Säureregeneration die Zweite: Überblick Technologien

Klassisch stehen zwei pyrometallurgische und ein hydrometallurgisches Verfahren zur Verfügung. Mit diesen können Metallchloride zum Oxid und zur Säure zersetzt werden. Am pyrometallurgischen Weg können alle im ersten Beitrag angeführten Elemente aufgearbeitet werden. Die hydrometallurgische Prozessroute ist für Eisen im Bereich von Stahlbeizanlagen gesichert. Für andere Elemente und Einsatzgebiete ist sie gut vorstellbar. Die Prozessbedingungen stellen bei der hydrometallurgischen Prozessroute eine Herausforderung dar. Es sind daher keine Pauschalaussagen über die praktischen Einsatzbereiche möglich.

Pyrometallurgie

Als pyrometallurgische Verfahren stehen das Sprühröst- und das Wirbelschichtverfahren zur Verfügung. Beide Verfahren werden bei Temperaturen >400°C betrieben und die chemischen Reaktionen finden in der Gasphase statt.

Beim Sprühröstverfahren wird die Chloridlösung über Lanzen fein verteilt in den heißen Reaktor eingesprüht. Die Energieeinbringung erfolgt durch im unteren Bereich des Reaktors tangential angeordnete Gasbrenner. Die chemische Reaktion vom Chlorid zu Oxid und Chlorwasserstoff findet während des freien Falls der Tropfen statt. Das entstehende Oxid wird unten abgezogen und das heiße HCl/Dampf Gemisch verlässt am Reaktorkopf den Reaktionsraum. Im Fall von Eisen entsteht feines, rotes Fe2O3 Pulver. Das entstehende HCl-Gas wird in einem Wäschersystem von Wasser absorbiert und steht wieder für den Gebrauch zur Verfügung.

Beim Wirbelschichtverfahren wird die Chloridlösung seitlich in Form eines Strahls punktuell und direkt auf das heiße Wirbelbett aufgegeben. Die Energieeinbringung erflogt durch Verbrennung von Erdgas im Wirbelbett. Die chemische Reaktion findet an der Oberfläche der im Bett befindlichen Partikel statt. Es bildet sich somit an den Partikeln eine Zwiebelstruktur aus. Oxidkugeln mit statistischer Korngrößenverteilung und bis zu 1,5-2 mm Durchmesser werden heiß am Boden des Wirbelbetts abgezogen. Das HCl/Dampf Gemisch wird wieder über den Reaktorkopf abgeführt und die Absorption läuft analog zum Sprühröstverfahren ab.

Hydrometallurgie

Als hydrometallurgisches Verfahren steht der sogenannte PORI-Prozess zur Verfügung. Bei diesem Verfahren zersetzten sich die Chloride bei < 250°C in der flüssigen Phase zum festen Oxid und zum gasförmigen HCl. Die Energieeinbringung erfolgt indirekt über Wärmetauscher und das entstehende HCl wird im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Verfahren auskondensiert. Dadurch werden bei der Regeneration höhere Säurekonzentrationen, die über dem azeotropen Punkt der HCl/Wasser Mischung liegen, möglich. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass durch die geringere Prozesstemperatur auch Restenergie zum Einsatz kommen kann und generell der Energieverbrauch geringer ist. Die Herausforderung besteht in der Prozessführung und der Materialauswahl. So muss beispielsweise eine fest/flüssig Trennung bei hohen Temperaturen aus einem korrosivem Medium durchgeführt werden.

Fortsetzung folgt…