein Druckgefäß eingeführt, beispielsweise in einen Autoklaven, in dem sie in Gegenwart von Feuchtigkeit auf eine erhöhte Temperatur erhitzt werden, um eine Härtung und Bindung der einzelnen Teilchen zu einer integralen hochfesten Masse (Klumpen) zu bewirken. Die Druckfestigkeit der in dieser hydrothermischen Härtungsstufe gebildeten gehärteten Agglomarate hängt bis zu einem gewissen Grade von der angewendeten Temperatur, der angewendeten Zeit und dem Feuchtigkeitsgehalt der verwendeten Atmosphäre ab.

Die Einwirkung von Wärme auf die grünen Agglomerate kann

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-X-

nach irgendeinem einer Reihe von Verfahren erzielt werden. Die Verwendung von Wasserdampf ist bevorzugt, weil er gleichzeitig eine Quelle für dieWärme und die Feuchtigkeit darstellt, die für die hydrothermische Reaktion erforderlich sind· Es kann entweder gesättigter Wasserdampf oder praktisch gesättigter Wasserdampf verwendet werden. Überhitzter Wasserdampf neigt zur Bildung von gehärteten Agglomeraten mit verminderten Festigkeiten. Daher ist Wasserdampf bei Temperaturen und Drucken bei oder in der Nähe derjenigen gesättigtem Wasserdampf bevorzugt. Zur Erzielung der gewünschten Härtung der grünen Agglomerate innerhalb eines vernünftigen Zeitraumes können Temperaturen, die im allgemeinen innerhalb des Bereiches von etwa 100 bis etwa 25O°C, vorzugsweise von etwa 200 bis etwa 225°C liegen, mit Erfolg angewendet werden.

Autoklavendrucke, die wesentlich oberhalb Atmosphärendruck liegen, sind bevorzugt zur Verkürzung dir Härtungszeit und zur Verbesserung der Festigkeit der erhaltenen gehärteten Agglomerate. Im allgemeinen schreiben wirtschaftliche Bedingungen vor, daß der maximale Druck etwa 35 bar nicht übersteigen sollte und ein Druck von etwa 10 bis etwa 25 bar ist bevorzugt.

Die Verweilzeit der Agglomerate in der Reaktionskammer oder in dem Druckgefäß hängt von mehreren Verfahrensvariablen, beispielsweise dem Druck, der Temperatur und der Atmosphäre der Kammer, der Zusammensetzung der Agglomerate und dgl. ab. In jedem Falle muß diese Zeit ausreichen, um eine Härtung und ein Verbinden der einzelnen Teilchen zur Erzielung

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- γί.

eines gehärteten hochfesten Zustandes zu erreichen. Wenn höhere Temperaturen und Drucke angewendet werden, beträgt die Zeit für die hydrothermische Härtungsstufe im allgemeinen etwa 5 Minuten bis etwa δ Stunden, vorzugsweise etwas 30 bis etwa 60 Minuten·

Die gehärteten Agglomerate werden aus der Reaktionskatnrner entfernt und sind nach dem Abkühlen gebrauchsfertig. Die heißen, gehärteten Agglomerate enthalten in der Regel bis

zu etwa 1,5 6ew.-% freie Feuchtigkeit und sie haben Druckfestigkeitseigenschaften, die für die meisten Verwendungszwecke geeignet sind. Die Druckfestigkeit der gehärteten Agglomerate kann durch schnelles Trocknen derselben, vorzugsweise unmittelbar nach der Herausnahme aus der Reaktionskammer und bevor eine merkliche Kühlung aufgetreten ist, um praktisch die gesamte freie Feuchtigkeit daraus zu entfernen, beträchtlich erhöht werden. Diese Trocknung kann auf irgendeine geeignete Weise erzielt werden, beispielsweise dadurch, daß man die heißen, gehärteten Agglo-

_} merate in einen Ofen einführt oder ein heißes Gas darüber bläst. Im allgemeinen kann für diese Nachhärtungs-Trocknungsstufe eine Temperatur von etwa 100 bis etwa 350 C, vorzugsweise von etwa 150 bis etwa 250 C, angewendet werden.

