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

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die ausgekoppelten Rückstände einer stoffgeführten Veredelungskette zur stofflichen Nutzung von Braunkohle charakterisiert, welche aus den Wandlungsstufen Extraktion mit Toluol, Niedertemperaturkonversion (katalytische Pyrolyse und Reaktivextraktion mit superkritischen Lösungsmitteln) und Vergasung besteht. Schwerpunktmäßig wurde die Vergasungsreaktivität der Rückstände untersucht, da sie in der letzten Prozessstufe der Vergasung zugeführt werden. Die Variabilität der Reaktivität der Ausgangsstoffe diente hierzu als Maßstab zur Bewertung der Vergasungsreaktivität der Rückstände der Prozesskette. Im Rahmen der Charakterisierung wurden charakteristische Stoffeigenschaften identifiziert, welche die Vergasungsreaktivität der betrachteten Rohstoffe primär beeinflussen. Dazu zählen die Aromatizität und die Aschezusammensetzung. Auf dieser Basis wurden die Rückstände der Prozesskette bewertet und interpretiert. Es wurden verschiedene experimentelle Methoden (zwei Thermowaagen und ein Festbettverssuchstand) verwendet und gegenseitig validiert. Daneben wurde geprüft, ob die Reaktivität einer Mischung, bestehend aus den Rückständen der Prozesskette, aus den Reaktivitäten der Einzelkomponenten vorausberechnet werden kann und drei Grenzfälle abgeleitet. Basierend auf den im Rahmen der Arbeit generierten konsistenten Datensätzen wurde ein halbempirisches Modell zur Vorausberechnung der Vergasungsreaktivität von Braunkohlen und deren Veredelungsprodukten hergeleitet. Das Modell berücksichtigt die Zusammensetzung der organischen Substanz sowie die Zusammensetzung der anorganischen Substanz einer Kohleprobe und wurde unter Einbezug weiterer Kohleproben erfolgreich validiert.