Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des Magnesiumgehalts eines Phosphor-Erzes sowie eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Phosphatgesteine, bei denen es sich um ein Erze mit hohem Phosphatgehalt handelt, werden als Rohmaterial für die Herstellung verschiedener Arten von Düngemitteln genutzt. In Abhängigkeit von ihrem geologischen Ursprung können Phosphatgesteine in erstarrter oder sedimentärer Form vorliegen, wobei das weltweite Vorkommen von Phosphatgesteinen zu einem Großteil in letztgenannter Form gegeben ist.

Die chemische und mineralogische Zusammensetzung von sedimentärem Phosphatgesteinen hängt stark von der Lagerstätte ab. In der Regel wird der Phosphorpentoxid (Ρ ₂ 0 ₅ ) -Gehalt dazu genutzt, den Anteil an Phosphat im Gestein zu quantifizieren. Als Hauptverunreinigungen, deren Anteile möglichst weit reduziert werden sollen, gelten Sihciumdioxid (Si0 ₂ ), Karbonate, insbesondere

Kalziumkarbonat (CaC0 ₃ ), Magnesiumkarbonat (MgC0 ₃ ) und Dolomit (CaMg(C0 ) ₂ ), sowie biologischer Ruß und Salze, wie beispielsweise Natriumchlorid (NaCl) und Kaliumchlorid (KCl).

Es ist bekannt, Phosphatgestein mechanisch und/oder thermisch aufzubereiten. Auch eine Flotation kann dazu eingesetzt werden. Beim Aufbereiten werden

Verunreinigungen bis zum Erreichen gewünschter Grenzwerte entfernt und folglich der P ₂ 0 ₅ -Gehalt erhöht. Die Grenzwerte bestimmen sich dabei insbesondere in Abhängigkeit von den Anforderungen des Weiterverarbeitungsprozesses, für den das jeweilige Phosphatgestein vorgesehen ist. Der Gehalt an Karbonaten, insbesondere Magnesiumkarbonat in Phosphatgestein kann mittels der bekannten Verfahren nicht oder nur mit großem Aufwand ausreichend reduziert werden. Zumeist wird eine Reduzierung des Gehalts an Magnesiumkarbonat dadurch bewirkt, dass der Phosphatgestein gemahlen und dann gesiebt wird, wodurch Partikel mit hohem Magnesiumgehalt separiert werden sollen. Dies führt jedoch regelmäßig dazu, dass große Anteile des Rohmaterials für den Weiterverarbeitungsprozess ungenutzt bleiben. Eine Flotation ist zudem mit einem hohen Wasser- und Chemikalienverbrauch verbunden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat der Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegen, eine verbesserte Möglichkeit zur Reduzierung des Magnesiumgehalts in Phosphor-Erzen anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine zur Durchführung dieses Verfahren geeignete Anlage ist Gegenstand des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reduzierung des Magnesiumgehalts in einem Phosphat-Erz ist durch die nachfolgenden Schritte gekennzeichnet:

Das Phosphat-Erz wird zunächst kalziniert, um darin enthaltenes Magnesiumcarbonat und/oder Dolomit in (unter anderem) Magnesiumoxid zu wandeln. Im Fall des Dolomits erfolgt zudem eine Umwandlung in Calciumoxid. Calciumoxid kann weiterhin durch Umwandlung von in dem Phosphat-Erz enthaltenen Calciumcarbonats erzeugt werden. Die entsprechenden Reaktionen sind nachfolgend wiedergegeben:

MgC0 ₃ -> MgO + C0 ₂ ; und

CaMg(C0 ₃ ) ₂ -> CaO + MgO + 2C0 ₂

Für das Kalzinieren kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass das Phosphat-Erz auf eine Temperatur von mindestens 450°C, vorzugsweise von mindestens 650°C erhitzt wird. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, das Kalzinieren im Rahmen einer sogenannten Flash-Kalzinierung durchzuführen. Für die Durchführung des Kalzinierens weist eine erfindungsgemäße Anlage eine entsprechende Kalziniervorrichtung auf. Diese kann insbesondere eine Flugstromanlage und/oder eine andere Wärmebehandlungseinrichtung umfassen, in der/dem das Phosphat-Erz zum Kalzinieren entsprechend erhitzt wird. Das kalzinierte, erste Zwischenprodukt wird in einem anschließenden

