DiREkt Direktreduktion von Eisenkarbonat – ein alternatives Konzept zur Erzeugung von metallischem Eisen aus Spateisenstein

Das Konzept der reduzierenden Kalzinierung von Siderit, basierend auf der Direktreduktion mit Wasserstoff, ist ein vielversprechendes Technologiekonzept zur alternativen Eisenherstellung aus karbonatischem Eisenerz. Im Idealfall des vollständigen Umsatzes wird das Karbonat in das Metall und Kohlendioxid, Kohlenmonoxid (CO), Methan (CH₄) oder/und längerkettige Kohlenwasserstoffe (CxHy) überführt, wodurch CO₂-Prozessemissionen deutlich gesenkt werden. Bei der direkten Reduktion von Eisenkarbonat mit Wasserstoff wird die CO₂-Emission um mindestens 60 % reduziert. Im Vergleich zur Reduktion von Hämatit mit Wasserstoff wird der Reduktionsmittelbedarf um 33 % reduziert, wenn die Hämatit-Route durch direkte Eisenkarbonatreduktion umgangen wird.
Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines alternativen Verfahrens zur Erzeugung von metallischem Eisen basierend auf der Direktreduktion von Eisenkarbonat mit Wasserstoff
und der Abtrennung der nicht umgesetzten Erzmatrix, insbesondere der silikatischen Gangart, für den darauffolgenden Einsatz im Stahlkonverter.

Ausgangssituation

Die Eisen- und Stahlindustrie ist einer der bedeutendsten, aber auch emissionsreichsten, Industriezweige weltweit und trägt derzeit 13-25 % zu den anthropogenen CO₂-Emissionen bei. Zwei Drittel der weltweiten Produktion basieren auf der Reduktion von Hämatit (Fe₂O₃) im Hochofen. Als Reduktionsmittel wird vorwiegend Koks eingesetzt. In den letzten Jahren stieg die weltweite Stahlproduktion von 1,53 Gt in 2013 auf 1,60 Gt in 2015 an. Etwa 50 % des Stahls und 57 % des Eisens werden in China hergestellt. In Österreich wird Roheisen und Stahl an zwei Standorten, in Linz und in Donawitz, hergestellt. Österreich und China haben reiche Vorkommen am karbonatischen Eisenerz Siderit (FeCO₃). Die Aufbereitung von Siderit ist aufgrund des niedrigen Eisengehaltes eine technische und technologische Herausforderung. Das Verfahren nach dem Stand der Technik beinhaltet das aufwändige Rösten mit Luftsauerstoff am Sinterband zur Abstreifung von CO₂ und zur Überführung von Siderit in hochofengängigen Hämatit.