CZ297878B6 - Technologie zpracování kovonosných odpadu s obsahem zinku v rotacní peci - Google Patents

Abstract

Zpusob zpracování kovonosných odpadu s obsahem zinku, olova a kadmia s celkovým obsahem techto prvku vyssím nez 5 %, napríklad kalu a odprasku z výroby oceli, v rotacní troubové peci nebo v baterii rotacních troubových pecí dávkovým zpusobem nebo kontinuálne pomocí fosilních paliv v redukci a prípadným tavením kovonosných odpadu. Zpracování kovonosných odpadu s obsahem zinku, olova a kadmia se provádí redukcí uhlíkem, a to bud redukcí v tuhém stavu s podílem taveniny v redukované smesi oxidu nizsím nez 20 % a maximální teplotou redukce nizsí nez 1200 .degree.C; nebo redukcí v polotekutém stavu s podílem taveniny v redukované smesi oxidu nizsím nez 60 % a teplotou redukce vyssí nez 1150 .degree.C a nizsí nez 1350 .degree.C, pri které se vyredukovaný kov nauhlicuje prebytkem uhlíku v redukované vsázce; nebo redukcí v tekutém stavu s podílem taveniny v redukované smesi oxidu vyssím nez 60 % a nizsím nez 95 % a s teplotou redukce vyssí nez1250 .degree.C a nizsí nez 1650 .degree.C, která se provádí na hladine taveniny zeleza s vyssím obsahem uhlíku. Zarízení k provádení tohoto zpusobu sestává z jedné nebo z nekolika rotacních troubových pecí usporádaných do baterie. Pece se podle zpusobu zpracování odpadu lisí pomerem L/D, kde L je délka pece, a D je vnitrní prumer pece, pricemz pece pro kontinuální zpracování jsou delsí a mají pomer L/D alespon 10, a u pecí pro dávkový zpusob zpracování nepresahuje pomer L/D hodnotu 8, a vnitrníprostor pece naplnený odpadem nejvýse do 40 % celkového vnitrního objemu pece vytvárí dve výrazne oddelené zóny, a to první zónu s redukcním prostredím, a druhou zónu s oxidacním prostredím.

Description

Technologie zpracování kovonosných odpadů s obsahem zinku v rotační peci

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení ke zpracování kovonosných odpadů s obsahem zinku, olova kadmia s celkovým obsahem těchto prvků vyšším než 5 %, například kalu a odprašků z výroby oceli. Základem řešení je to, že odpady se zpracovávají v rotační troubové peci nebo v baterii rotačních troubových pecí, v nichž se provádí redukce uhlíkem buď v tekutém, polotekutém, nebo tuhém stavu. Rotační troubová pec je naplněna zpracovávaným odpadem nejvýše do 40 % celkového vnitřního objemu pece, což umožňuje volné proudění plynů nad vsázkou a snadný odtah prachových složek bohatých na zinek, olovo a kadmium z pece. Tento proces probíhá při zachování zvýšené celkové tepelné účinnosti tavení kovonosných surovin, při snížení investiční náročnosti procesu a při snížení ekologické zátěže životního prostředí. Produktem procesu je přímo redukované železo, odprašky bohaté na zinek, olovo a kadmium a inertní struska.

Dosavadní stav techniky

V současnosti je ve světě vyvíjena řada procesů pro zpracování odpadů. To svědčí o rostoucích problémech se zpracováním kovonosných odpadů a rostoucím tlaku na ekologii metalurgických procesů. Dosud však není jednoznačného vítěze v technologii zpracování odpadů. Existují následující řešení:

• Přímá redukce v rotační karuselové peci v Japonsku zvládnutá pro odpady s vyšším obsahem železa do průmyslové realizace, v Evropě je vývoj tímto směrem zastaven • Tavné procesy v elektrické obloukové peci zejména v Evropě, což je současný trend • Redukce a tavení v rotační peci je ve stádiu vývoje

Na základě současných znalostí lze konstatovat, že v dnešní době jsou pro zpracování rud a kovonosných odpadů dokončeny a nebo průmyslově zkoušeny následující různé technologie. Uvedené procesy jsou vesměs zaměřeny na zpracování bohatých rud. Výrobnost těchto zařízení je předurčuje pro komerční výrobu přímo redukovaných produktů.