Verfahrensschritt mit Wasser in flüssiger, fester (d.h. Eis) und/oder Gasform (d.h. Wasserdampf) beaufschlagt, um das Magnesiumoxid in Magnesiumhydroxid zu wandeln. MgO + H ₂ 0 -> Mg(OH) ₂ ;

Das so erzeugte Magnesiumhydroxid ist kleiner und leichter als die entsprechenden Oxide, was deren vorteilhafte Separierung in nachfolgenden Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht. Das Beaufschlagen mit Wasser kann dabei sowohl „trocken", d.h. unter Einsatz einer für die vorgesehene Reaktion stöchiometrischen Menge von Wasser, als auch„nass", d.h. unter Nutzung einer im Vergleich zur trockenen Beaufschlagung zusätzlichen Wassermenge, erfolgen. Zur Beaufschlagung des kalzinierten, ersten Zwischenprodukts mit Wasser weist die erfindungsgemäße Anlage eine Wasserbeaufschlagungsvorrichtung auf.

Das durch das Beaufschlagen des kalzinierten Zwischenprodukts mit Wasser entstandene, zweite Zwischenprodukt wird anschließend mechanisch desagglomeriert, um Magnesiumhydroxid-Partikel von Phosphat-Partikeln zu lösen, wobei ein fester Verbund zwischen diesen Partikeln aufgehoben wird. In demselben

Bearbeitungsschritt können auch vorhandene Calciumhydroxid-Partikel von den Phosphat-Partikeln gelöst werden. Das Desagglomerieren kann trocken oder nass, d.h. unter Einsatz eines insbesondere flüssigen Bindemittels, erfolgen.

Für die Desagglomerierung des zweiten Zwischenprodukts weist die erfindungsgemäße Anlage eine entsprechende Desagglomeriervorrichtung auf. Diese kann insbesondere Mittel zur mechanischen Beaufschlagung des zweiten Zwischenprodukts umfasst, so dass die Desagglomerierung (zumindest auch) auf einem direkten Kontakt der Mittel mit den Partikeln des zweiten Zwischenprodukts beruht. Dabei können die Mittel insbesondere derart ausgebildet sein, dass deren Desagglomerierwirkung auf mechanischem Druck oder auf einem Impuls, wie beispielsweise bei einer Mühle, beruht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Desagglomeriervorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur mechanischen Beaufschlagung des zweiten Zwischenprodukts zumindest in einem für einen Kontakt mit dem zweiten Zwischenprodukt vorgesehenen Abschnitt aus einem Elastomer oder einer Keramik ausgebildet sind. Hierzu können die Mittel vollständig aus dem entsprechenden Werkstoff ausgebildet sein oder ganz oder teilweise mit diesem Werkstoff beschichtet sein. Eine Ausbildung aus einem Elastomer, wie beispielsweise Gummi, kann den Vorteil aufweisen, dass die Ablösung der Mg-haltigen Stoffe von Phosphat schonend erfolgt, ohne dass Phosphat Partikel zerkleinert werden. Eine Ausgestaltung aus einer Keramik kann sich vorteilhaft auf das Verschleißverhalten auswirken, wodurch der Wartungsaufwand für die Desagglomeriervorrichtung gering gehalten werden kann.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage kann auch vorgesehen sein, dass die Desagglomeriervorrichtung, insbesondere eine Autogen- Desagglomeriervorrichtung, wie beispielsweise eine Aerofall- oder Autogenmühle umfasst.

