Die Technologie des Pelletierens von Eisenerzen wird seit Jahrzehnten angewendet. Die Grundprinzipien sind die Gleichen, aber es gibt noch Raum für Verbesserungen.
Die Experten der HAVER NIAGARA GmbH: Der Vertriebsleiter Dr. Metodi Zlatev und der Pelletierexperte Dr. Jan Lampke erläuterten diese Verbesserungen im exklusiven Experteninterview.
Wie populär ist das Pelletieren in der Eisenerzindustrie?
Der beständige Bedarf an Eisenerz führt zu der Notwendigkeit, auch minderwertige Lagerstätten abzubauen. Der verminderten Qualität der natürlichen Ressourcen stehen wirtschaftliche, ökologische und technologische Restriktionen gegenüber, die eine Aufbereitung des gewonnenen Eisenerzes erfordern. Eine Anreicherung des Eisenerzes kann durch die Abtrennung unerwünschter Bestandteile erreicht werden. Diese Anreicherung von Eisenerz stellt in der Stahlproduktion einen signifikanten Verfahrensschritt dar. Bei der Anreicherung wird der größte Teil der Nebengesteine abgetrennt. Dadurch werden Transportkosten reduziert und die Produktionsrate von Hochofen und Direktreduktionsanlage gesteigert. Da das bis zur Aufschlusskorngröße zerkleinerte und aufkonzentrierte Eisenerzkonzentrat weder transport- noch gebrauchsfähig ist, muss es agglomeriert werden. Die Aufbauagglomeration von Eisenerzkonzentrat im Pelletierteller ist daher ein unverzichtbarer Bestandteil der Aufbereitung von Eisenerz.
Wird diese Methode immer bekannter/beliebter? Und warum?
Die weltweite Roheisenproduktion entwickelte sich in den Jahren 2007 bis 2015 mit einer jährlichen Steigerung von ca. 3,5%. Die Eisenerzfördermenge im Jahr 2019 wird mit 2,850 Mrd. t angegeben, bis 2028 soll laut konservativen Prognosen eine globale Eisenerzfördermenge von 3,119 Mrd. t erreicht werden, was einem jährlichen Anstieg von nur noch 0,9 % entspricht. Demgegenüber steht eine bis 2025 erwartete Steigerung der globalen Pelletierkapazitäten von 5.5 % per annum. Diese Zahlen verdeutlichen eindrucksvoll, dass die Aufbauagglomeration im Pelletierteller nicht nur bekannter, sondern auch beliebter wird.
In den Jahren von 2005 bis 2015 konnte eine stabile weltweite Produktion von nur 56 Mio. t Eisenschwamm (DRI) beobachtet werden. Trotz vielfältiger Entwicklungen und moderner Technologien der Direktreduktionsverfahren zeigte sich noch immer eine deutliche Branchenfokussierung auf die konventionelle Hochofen-Konverter-Route. Neuste Bestrebungen zur Verringerung des weltweiten CO2-Ausstoßes zeigen jedoch eine Trendwende auf. Alleine von 2017 bis 2018 ist die globale DRI-Produktion um 11.6 % gestiegen, im Folgejahr nochmals um 7%. Moderne Direktreduktionsanlagen verwenden designte Eisenerzpellets, mit ganz speziellen Pelletgrößenverteilungen und Basizitäten. Diese können nur mit modernen Pelletiertellern wirtschaftlich sinnvoll produziert werden.
Welche Ausrüstung braucht man für die Vorbereitung des Materials für den Pelletierprozess?
Zur Anreicherung des Eisenerzes ist es notwendig, das Erz bis zur Aufschlusskorngröße zu zerkleinern und Sortierprozessen wie Magnetscheidung und Flotation zuzuführen. Das dadurch produzierte Eisenerzkonzentrat wird anschließend mit Bindemittel, z.B. Bentonit oder organischen Bindemitteln, wie Carboxymethylcellulose und Polyacrylamid vermengt.
Durch Wasseraufgabe im Pelletierteller wird ein Aufquellen des Bentonits erreicht. Dabei zerfällt das Bentonit in kleine Plättchen, welche sich mit den Eisenerzkonzentrat-Partikeln wie auch untereinander verbinden. Während des Trocknungsvorgangs der Pellets entstehen dadurch stoffliche Brücken zwischen den Eisenerzkonzentrat-Partikeln, welche die Trockenfestigkeit der Agglomerate deutlich steigern. Beim anschließenden Brennen bzw. Härten der Pellets wirken die Sodium- bzw. Kalzium-Komponenten als Fließmittel, wodurch die Schmelztemperatur der Grundsubstanz verringert und somit lokale Schmelzbrücken bei Temperaturen unterhalb der eigentlichen Schmelztemperatur des Eisenerzkonzentrates erzeugt werden. Da der Bentonit während des Agglomerationsprozesses einen Teil der Pelletierflüssigkeit bindet, stellt er ein robustes Bindemittel mit einem breiten Bereich der Einsatzgrenzen dar.
