Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Bei der Herstellung von direkt reduziertem Eisen im Midrex-Direktreduktionsprozess fallen zahlreiche eisenhaltige, feinkörnige Hüttenreststoffe an. Um eine Deponierung der Reststoffe zu vermeiden wurden zwei verschiedene Varianten zur Aufbereitung dieser Reststoffe durch Brikettierung anhand von Laborversuchen erprobt und hinsichtlich ihrer resultierenden Eigenschaften bewertet. Variante I umfasst die Brikettierung der Reststoffe zum erneuten Einsatz als Ausgangsmaterial im Midrex-Direktreduktionsprozess. Variante II untersucht die Einbindung der Reststoffe bei der ohnehin stattfindenen Heißbrikettierung der reduzierten Pellets zu heiß brikettiertem Eisen (HBI). Die vorliegende Arbeit zeigt für beide Varianten, dass mit geeigneten Mischungszusammensetzungen und Brikettierbedingungen Briketts mit ausreichenden mechanischen, thermischen und metallurgischen Eigenschaften hergestellt werden können. Die zugrunde liegenden Bindemechanismen werden anhand von optischer Mikroskopie, Vickershärtebestimmungen und REM/EDX-Untersuchungen qualitativ beurteilt.:1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Direktreduktion, Midrex-Prozess und Reststoffproblematik 2.2 Agglomeration von eisenhaltigen Reststoffen und Feinerzen 2.2.1 Brikettierung von Hüttenreststoffen aus dem Midrex-Prozess 2.2.2 Brikettierung von Reststoffen aus dem Hochofen 2.2.3 Aufbauagglomeration von Feinerzen 2.2.4 Sintern von Feinerzen 2.2.5 Auswahl einer geeigneten Agglomerationsmethode 2.2.6 Anforderungen an die Briketts für den Einsatz im Midrex-Prozess 2.2.7 Anforderungen an HBI-Briketts 2.3 Zielstellung 3 Anwendungsbezogene Grundlagen 3.1 Bindemechanismen 3.2 Pressverdichtung 3.3 Bindemittel 3.3.1 Vorbemerkungen 3.3.2 Bentonit 3.3.3 Stärke und Cellulose 3.3.4 Sulfitablaugen 3.3.5 Zement 3.3.6 Löschkalk 4 Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung 4.1 Charakterisierung des Einsatzmaterials und der Bindemittel 4.1.1 Hüttenreststoffe 4.1.2 Eisenerzpellets 4.1.3 DRI-Pellets 4.1.4 Bindemittel 4.2 Brikettierung mit Bindemittel 4.2.1 Statistische Versuchsplanung 4.2.2 Mischen 4.2.3 Vorwärmen 4.2.4 Brikettieren 4.2.5 Aushärten und Lagerung 4.2.6 Mechanische und metallurgische Beurteilung der Briketts 4.3 Heißbrikettierung 4.3.1 Mischen 4.3.2 Aufheizen 4.3.3 Brikettieren 4.3.4 Beurteilung der Briketteigenschaften 4.4 Betrachtung der Bindemechanismen 5 Ergebnisse und Diskussion 5.1 Brikettierung der Reststoffmischung mit Bindemitteln (Variante I a) 5.1.1 Mechanische Eigenschaften der Briketts 5.1.2 Metallurgische Eigenschaften der Briketts 5.1.3 Chemische Eigenschaften der Reststoffbriketts mit Bindemittel 5.1.4 Zusammenfassung Brikettierung mit Bindemitteln 5.2 Heißbrikettierung der Reststoffmischung (Variante I b) 5.2.1 Einfluss der Mischungszusammensetzung 5.2.2 Einfluss der Pressbedingungen 5.2.3 Mikroskopische Betrachtung 5.2.4 Zusammenfassung Heißbrikettierung der Reststoffmischung 5.3 Gemeinsame Brikettierung der Reststoffmischung mit DRI-Pellets (Variante II) 5.3.1 Einfluss der Reststoffmischung auf die HBI Qualität 5.3.2 Einfluss der Pressbedingungen (Vorwärmtemperatur, Pressdruck) 5.3.3 Mikroskopische Betrachtung 5.3.4 Zusammenfassung Brikettierung Reststoffmischung mit DRI-Pellets 5.4 Beurteilung der Methoden zur Klärung der Bindemechanismen 5.5 Vergleichende Beurteilung der verschiedenen Verwertungsvarianten 6 Zusammenfassung und Ausblick 7 Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungs- und Symbolverzeichnis Anhang