Im Anschluss an die Desagglomerierung werden die Magnesiumhydroxid-Partikel noch von den Phosphat-Partikel separiert. Die erfindungsgemäße Anlage zur Durchführung des Verfahrens weist dazu eine entsprechende Separiervorrichtung auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Phosphat-Erz in einem zusätzlichen Verfahrensschritt vor dem Kalzinieren zumindest teilweise getrocknet wird. Dies kann aktiv mittels einer beliebig ausgestalteten Trocknungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Anlage oder auch passiv durch Trocknungslagerung erfolgen. Durch ein Trocknen vor dem Kalzinieren kann der Energieaufwand für das Kalzinieren reduziert werden. In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das erste Zwischenprodukt vor dem Beaufschlagen mit Wasser gekühlt wird. Dabei kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass das Kühlen derart erfolgt, dass das erste Zwischenprodukt vor dem Beaufschlagen mit Wasser eine (mittlere) Temperatur aufweist, die höchstens noch 350°C, vorzugsweise höchstens noch 100°C aufweist.

Zur Kühlung des ersten Zwischenprodukts kann die erfindungsgemäße Anlage eine Kühlvorrichtung aufweisen.

Das Kühlen kann vorzugsweise mittels eines Kühlgases erfolgen, von dem das erste Zwischenprodukt angeströmt und dann um- und/oder durchströmt wird, wobei das Kühlgas Wärmeenergie von dem ersten Zwischenprodukt aufnimmt und dadurch abführt. Weitere Kühlmedien, wie beispielsweise mit Flüssigkeiten, sind ebenfalls vorstellbar.

Das Kühlen kann neben den oben beschriebenen direkten Kühlmöglichkeiten (H ₂ 0, Luft) auch indirekt mit einem Wärmetauscher erfolgen. Die Wärme wird hierbei entweder in einen weiteren Gasstrom oder in einer Flüssigkeit überführt. Die überführte Wärmeenergie kann in geeigneten Prozessabschnitten zugeführt und genutzt werden.

Das Kühlen des ersten Zwischenprodukts, insbesondere mittels einer Kühlgasströmung, weist unter anderem den Vorteil einer vergleichsweise einfachen Rekuperation, insbesondere im Rahmen der Kalzinierung in das erste Zwischenprodukt eingebrachter Wärmeenergie auf. Dazu kann insbesondere vorgesehen sein, dass die bei der Kühlung rekuperierte Wärmenergie zur Trocknung und/oder einer Vorwärmung des Rohmaterials und/oder für die Kalzinierung selbst genutzt wird. Insbesondere für ein Trocknen und/oder Vorwärmen kann ein entsprechend aufgeheizter Kühlgasstrom direkt genutzt werden. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, die rekuperierte Wärmeenergie anderweitig, wie beispielsweise für die Erzeugung elektrischer Energie zu nutzen. In einer weiterhin bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach der Umwandlung des Magnesiumoxids in Magnesiumhydroxid infolge des Beaufschlagens des ersten Zwischenprodukts mit Wasser eine Vorseparierung von Magnesiumhydroxid-Partikeln vorgenommen wird. Dabei können insbesondere die nicht mit Phosphat-Partikeln verbundenen

Magnesiumhydroxid-Partikel aus dem Prozess ausgeschleust werden, da für diese der nachfolgende Schritt der Desagglomerierung grundsätzlich nicht erforderlich ist. Dadurch kann die Menge des zweiten Zwischenprodukts, das in die Desagglomeriervorrichtung überführt wird, gering gehalten werden. Dies kann sich positiv auf den für das Desagglomerieren erforderlichen Energieaufwand auswirken.

Auch kann dadurch die Größe und Leistungsfähigkeit der Desagglomeriervorrichtung gering gehalten werden.

