Matmor-Prozess: Innovative Eisenproduktion mit Braunkohle

Matmor-Prozess für die Eisenherstellung

Der Matmor-Prozess ist ein Eisenherstellungsverfahren, das derzeit von Environmental Clean Technologies Ltd (ECT) entwickelt wird. Die Matmor-Prozesstechnologie ist eine patentierte Technologie. Die Technologie basiert auf Braunkohle (Lignit) und ist in der Lage, hochwertiges Brockeneisenerz durch kostengünstigere alternative Rohstoffe zu ersetzen, aufgrund ihrer einzigartigen Chemie und Ofendesign. Normalerweise wird Braunkohle (auch als Braun- oder Lignitkohle bekannt) nicht für metallurgische Anwendungen verwendet, wegen ihres hohen Gehalts an flüchtigen Bestandteilen und Feuchtigkeit.

Environmental Clean Technologies Ltd ist Eigentümer der Matmor-Prozesstechnologie, einschließlich Anlage, Ausrüstung und geistigem Eigentum (IP). Der Matmor-Prozess positioniert sich, um den primären Eisenherstellungsprozess zu revolutionieren mit einem Design, bestehend aus einem einfachen, kostengünstigen, emissionsarmen und patentierten Matmor-Retorten, der billigere, alternative Rohstoffe verwendet. Diese Technologie umfasst zwei exklusive Merkmale: (i) sie verwendet Braunkohle als Reduktionsmittel und Wärmequelle, was derzeit von keiner anderen Technologie beansprucht wird, und (ii) sie beinhaltet in ihrem Anlagendesign einen vertikalen Schachtofen, der mit der natürlichen Chemie der Braunkohle arbeitet.

Die Entwicklung des Matmor-Prozesses basiert auf der Feuchteentfernung durch Coldry-Technologie, einer weiteren patentierten Technologie von Environmental Clean Technologies Ltd, und der Nutzung der natürlichen Chemie der Braunkohle durch einen Prozess und einen vertikalen Retortenofen, dessen Design und Prozesschemie sich von denen eines Hochofens unterscheiden. Die Prozesschemie des Matmor-Prozesses nutzt Wasserstoff als Reduktionsgas, was niedrigere Betriebstemperaturen und kürzere Prozesszeiten ermöglicht als beim Hochofen.

Obwohl die Matmor-Prozesstechnologie individuell attraktiv ist, hat ihre Kombination mit der Coldry-Technologie höhere Attraktivität, da beide Technologien zusammen in der Lage sind, niedrigwertige Ressourcen (Braunkohle und Eisenerzabgänge aus Eisenerzminen) zu nutzen, um höherwertige, diversifizierte Outputs wie Eisen und Eisenlegierungen zusätzlich zum thermischen Kohleprodukt des Coldry-Prozesses zu produzieren.

Die Matmor-Prozesstechnologie ist eine Methode zur Herstellung von hochwertigem Eisen aus Braunkohle und eisenoxidhaltigen Materialien wie Walzzunder, Nickelschlämmen sowie hoch- oder niedriggradigem Eisenerz. Der Output des Prozesses ist ein sauberes Eisenprodukt, dessen Größe/Form und Kohlenstoffgehalt an die Anforderungen des Endnutzers angepasst werden können. Das durch den Matmor-Prozess produzierte Eisenprodukt ist ein hochwertiger Ersatz für oder Ergänzung zu Schrottmetall-Zufuhr in Lichtbogenofen oder Induktionsofen.

Matmor-Prozess

Der erste Schritt des Matmor-Prozesses ist die Vorbereitung der Rohmaterialien. Dieser Prozessschritt nutzt Coldry-Technologie für die Rohmaterialvorbereitung. Wie im Coldry-Prozess werden die Rohmaterialien, bestehend aus Kohle, Eisenoxiden und Flussmittel, auf weniger als 8 mm zerkleinert. Das zerkleinerte Material wird mit einer kleinen Menge Wasser kombiniert, gemischt und extrudiert. Die extrudierte Mischung wird konditioniert, bis sie sich trocken anfühlt.

Die halbgetrockneten Pellets werden in einen vertikalen Schichtentrockner gefördert, wo Warmluft, bereitgestellt durch Abwärme, durch die Pellets zirkuliert, um die verdampfte Feuchtigkeit zu entfernen. Die Kompositpellets werden am Boden des Trockners ausgetragen und zum Matmor-Retortenofen gefördert. Die Kompositpellets sind selbstreduzierend und selbstflussend.

Im zweiten Prozessschritt wird der Sauerstoff der Eisenoxide in einem Matmor-Retorten entfernt, der ein vertikaler Schachtofen ist. Die im ersten Schritt produzierten Kompositpellets werden am oberen Ende des Matmor-Retortenofens beschickt. Die Atmosphäre im Retortenofen ist reduzierend. Die Pellets werden in diesem reduzierenden Atmosphäre im Retortenofen erhitzt. Während die Temperatur der Pellets steigt, verdampft die verbleibende Feuchtigkeit und die Kohlenflüchtigen werden als brennbares Gas abgegeben. Dieses brennbare Gas wird in die Basis des Retortenofens rückgeführt, wo es entzündet wird, was einen Effekt erzeugt, der dem eines Hochofens ähnelt.

