Verarbeitung von Eisenerzen

Eisen ist ein unedles Metall und wird daher leicht oxidiert. Auf der Erde finden wir daher - außer in Meteoriten - kein elementares Eisen, sondern nur eisenhaltiges Gestein. Diese Eisenerze enthalten das Eisen als Oxid, Carbonat oder Sulfid.

Zur Herstellung von Eisen eignen sich nur die Eisenoxide , weshalb sie die wichtigsten Eisenerze sind. Andere Eisenerze wie Eisensulfide oder -carbonate müssen vor dem Hochofenprozess geröstet bzw. gebrannt, d. h. in Eisenoxide überführt werden.

Eisenerze enthalten neben der Eisenverbindung noch andere Bestandteile, die sogenannte Gangart , die hauptsächlich aus Silicaten oder silicathaltigem Gestein besteht. Vor der Eisengewinnung müssen die Erze daher aufbereitet werden, d. h. man versucht, den Anteil der Gangart im Erz prozentual zu verkleinern und damit den der Eisenverbindung zu erhöhen. Dieser Prozess wird als Anreicherung bezeichnet.

Anreicherungsverfahren

Zur Anreicherung werden physikalische Verfahren genutzt. Die Erze werden im Brecher zerkleinert und das feinkörnige Material durch einen Magnetscheider bzw. in einer Flotationszelle in die Eisenverbindung und die Gangart getrennt.

Der Magnetscheider nutzt die magnetische Eigenschaft mancher Erzarten aus. Die Gesteinsbrocken werden über eine Trommel geleitet, in der sich ein starker Magnet befindet. Magnetische Brocken haften daher besser an der Trommel und werden somit von nichtmagnetischen getrennt.

Bei der Trennung durch Flotation wird ausgenutzt, dass Gangart und Eisenverbindung von Wasser aufgrund verschiedener Grenzflächenspannung unterschiedlich benetzt werden. Die meisten Erze werden durch Wasser nicht benetzt. Silicate, Carbonate, Sulfate und ähnliche Verbindungen, die Bestandteile der Gangart sind, werden hingegen durch Wasser leicht benetzt. Durch Zusatz geeigneter Chemikalien (Flotationsmittel) erreicht man, dass das pulverisierte Erz, das nicht vom Wasser benetzt wird, sich in einem Schaum an der Wasseroberfläche ansammelt und abgeschöpft werden kann. Die vom Wasser benetzte Gangart sinkt in der Flotationszelle zu Boden und wird zusammen mit dem Wasser abgeführt.

Aufbereitung von Eisencarbonaten und Eisensulfiden

Auch Eisencarbonate und Eisensulfide lassen sich zur Eisenherstellung nutzen. Vor der Verhüttung müssen sie allerdings erst in Eisenoxide umgewandelt werden, was durch „Brennen“ oder „Rösten“ geschieht.

Bei den Eisencarbonaten wird die Tatsache ausgenutzt, dass sie thermisch spaltbar sind. In der Technik bezeichnet man diesen Vorgang als Brennen . Carbonate zersetzen sich bei hohen Temperaturen in das entsprechende Metalloxid und Kohlenstoffdioxid:

${\text{FeCO}}_{\text{3}}\stackrel{}{\to }\text{ FeO + C}{O}_2$

Sulfidische Erze werden im Luftstrom bei hohen Temperaturen oxidiert. Das Verfahren wird als Rösten bezeichnet. Es entsteht neben dem Eisenoxid Schwefeldioxid, welches in der Schwefelsäureproduktion verwendet wird.

${\text{4 FeS}}_{\text{2}}{\text{ + 11 O}}_{\text{2}}\stackrel{}{\to }{\text{ 2 Fe}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}{\text{ + 8 SO}}_{\text{2}}$

Auch Eisencarbonat (Eisenspat) kann durch Brennen in Eisenoxid überführt werden.

${\text{6 FeCO}}_{\text{3}}{\text{ + O}}_{\text{2}}\stackrel{}{\to }{\text{ 2 Fe}}_{\text{3}}{\text{O}}_{\text{4}}\text{ + 6 C}{O}_2$

Da die Aufbereitung von Eisensulfiden und Eisencarbonaten im Vergleich zur Aufbereitung der Eisenoxide deutlich aufwändiger ist und sich daher ökonomisch nicht rentiert, werden für die großtechnische Herstellung von Eisen heute nur die Oxide eingesetzt.

Weitere Aufbereitung der Erze

Nach dem Anreicherungsverfahren liegen die Erze sehr feinkörnig vor. Sie sind deswegen für die Verhüttung im Hochofen nicht geeignet, denn sie würden den Gasstrom, der im Hochofen durch die Hochofenfüllung hindurch von unten nach oben steigt, behindern bzw. ganz unmöglich machen. Aus dem Erzpulver müssen daher größere Stücke hergestellt werden.

Beim Brikettieren entstehen in mechanischen oder hydraulischen Pressen aus dem feinkörnigen Erzmaterial, manchmal unter dem Zusatz von Bindemitteln, Briketts.
Beim Pelletieren wird das Erzpulver zusammen mit einem Bindemittel zu Kugeln gepresst, die anschließend auf ca. 1200 °C erhitzt und dadurch verfestigt werden.
Beim Sintern wird das gemahlene Erz mit Koks und Zuschlägen, die eine bessere Schlackenbildung im Hochofen ermöglichen, gemischt. Diese Mischung wird erhitzt, sodass der Koks verbrennt und die restlichen Stoffe zu lockeren, gasdurchlässigen Brocken „zusammenbacken“.