Für die Vorseparierung kann die erfindungsgemäße Anlage vorzugsweise eine Vorseparationseinrichtung aufweisen. Bei dieser kann es sich um dieselbe Vorrichtung handeln, die auch für die Separierung nach der Desagglomerierung eingesetzt wird. Vorteilhaft kann jedoch sein, wenn die Vorsepariervorrichtung von der Separiervorrichtung funktional und/oder räumlich getrennt ausgebildet ist. Dadurch kann gegebenenfalls dem Umstand Rechnung getragen werden, dass das zu bearbeitende Material für die einzelnen Verfahrensschritte zu den entsprechenden räumlich beabstandeten Vorrichtung transportiert wird und folglich das vor dem

Desagglomerieren durchzuführende Vorseparieren und das nach dem Desagglomerieren durchzuführende (Haupt-)Separieren vorteilhaft an Ort und Stelle und somit ohne zusätzlichen Transportaufwand durchgeführt werden kann. Zudem kann das erfindungsgemäße Verfahren auch kontinuierlich durchgeführt werden, so dass ein Vorseparieren und (Haupt-)Separieren grundsätzlich gleichzeitig ablaufen kann, was durch ein Bereithalten entsprechender individueller Vor- und (Haupt- )Separiervorrichtungen vereinfacht werden kann.

Die Separierung der Magnesiumhydroxid-Partikel von den Phosphat-Partikeln kann vorzugsweise mittels einer Separiergasströmung erfolgen. Dazu kann das die Phosphat-, Magnesiumhydroxid-Partikel umfassende Schüttgut von der Separiergasströmung durchströmt werden, wobei primär die relativ kleinen Hydroxid-Partikel von dieser mitgerissen werden, wodurch diese von den Phosphat- Partikeln separiert werden. Die erfindungsgemäße Anlage kann dazu insbesondere einen statischen Sichter bekannter Bauart und/oder einen dynamischen Sichter bekannter Bauart aufweisen.

Eine weitere Separierung, bei der gegebenenfalls von der Separiergasströmung mitgerissene (relativ kleine) Phosphat-Partikel aus der Separiergasströmung abgeschieden werden, kann dann noch dadurch erfolgen, dass die Separiergasströmung durch einen Umlenkabscheider geführt wird, in dem die mitgerissenen Phosphat-Partikel infolge ihrer relativ großen Masse einer Umlenkung der Separiergasströmung nicht folgen, während die relativ kleinen und leichten Hydroxid-Partikel von der Separiergasströmung weiter mitgenommen werden. Ein solcher Umlenkabscheider kann insbesondere in Form eines grundsätzlich bekannten Zyklonabscheiders ausgebildet sein.

Alternativ oder zusätzlich zu einer Separierung mittels einer Separiergasströmung kann eine solche auch mittels eines Siebs erfolgen. Die erfindungsgemäße Anlage umfasst dazu dann eine entsprechende Siebeinrichtung. Die Nutzung einer solchen Siebeinrichtung kann den Vorteil aufweisen, dass eine Separierung ohne zusätzlichen Energieaufwand, wie er beispielsweise für die Erzeugung einer Separiergasströmung erforderlich ist, möglich ist.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Separierung der Magnesiumhydroxid-Partikel, von den Phosphat-Partikel bis zu einem Separierungsgrad von mindestens 80% durchgeführt wird. Demnach sind nach der Separierung noch bevorzugt höchstens 20% der nach dem Desagglomerieren in dem Schüttgut enthaltenen Hydroxid- Partikel in dem Endprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten.

Da durch das erfindungsgemäße Verfahren weitgehend reine Magnesiumhydroxid- Partikel erzeugt und infolge der Separierung von den Phosphat-Partikeln auch gesammelt werden, können diese Hydroxid-Partikel vorteilhaft, da ohne wesentlichen Zusatzaufwand, einer weiteren Nutzung zugeführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reduzierung des Magnesiumgehalts in einem Phosphat-Erz sowie eine dabei genutzte erfindungsgemäße Anlage.