Auf der Basis experimenteller Untersuchungen im Labor- und Technikummaßstab wurden Verfahren konzipiert, nach denen Holzhackschnitzel ohne Einsatz synthetischer Leime zu Pressformkörpern hoher Qualität verarbeitet werden können, für die es ein Nutzungspotenzial als Werk- bzw. Baustoff gibt. Wichtiger Bestandteil der neuen Verfahren sind die Zerfaserung der Hackschnitzel mit Hilfe eines Doppelschneckenzerfaserers, die Modifizierung der Holzfasern mit Weichbraunkohle und/oder Löschkalk sowie mit Kraftwerksasche und die Verpressung der modifizierten Holzfasern mit hohen oder niedrigen Pressdrücken. Als eine Schlüsselmaßnahme für die Realisierung gewünschter Produktqualitäten erwies sich die hydromechanische Aktivierung aller beteiligten Rohstoffe. Neben der Ermittlung optimaler Verfahrensparameter wurden umfangreiche Untersuchungen zur Charakterisierung bauphysikalischer Eigenschaften der Produkte durchgeführt. Um Einsatzchancen abzuschätzen, wurde eine Schätzung der Herstellungskosten vorgenommen.

Auf der Basis experimenteller Untersuchungen im Labor- und Technikummaßstab wurden Verfahren konzipiert, nach denen Holzhackschnitzel ohne Einsatz synthetischer Leime zu Pressformkörpern hoher Qualität verarbeitet werden können, für die es ein Nutzungspotenzial als Werk- bzw. Baustoff gibt. Wichtiger Bestandteil der neuen Verfahren sind die Zerfaserung der Hackschnitzel mit Hilfe eines Doppelschneckenzerfaserers, die Modifizierung der Holzfasern mit Weichbraunkohle und/oder Löschkalk sowie mit Kraftwerksasche und die Verpressung der modifizierten Holzfasern mit hohen oder niedrigen Pressdrücken. Als eine Schlüsselmaßnahme für die Realisierung gewünschter Produktqualitäten erwies sich die hydromechanische Aktivierung aller beteiligten Rohstoffe. Neben der Ermittlung optimaler Verfahrensparameter wurden umfangreiche Untersuchungen zur Charakterisierung bauphysikalischer Eigenschaften der Produkte durchgeführt. Um Einsatzchancen abzuschätzen, wurde eine Schätzung der Herstellungskosten vorgenommen.

In Ägypten überwintern in den Baumwollresten Insekten wie der rosafarbene Kapselwurm, der verschiedene Nutzpflanzen befällt. Insbesondere der Befall von Baumwolle verursacht große Verluste in Menge und Qualität der Baumwollernte, so dass die Landwirte vom Ministerium für Landwirtschaft verpflichtet worden sind, diese Reste auf dem Feld nach der Ernte sofort zu verbrennen, um diese Insekten zu töten. Unter der starken Rauchentwicklung dieser konzentrierten Verbrennungsaktion hatten vor allem Kairo und die umliegenden Regionen zu leiden, was wiederum zur Folge hatte, dass das ägyptische Umweltministerium das Verbrennen gänzlich verbot. Diese widersprüchlichen Verfügungen verunsichern die Landwirten, sie lagern diese Reste wieder oder verbrennen sie illegal. Die Technologie der Brikettierung erscheint als eine vorteilhafte Lösung für die Handhabung der Baumwollreste in Ägypten. Der Druck und die Temperatur während des Pressvorgangs vernichten den Baumwollschädling. Durch diesen Prozess kann ein billiger, lagerfähiger und umweltfreundlicher Biobrennstoff produziert werden als einen häuslichen Brennstoff für die ägyptischen ländlichen Bereiche. / In Egypt, cotton residues serve as an over wintering site for insects such as pink bollworm which develop in these residues and attack nearby or the following crops. This causes valuable losses in the quantity and the quality of the cotton crop so much, so that the farmers have been obliged by the Ministry of Agriculture to burn these residues on the field immediately after the harvest operation in order to kill these insects and to prevent growth of other disease carriers. As a result, a huge amount of harmful gases and clouds of smoke covers the sky above Cairo and the surrounding regions and has thus led to both environmental pollution and adverse effects for human health. As a result of this, the Ministry of the Environment established a law preventing the farmers burning these residues on the fields. Due to this confusion in laws, the farmers began to store these residues once again or burn them illegally on the fields. The briquetting technology appears as an advantageous solution for the handling of the cotton stalk residues in Egypt. Through this process a cheap, storable, pest controlled and environmentally friendly biofuel can be produced as a complementary domestic fuel for the Egyptian rural areas.