Während die Kompositpellets die Mitte des Retortenofens hinabwandern, finden Reduktionsreaktionen statt, die Sauerstoff aus den Eisenoxiden entfernen. Die heißen reduzierten Pellets werden am Boden des Retortenofens ausgetragen. Diese heißen Pellets enthalten Kohlenstoff, Eisen und Asche. Heiße Luft oder Sauerstoff wird injiziert, was den verbleibenden Kohlenstoff verbrennt und die Temperatur der Pellets über den Schmelzpunkt des Eisens erhöht, um flüssiges Metall und Schlacke zu produzieren. Das flüssige Metall wird entweder zu Roheisen gegossen oder kann direkt zum Stahlerzeugungsofen gebracht werden.

Matmor-Produkt

Das Matmor-Produkt ist ein sauberes Eisenprodukt, und die Prozessparameter können so eingestellt werden, dass ein Produkt produziert wird, das den Spezifikationen der Größe/Form und des Kohlenstoffgehalts gemäß den Anforderungen des Endnutzers entspricht. Die typische Zusammensetzung des durch den Matmor-Prozess produzierten Eisens ist: Fe – 98,94 %, C – 1 %, Mn – 0,02 %, und S – 0,03 %. Dieses Matmor-Produkt wurde aus der Qualität der Eingabematerialien hergestellt, wie in Tabelle 1 angegeben.

Der Matmor-Prozess, der Matmor-Retortenofen und das Matmor-Produkt sind in Abb. 1 dargestellt.

Abb. 1 Matmor-Prozess der Eisenherstellung

Vorteile des Matmor-Prozesses

Die folgenden sind die Vorteile des Matmor-Prozesses:

• Er ersetzt teure metallurgische Kohle durch Braunkohle, die billig und reichlich verfügbar ist. Derzeit ist es der einzige bekannte Prozess, der Braunkohle als Reduktionsmittel verwendet.
• Der Prozess ist in der Lage, billigeres, niedriggradiges Eisenerz zu verwenden, wodurch teures hochgradiges Eisenerz mit Fe-Gehalt von mindestens 60 % ersetzt wird.
• Der Prozess wertet niedrigwertige Kohle und eisenhaltige Abfallmaterialien auf. Er verbessert auch die Energie- und Rohstoffsicherheit, indem er die Abhängigkeit von Kokskohle und hochgradigem Eisenerz verringert.
• Der Prozess kann eisenhaltige Abfallmaterialien wie Walzzunder, Bergbauabfälle, eisenhaltige Schlämme und andere Fe-haltige Abfallmaterialien zurückgewinnen.
• Da die Temperaturen niedrig sind, benötigt der Prozess erheblich weniger Wärme und spart dadurch Energie. Die Betriebstemperaturen liegen unter 1000 °C.
• Der Prozess hat niedrige Kapitalkosten, da keine Koksofenbatterie und keine Sinteranlage installiert werden müssen. Er ist auch im kleinen Maßstab wirtschaftlich.
• Der Prozess hat geringere Gasemissionen wegen der Rückführung von Abgasen.
• Die chemische Reaktivität der als Reduktionsmittel verwendeten Braunkohle ist bis zu 1000-mal höher als die der derzeit in anderen primären Eisenherstellungsprozessen verwendeten Steinkohle.
• Der Prozess produziert ein hochwertiges Eisenprodukt, das im Stahlerzeugungsprozess als Ersatz für Stahlschrott verwendet werden kann.

Aktueller Status der Matmor-Prozesstechnologie

Environmental Clean Technologies Limited hat nun eine Vereinbarung mit NLC India Limited (NLC) und NMDC Limited (NMDC) unterzeichnet, um die Prozessentwicklung fortzusetzen. Gemäß dem Master Project Agreement (MPA), das im Mai 2018 unterzeichnet wurde: (i) die indischen Partner werden 100 % der Projektmittel beisteuern (ca. 35 Millionen australische Dollar), (ii) ein Special Purpose Vehicle (SPV) wird nach Abschluss der Forschungs- und Entwicklungsphase (R&D) des Projekts gegründet, mit Eigentumsanteilen von ECT – 49 %, NLC – 25,5 %, NMDC – 25,5 %, (iii) globale Lizenzrechte werden dem SPV gewährt, ausgenommen Australien, und (iv) zukünftige Lizenzgebühren werden an die Partner gemäß den SPV-Eigentumsanteilen ausgeschüttet.

Der MPA hat ECT autorisiert, die weltweit erste australisch entworfene Coldry- und Matmor-Anlage im Bundesstaat Tamil Nadu, Indien, zu errichten, um die Nutzung von Braunkohle in der Stromerzeugung zu diversifizieren und die Stahlproduktion zu niedrigeren Kosten mit signifikant geringeren CO₂-Emissionen einzuschließen.

Beginnend mit einer 35 Millionen australische Dollar R&D-Phase zielt das Projekt darauf ab, ECTs Matmor- und Coldry-Technologien zu skalieren, um eine integrierte Coldry-Demonstrations- und Matmor-Pilotanlage zu liefern, um ihre technische und wirtschaftliche Machbarkeit bei einer Kapazität von ca. 2 t/h Metall zu validieren. Die bildliche Ansicht des Anlagenlayouts ist in Abb. 2 dargestellt. Derzeit wurde das Basisdesign der Anlage abgeschlossen.

Abb. 2 Bildliche Ansicht des Matmor-Anlagenlayouts