Das Phosphat-Erz wird nach dem Abbau 2 und der mechanischen Vorbehandlung einer erfindungsgemäßen Aufbereitungsanlage 3 zugeführt. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt das Phosphat-Erz in einer beispielsweise als Drehrohrofen ausgebildeten Kalziniervorrichtung 4 kalziniert, wobei dieses auf eine Temperatur von mindestens 650°C erhitzt wird. Durch das Kalzinieren wird in dem Phosphat-Erz enthaltenes Magnesiumkarbonat in Magnesiumoxid und Kohlendioxid umgewandelt. Für das Erhitzen des Phosphat-Erzes wird der Kalziniervorrichtung 4 Treibstoff 5 sowie Umgebungsluft 6 zugeführt, die gemeinsam verbrannt und dadurch für den erforderlichen Wärmeenergieeintrag in das Phosphat-Erz sorgen.

Die Abgase aus der Verbrennung sowie das bei der Kalzinierung aus dem Rohmaterial freigesetzte Kohlendioxid werden abgeführt. Dabei kann vorgesehen sein, die in diesen Abgasen 7 enthaltene Wärmeenergie noch zu nutzen. Dies kann beispielsweise für ein Trocknen und/oder Vorwärmen des Phosphat-Erzes vor dem Einbringen in die Kalziniervorrichtung 4 vorgesehen sein (in der Fig. 1 nicht gezeigt).

Das kalzinierte, erste Zwischenprodukt wird anschließend in einer Wasserbeaufschlagungsvorrichtung 8 mit Wasser 9 beaufschlagt, wodurch eine Umwandlung des in dem ersten Zwischenprodukt enthaltenen Magnesiumoxids in Magnesiumhydroxid erreicht wird. Vor dem Beaufschlagen des ersten Zwischenprodukts mit dem Wasser 9 kann noch vorgesehen sein, dieses in einer Kühlvorrichtung 10 abzukühlen, so dass dieses der Wasserbeaufschlagungsvorrichtung 8 vorzugsweise mit einer Temperatur von höchsten 100°C zugeführt wird. Die in der Kühlvorrichtung 10 von dem ersten Zwischenprodukt abgeführte Wärmeenergie kann ebenfalls vorteilhaft zur Trocknung und Vorwärmung des Phosphat-Erzes vor dem Einbringen in die Kalziniervorrichtung 4 genutzt werden.

Nach dem Beaufschlagen des ersten Zwischenprodukts mit dem Wasser 9 und einer dadurch erreichten Umwandlung des ersten Zwischenprodukts in ein zweites Zwischenprodukt kann vorgesehen sein, dieses zweite Zwischenprodukt einer Vorsepariervomchtung 11 zuzuführen, in der Magnesiumhydroxid-Partikel, die nicht an Phosphat-Partikeln anhaften, bereits aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeschleust werden.

Die Magnesiumhydroxid-Partikel haften jedoch zu einem Großteil an den Phosphat- Partikeln an, so dass der verbliebene Teil des zweiten Zwischenprodukts einer Desagglomeriervorrichtung 12 zugeführt, in der die Verbindung zwischen den Phosphat-Partikeln und den anhaftenden Magnesiumhydroxid-Partikeln gelöst wird. Dazu kann die Desagglomeriervorrichtung 12 beispielsweise in Form einer Mühle, insbesondere Walzen- oder Rollenmühle, ausgebildet sein, in der das zweite Zwischenprodukt durch die Ausübung eines hohen mechanischen Drucks zerkleinert wird.

In einem letzten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das die Phosphat- Partikel und die Magnesiumhydroxid-Partikel umfassende Schüttgut einer Separiervorrichtung 13 zugeführt, in der diese Partikel zumindest zu einem Großteil voneinander separiert werden. Dabei wird ausgenutzt, dass die Magnesiumhydroxid- Partikel im Mittel deutlich kleiner und auch leichter als die Phosphat-Partikel sind, so dass eine Separierung vorteilhaft größenabhängig, beispielsweise mittels eines Siebs, und/oder masseabhängig, beispielsweise mittels eines statischen und/oder dynamischen Sichters, erfolgen kann. Die separierten Magnesiumhydroxid-Partikel 14 können einer separaten Nutzung, beispielsweise zur Herstellung von Feuerfestprodukten, zugeführt werden, während die Phosphat-Partikel beispielsweise zu einer Phosphorsäureanlage 15 transportiert werden.