Das nachfolgende Beispiel soll eine bevorzugte spezifische Ausführungsform der Erfindung näher erläutern, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindurg keineswegs darauf beschränkt ist.

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Beispiel

Es wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt zur Bestimmung der Druckbeständigkeit und der Druckfestigkeit von gehärteten Agglomeraten, die aus Koksfeinteilen einer Teilchengröße von weniger als 0,074 mm (-200 mesh) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden waren. In diesen Versuchen wurden in der Ausgangsmischung variierende Mengen an CaO, Si0„ und Wasser verwendet. Die Bestandteile wurden in einem Pfannenmischer etwa zwei Minuten lang miteinander gemischt. Die dabei erhaltene Mischung wurde in einen geschlossenen Behälter eingeführt und zwei Stunden lang bei 80 C aufbewahrt. Aus den Mischungen wurden in einer konventionellen Rügelbildungsvorrichtung grüne kugelförmige Pellets (einige mit einem Durchmesser von 19 mm (3/4 inch) und andere mit einem Durchmesser von 38 mm (1,5 inch)) hergestellt. Die grünen Pellets wurden durch Trocknen in einem Ofen bei einer Temperatur von etwa 110 C für einen Zeitraum von etwa 60 Minuten bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 1 Gew.-% getrocknet. Die getrockneten Pellets aus jeder Charge wurden dann in einen 5-1-Cenco-Menzel-Hochdruck-Autoklaven, der 1,5 1 siedendes Wasser enthielt, eingeführt. Der Autoklav wurde auf eine Temperatur von 215 C erhitzt und auf einen Druck von 22 bar gebracht und bei dieser Temperatur und diesem Druck gehalten. Nach verschiedenen Verweilzeiten wurden gehärtete Pellets jeder Charge aus dem Autoklaven entnommen und bei einer Temperatur von etwa 110 C etwa 30 Minuten lang in einem Ofen getrocknet, um praktisch die gesamte freie Feuchtigkeit daraus zu entfernen. Nach dem Abkühlen wurde

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die Druckfestigkeit der Pellets mit einer Dillon-Federtestvorrichtung bestimmt. Die Ergebnisse dieser Testssind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt. Ähnliche Ergebnisse wurden mit Steinkohlen-Feinteilen und Steinkohlenkoks (Gruskoks) erhalten.

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Tabelle

Druckfestigkeiten von Pellets,die variierende Mengen an Bindemittel und siliciumhaltigem Material enthielten

Versuch Zusammensetzung der Pelletgröße Druckfestigkeit in kg (lbs) bei

Nr. Ausgangsmischung in in mm (inch) verschiedenen Verweilzeiten ο Gew.-%, bezogen auf
ω die trockenen Fest-
_2 stoffe _: ι

ω CaO SiO₉ Wasser 1 Std. 3 Std. 5 Std. 6 Std. w

cd ^& o'""

S ^{X 7} 3 16,45 (3/4) 19 86,7 (191) 118,0 (260) 169,3 (373) -

J! 2 7 0 16,25 (3/4) 19 37,7 (83) 49,5 (109) 49,9 (UO) -

3 3,5 1,5 17,16 (3/4) 19 58,1 (128) 73,5 (162) 66,7 (147) -

4 3,5 1,5 17,20 (1,5) 38 132,1 (291) 162,1 (357) -. 217,9 (480)

O CD OO OO K) CO

Aus den vorstehenden Ergebnissen ist zu ersehen, daß erfindungsgemäß aus Koks-Feinteilen bzw. Koksgrus unter Anwendung eines verhältnismäßig niedrigen Druckes und einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur und einer Verweilzeit von nur 1 Stunde gehärtete Pellets mit Druckfestigkeiten von mehr als 56,8 kg (125 lbs) hergestellt werden können. Die Gegenwart von vernünftigen Mengen Kalk in den gehärteten Agglomeraten ist für viele Endverwendungszwecke nicht nachteilig) und kann in der Tat vorteilhaft sein. Kalk wird beispielsweise als Flußmittel in Stahlherstellungsverfahren, beispielsweise in Hochofen- und Kupolofenprozessen, verwendet. Auch ist Kalk ein Schwefel absorbierendes Agens, das vorteilhaft sein kann, wenn Feinteile (Grus) aus Schwefel enthaltenden Kohlearten agglomeriert und als Brennstoff verwendet werden. D.h., Schwefeldioxid, das normalerweise aus dem Gichtgas entfernt werden muß, wird an dieser Stelle der Verbrennung durch den in den Agglomeraten vorhandenen Kalk mindestens teilweise entfernt und zusammen mit den Aschen gesammelt. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können Koks-Feinteile, die aus nicht-verkokbaren Kohlearten, Braunkohle und Holz stammen, agglomeriert und als künstlicher Koks oder als raucharmer Brennstoff für generelle Zwecke verwendet werden.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