Problematisch stellt sich allerdings der Eintrag der Mineralkomponenten dar, wobei im Speziellen durch den erhöhten SiO2-Gehalt der Eisenerzkonzentrat-Pellets der Energiebedarf zur Reduktion und Schmelzung derer gesteigert wird. Zudem steigt der Anteil an auszutragender Schlacke bzw. Verunreinigung im DRI. Daher gibt es, speziell im Bereich der DR-Pellets immer intensivere Bestrebungen, dieses Bindemittel weitgehend durch organische Bindemittel zu ersetzten.
Wie entwickelt sich die Pelletiertechnologie allgemein?
Zur ressourcenschonenden Erzeugung von Roheisen und Eisenschwamm sind geeignete Pellets notwendig. Diese zeichnen sich neben metallurgischen Zielgrößen im Speziellen durch eine enge Partikelgrößenverteilung und ein hohes Rundheitsmaß aus. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass die Betriebsbedingungen des Pelletiertellers die Pelletqualität stark beeinflussen. Daher sind Pelletierteller notwendig, mit denen unsere Kunden sowohl auf sich ändernde Materialeigenschaften wie auch auf geänderte Zielgrößen des Produktes reagieren können.
Gibt es regionale Unterschiede?
Wir verzeichnen ein globales Interesse an der multidimensionalen Automatisierung unserer Pelletierteller. Der osteuropäische Markt erscheint besonders interessiert an der HAVER SCARABAEUS-Technologie.
Welche Firmen sind bereits mit Pelletiertellern ausgestattet und warum hat sich der Kunde gezielt für dem HAVER SCARABAEUS entschieden?
Metinvest und Ferrexpo sind bereits mit dem HAVER SCARABAEUS ausgestattet. Beide Unternehmen haben festgestellt, dass zur Produktion enger Partikelgrößenverteilungen für Direktreduktionsprozesse innovative Technik notwendig ist, die den Anlagenbedienern vielfältige Möglichkeiten gibt, den Pelletierprozess zu stabilisieren und ein optimales Ausbringen zu erreichen. Die moderne SCARABAEUS-Technologie, bestehend aus dem Pelletierteller HAVER SCARABAEUS, einer Partikelgrößenanalyse der Pellets mit der HAVER Momentum und das HAVER Process Management System bietet die Möglichkeit, die Erfahrung der Anlagenbediener für die Zukunft zu konservieren und mit innovativer Technologie zu optimieren. Nur so können ideale DR-Pellets produziert werden.
Welchen Service / Unterstützung bietet HAVER NIAGARA dem Kunden beim Entscheidungs- / Ausarbeitungsprozess?
HAVER & BOECKER Niagara unterstützt Sie bei der Entwicklung und Optimierung Ihrer Prozesse, Maschinen und Anlagen. In unserem Technikum stehen verschiedene Prüfgeräte zur Pelletierung zur Verfügung. Das Ziel des HAVER Process Engineering ist es, Ihre technischen Anforderungen und wirtschaftlichen Ansprüche zu erfüllen. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, sich auf den gesamten Pelletierprozess zu konzentrieren, beginnend mit der Rohstoffaufbereitung, Dosier-, Misch- und Bindemittelbehandlung. Die Kernkomponenten der Pelletierung werden im Detail fokussiert, um den notwendigen Aufwand der Endproduktklassierung, des Materialumlaufes sowie der Entstaubung zu minimieren und dabei höchsten Standards der Prozess- und Mitarbeitersicherheit sowie des Umweltschutzes zu erfüllen.
Im HAVER INSTITUT, einem An-Institut der TU BERGAKADEMIE FREIBERG werden maßgeschneiderte Aufbereitungsprozesse unter Anwendung anerkannter technischer Normen und Standards erarbeitet, um Einsparungen im gesamten Ressourceneinsatz unserer Kunden zu erzielen.
Reduced water and energy use
Haver & Boecker Niagara advanced Hydro-Clean® washing technology is helping a gold producer looking to expand its operation in eastern Russia increase production, reduce water consumption and minimize wear. The producer currently uses a test washing drum and two bearing screen to separate the sand and clay from its mined gold ore. This method provides inadequate washing results, causes excessive equipment wear and consumes high volumes of water and energy. Working closely with the customer, the HSG set up the Hydro-Clean 700 unit (Fig. 1) and rinse screen as a separate test operation to prove it could successfully wash the operation’s three distinct products better than the current test equipment. Each product has varying degrees of impurities, ranging from easy-to-wash to sticky material that is nearly impossible to clean with the current washing system. Since installing this combination, the operation has increased production from 5 t/h to 25 t/h, reduced its water consumption by up to 70 % and saved up to 30 % energy for every ton of material.
In preparation for a large mine upgrade project, these positive results have led the operation to put the Hydro-Clean in its plans for all future mineral washing.
