Chinesische Forscher lösen schwieriges Problem der Nutzung von eisenarmen Erzen
Wichtige Erkenntnisse
- •Das weltweit größte Magnetisierungsröstprojekt für Eisenerz mit einer Jahreskapazität von 5,56 Millionen Tonnen hat in Anshan in der Provinz Liaoning die offiziellen Abnahmetests bestanden und läuft stabil mit voller Kapazität.
- •Die Technologie kann Rückstände mit nur 11 Prozent Eisengehalt in ein Konzentrat mit 65 Prozent Gehalt aufwerten und damit die Qualität von erstklassigem Importerz erreichen.
- •Der Durchbruch könnte die Nutzung von rund 30 Milliarden Tonnen schwer aufschließbarer Eisenerze und fast 10 Milliarden Tonnen eisenhaltiger Rückstände in China ermöglichen.
- •Bei der Ansteel Group hat die Technologie eine Umwandlungsrate von 98 Prozent bei Eisenmineralen erreicht, und elf Lizenzverträge decken inzwischen über 15 Millionen Tonnen kombinierte Jahreskapazität ab.
- •Die Technologie wird auch im Ausland eingesetzt, darunter ein Limonit-Aufwertungsprojekt in Laos; künftig soll sie auf weitere Anwendungen in der Mineralaufbereitung und im Festabfall-Recycling ausgeweitet werden.
Über Jahrzehnte hinweg lagen Milliarden Tonnen eisenhaltiger Minenrückstände in China weitgehend ungenutzt. Zhu Qingshan, Forscher am Institut für Verfahrenstechnik (IPE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, bemerkte einst: „Diesen ‘schlafenden Reichtum’ in nutzbare, hochwertige Ressourcen zu verwandeln, ist der Schlüssel zur Lösung des Eisenerz-Versorgungsproblems des Landes.“
Diese Vision ist nun Realität geworden. Am Dienstag bestand das weltweit größte Magnetisierungsröstprojekt für Eisenerz mit einer Jahreskapazität von 5,56 Millionen Tonnen in Anshan in der nordostchinesischen Provinz Liaoning die offiziellen Abnahmetests. Die Anlage läuft stabil mit voller Kapazität, und die wichtigsten Leistungskennzahlen übertreffen die Auslegungsziele. Das Projekt stellt einen bedeutenden Durchbruch bei der industriellen Nutzung von eisenarmen Erzen dar.
Laut IPE handelt es sich bei der Technologie um die weltweit erste Lösung für die großindustrielle Aufbereitung von ultratiefergradigen Eisenerz-Rückständen. Sie kann Rückstände mit einem Eisengehalt von nur 11 Prozent in ein Konzentrat mit einem Gehalt von 65 Prozent umwandeln – ein Sprung, der einst als Abfall betrachtetes Material qualitativ an das hochwertige Konzentrat heranführt, das aus erstklassigem Importerz gewonnen wird. Das Institut erklärte, der Durchbruch dürfte die effiziente und umweltfreundliche Erschließung und Nutzung von rund 30 Milliarden Tonnen schwer aufschließbarer Eisenerze und fast 10 Milliarden Tonnen eisenhaltiger Rückstände in China ermöglichen. Über die Versorgung hinaus reduziert die Nutzung der Rückstände auch den ökologischen Fußabdruck von Minenabfällen, die Land beanspruchen und langfristige Lagerungs- und Sicherheitskosten verursachen.
Ein halbes Jahrhundert altes Forschungsvorhaben
China verbraucht mehr als die Hälfte des weltweiten Eisenerzes. Obwohl die heimischen Reserven reichhaltig sind, sind die meisten Lagerstätten des Landes eisenarm und mit herkömmlichen Verfahren schwer aufzubereiten. Im vergangenen Jahrzehnt hat China 11,3 Milliarden Tonnen Eisenerz importiert, einen großen Teil davon aus Australien und Brasilien, was die Eisenerzversorgung zu einem langjährigen strategischen Anliegen des größten Stahlproduzenten der Welt macht. Die Erschließung unzureichend genutzter heimischer Ressourcen hat Generationen von Forschern dazu motiviert, dieses lange bestehende technische Problem anzugehen.
In den 1950er Jahren begann das Institut für Chemische Metallurgie, der Vorgänger des IPE, mit der Erforschung einer effizienten Nutzung von eisenarmen Erzen. Der Chemieingenieur Mooson Kwauk begründete die Technik der Wirbelschicht-Magnetisierungsröstung, um minderwertige Eisenminerale in wiedergewinnbaren Magnetit umzuwandeln. Obwohl die Technologie vielversprechend war, wurde ihre Industrialisierung aufgrund der schwachen industriellen Basis des Landes und der damaligen historischen Umstände unterbrochen.
Der Forscher Zhu Qingshan nahm später die unvollendete Mission auf. Im Jahr 2004 widmete sich Zhu der Erforschung schwer aufschließbarer Eisenerze. Damals stand die Technologie noch vor großen Hürden auf dem Weg zur Industrialisierung: Die herkömmliche Magnetisierungsröstung litt unter geringer Reaktionseffizienz, hohem Energieverbrauch und Kosten sowie schlechter Betriebsstabilität. Zhus Team führte innovative technische Ansätze ein, um diese Probleme zu lösen und die Grundlage für die praktische Anwendung zu schaffen.
Vom Labor in den industriellen Maßstab
Für Zhu war erfolgreiche Grundlagenforschung nicht das Ende, sondern der Ausgangspunkt für die industrielle Anwendung. Um Forschung in nutzbare Technologie zu verwandeln, entwickelten Zhu und sein Team ein vollständiges System für die Wirbelschicht-Magnetisierungsröstung, einschließlich Schlüsselausrüstung und Begleittechnologien.
Das Team gewann einen Partner in der südwestchinesischen Provinz Yunnan für ein Projekt mit einer Jahreskapazität von 100.000 Tonnen. Das Projekt geriet jedoch 2008 im Zuge der globalen Finanzkrise aufgrund von Finanzierungsschwierigkeiten ins Stocken. Mit Unterstützung von Regierungsstellen verschiedener Ebenen verbrachten die Forscher über ein Jahr mit der Fehlerbehebung vor Ort, und die Anlage erreichte im Dezember 2012 einen kontinuierlichen, stabilen Betrieb.
Diese Erfahrung deckte auch neue Grenzen der Technologie auf und veranlasste das Team, den Röstprozess und die Energieeffizienz weiter zu verbessern. Sie entwickelten ein Magnetisierungsröstverfahren der zweiten Generation mit präziserer Kontrolle der Partikelverweilzeit, das später bei der Ansteel Group, einem der großen Stahlhersteller Chinas, eingeführt wurde. Bei Ansteel hat die Technologie eine Umwandlungsrate von 98 Prozent bei Eisenmineralen erreicht und erhebliche wirtschaftliche Vorteile erbracht.
Elf Lizenzverträge decken inzwischen eine kombinierte jährliche Verarbeitungskapazität von mehr als 15 Millionen Tonnen ab. Das Team treibt zudem Auslandsprojekte voran, darunter eine Initiative zur Aufwertung von Limonit in Laos – ein frühes Zeichen dafür, dass die Technologie auch außerhalb Chinas Absatzmärkte finden könnte, wo ebenfalls eisenarme Eisenerzlagerstätten weit verbreitet sind. Für die Zukunft planen die Forscher, die Technologie auf andere Anwendungen in der Mineralaufbereitung und im Recycling von Festabfällen auszuweiten.