H. KINKELDEY

ORWG

W. STOCKMAIR

^V K. SCHUMANN

OR «ER MAT - CXPU-PHTS

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

7.März 1980 P 14 849

BOARD 01 CONTROL HICHIGAlT TECHNOLOGICAL UNIVERSITY Houghton, Michigan, U.S.A.

Verfahren zum Agglomerieren von kohlenstoffhaltigem Feinmaterial

Patentansprüche

1. Verfahren zum Agglomerieren von kohlenstoffhaltigem Feinmaterial bzw. Feinkohle mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als etwa 6,7 mm (-3 mesh) zu gehärteten, hochfesten Klumpen, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Stufen umfaßt:

(a) Herstellung einer angefeuchteten Mischung, die enthält einen größeren Mengenanteil des kohlenstoffhaltigen Feinmaterials, etwa 1 bis etwa 15 Gew.-% eines Bindemittels, ausgewählt aus den Oxiden, Hydroxiden und Carbonaten von

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TELEFON (OBO) 32S8S9 TELEX 06-29 380 TELEQRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

Calcium und Magnesium und Mischungen davon, und etwa 0,25 bis etwa 10 Gew.-% eines siliciumhaltigen Materials, das SiO« enthält, das für die Umsetzung mit dem Bindemittel zur Bildung von Silikat- oder Hydrosilikatbindungen damit verfügbar ist, wobei die Mengen in Gew.-% jeweils auf das Gesamtgewicht der Trockenfeststoffe in der Mischung bezogen sind;

(b) Stehenlassen der angefeuchteten Mischung für eine Zeitspanne, die ausreichend lang ist, so daß ein beträchtlicher Anteil der freien inneren Feuchtigkeit in den Poren des kohlenstoffhaltigen Feinmaterials an die Oberfläche desselben wandert j

(c) Formen von diskreten Agglomeraten aus dieser angefeuchteten Mischung;

(d) Trocknen der Agglomerate zur Herabsetzung ihres Gehaltes an freier Feuchtigkeit auf etwa 5 Gew.-% oder weniger; und

(e) hydrothermische Härtung der Agglomerate durch Inkontakt bringen derselben mit Wasserdampf bei einer Temperatur von etwa 100 bis etwa 25O°C für eine Zeitspanne, die ausreicht, um sie zu gehärteten und integral gebundenen Klumpen zu formen.

2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß e die folgende zusätzliche Stufe umfaßt:

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(f) Trocknen der gehärteten Humpen nach Durchführung der Stufe (e), um praktisch die gesamte freie Feuchtigkeit daraus zu entfernen.

3· Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Calciumoxid oder Calciumhydroxid verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung etwa 3 bis etwa 10 Gew.-% Calciumoxid oder Calciumhydroxid enthält.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung etwa 1 bis etwa Gew.-% Siliciumdioxid enthält.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (b) bei einer Temperatur von etwa 60 bis etwa 90 C für eine Zeitspanne von etwa 1 bis etwa 48 Stunden durchgeführt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (e) bei einem Wasserdampfdruck innerhalb des Bereiches von bis zu etwa 35 bar durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (e) bei einem Wasserdampfdruck von etwa 10 bis etwa 25 bar durchgeführt wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (e) bei einer Temperatur von etwa 200 Us etwa 225°C durchgeführt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt der Agglomerate an freier Feuchtigkeit in der Stufe (d) auf etwa 3 Gew,-% oder weniger verringert wird.

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