The Russian gold producer, who asked to remain unnamed due to the competitive advantage this equipment provides, first contacted the HSG about the Hydro-Clean in 2009 after seeing impressive results at a different gold operation using HSG equipment. The Hydro-Clean appealed to the producer because its current washing system, a traditional washing drum, was not removing enough sand and clay content to produce the required 2 mm to 120 mm gold product with clay content less than 2 %.
• Clay-heavy material on the conveyor
Ideal for use in clay-heavy material deposits (Figs. 2 and 3), the Hydro-Clean employs high-pressure nozzles, rotating at 90 rpm, to spray up to 90 % recycled water on the material with pressures up to 200 bars (2900 psi) to remove silt and clay particles as small as 63 μm from mineral mixtures. While the high-pressure nozzles mounted at the top rotate and spray the material with water, the turbulence in the drum creates additional scrubbing and abrasive forces that enhance the cleaning process to break up agglomerates and clean the particles of stubborn material. The Hydro-Clean also injects high-pressure streams of water into areas of the material (holes, cracks, etc.) that are difficult to reach with traditional cleaning methods. A UME 1200 x 4500 mm rinse screen follows and rinses away the loose sand and clay contaminants. The end result is a cleaner gold ore product with clay content less than 2 % (Fig. 4).
• Final product is a clean washed material
The Hydro-Clean consumes far less water and energy. The test washing drum and two bearing screen used by the Russian gold producer consumes up to 13 m3 (13 000 liters) of water to wash just one ton of material. With the Hydro- Clean and rinse screen, the producer only uses a maximum of 4 m3 (4000 liters) of water for each ton of material, reducing the operation’s water consumption by up to 70 %.
In addition to water savings, the Hydro-Clean 700 model used by the gold producer was able to save up to 1.8 kW of energy for every ton of cleaned material when compared to the washing drum system. The Hydro-Clean’s compact size and reduced weight keep overall operating and structural costs considerably lower than with traditional washing systems – which also require more equipment and a greater footprint. In addition, it experiences little wear with a low-maintenance design that allows for simple replacement of the few standard components that are subject to wear. This allows operations to save thousands of rubbles in yearly maintenance costs. Thanks to the success of the Hydro-Clean 700 test unit, the producer plans to authorize an investment program that will allow the installation of a larger washing operation with several HSG Hydro-Clean 1000 units.
This operation would be capable of washing up to 4 million t of auriferous ore a year. To make the adaption of this new, advanced washing technology easier, the HSG has provided easy-to-understand flow sheets on how the Hydro-Clean would fit into this new operation. If made part of the producer’s every day operation, the Hydro-Clean could reduce its total water usage by up to 70 % and energy costs by up to 30 %.
HAVER NIAGARA GmbH: after one and a half year new operators came to a positive result
The quarry for greywacke “Kleinhammer” is situated among a wooded mountainous region in Sauerland, sixhundred meters in south-east direction to the town Werdohl-Kleinhammer. Since the change of ownership in January 2015, Holcim, a manufacturer of construction material, has operated the quarry. Ownership changes did not result in a change of personnel.
In close collaboration with the previous operator HAVER NIAGARA GmbH designed a new primary crushing plant with subsequent processing of riprap. Besides the primary crushing plant and processing of riprap the scope of supply also included the complete conveying system, the intermediate silo and the dust silo as well as the planning of concrete works and the overall assembly.
The main challenge in this project were great demands of the customer on quality specifications, emission and environmental standards as well as the tight schedule for finalization. Furthermore, the installation should secure a safe and flexible production for the next decades. By means of the designed concept HAVER NIAGARA provided an innovative solution for the fulfilment of these requirements.
An example of the flexible production is the processing plant for riprap. The weight classes 540 kg and 10-60 kg can be processed separately or simultaneously on request by means of two heavy duty screening machines. Soundproofed building facades, energy saving electrical components and the dedusting unit are the main objective with regard to emission and environmental protection.
The period for the realization from the start of project until commissioning took 12 months. Due to the onset of winter at the beginning of 2013 concrete works had to be stopped for several weeks. Therefore, the planned start of production was endangered. The specialist in from Münster took up that challenge and modified the assembly process, so that contrary to the initial plan the building for the processing of riprap was installed at first. The concrete works on the building for the primary crushing plant have been continued at the same time. As a result of the measures taken, the scheduled start of production was at the beginning of September 2013. On the occasion of the opening celebration on 27 September the installation was formally inaugurated with a spectacular firework.
The successful realization of the project has been achieved by long-term and close cooperation between the previous operator and the experts from HAVER NIAGARA. This is the pooling result of years of experience and the technical know-how of both companies.
The precise realization on the basis of prescriptions is an impressive example for the problem-solving expertise of HAVER NIAGARA – particularly with regard to an efficient conception of primary crushing plants and its precise implementation.