Proces ZERO WASTE je technologie zpracování ocelářských strusek s cílem vyredukovat lehce redukovatelné oxidy (železo a mangan a dále pak v případě odpadů z výroby nerez ocelí i chrom, nikl a molybden) a upravit složení strusky tak, aby vzniklá struska byla vhodná jako hydraulické pojivo. Při procesu vzniká jistá úspora produkce CO₂. Vše probíhá v zařízení podobném pánvové peci. Tato technologie byla v rámci evropského projektu zkoumána na pilotním zařízení ve VÍTKOVICE - Strojírenství. Technickými problémy jsou životnost injektážních trubic, řízení tekutosti strusek a tvar a konstrukce pece.

V roce 2000 byl uveden do zkušebního provozu proces PRIMUS. Tato technologie je v současnosti využívána pro zpracování odprašků z EOP a válcovenských okují. Proces využívá prohrabovací víceposchoďovou pec, často nazývanou Herreshoffova-Wedgenova; tento typ pece se v minulosti často používal pro pražení rud. Materiál se nepřetržitě podává do středu plošiny na nejvyšším poschodí pece a hřebla ho postupně přehrabují a dopravují na obvod, kde propadá na spodní patro. Pec je po výšce rozdělena do několika sekcí v nichž podle teploty probíhají příslušné chemické reakce. V horní části pece dochází k sušení. Ve střední části dochází k předehřevu, odpaření olejů a kalcinaci. Ve spodní části pece s nejvyšší teplotou pak dochází k redukci a odpařování zinku a olova. Tyto kovy jsou následně dospáleny a odcházejí z procesu ve formě prachu. Po roce provozu se nepodařilo dosáhnout projektované kapacity zařízení. Důvodem je rekalcinace oxidů železa v oblasti, kde je ukončena destilace olejů a těkavých složek uhlí. Při této rekalcinaci dochází k nalepování uhličitanu železnatého na hrabla, čímž je narušen tok materiálu v peci.

-1 CZ 297878 B6

Firma NIPPON STEEL vyvinula proces tavení a redukce v šachtové peci - proces NSC. Zdrojem teplaje komunální odpad. V šachtové peci dochází k tavení a vitrifíkaci odpadů. Proces je napojen na využití odcházejících plynů s vysokým obsahem chemického tepla. Zařízení je široce používané a slouží ke zpracování komunálního odpadu. Za důležité je třeba považovat podávání odpadů na různých úrovních šachty.

U výrobního způsobu Comet je základním zařízením je karuselová pec (RHF - rotary hearth fumace). Nístěj se pohybuje uprostřed tunelu kruhové pece a je kontinuálně pokrýván tenkou vrstvou sušeného materiálu, střídavě drceného uhlí a jemné železné rudy. Pro odsíření je mícháno uhlí s malým množstvím vápence nebo hašeného vápna. Během řešení projektu na rozšíření výrobní kapacity pilotního zařízení na výrobní závod s kapacitou 750 kt/rok se objevila řada těžko překonatelných problémů. Teploty v nístějí rotační karuselové peci dosáhly 1425 až 1520 °C. Prach vznikající v procesu za takto vysokých teplot reaguje s vyzdívkou a vede k její iychlé degradaci. Rovněž se nepodařilo dosáhnout dostatečné stability procesu před plánovaným zvětšením zařízení, které mělo být cca 50krát.

Midrex dále společně s firmou Kobe Steel vyvinuly vlastní proces ITMK3 redukce kovonosných odpadů v rotační karuselové peci. Pilotní zařízení je postaveno v Kakogawa Works a má průměr nístěje 4 m. Tento proces je však ve stádiu vzniku. Tomu odpovídá poměrně malé pilotní zařízení. Vlastní myšlenka oddělení struskové a kovové fáze v polotekutém stavuje velmi zajímavá. Z technického hlediska je náročná zejména pro přípravu pelet a stabilizaci jejich chemického ale také fázového složení. Dalším problémem je však možnost interakce struskové fáze s keramikou nístěje pece.

Proces OXYFINE slouží ke spékání a sušení prachových materiálů. Proces umožňuje zpracovávat dopravitelný kal jak pneumaticky, tak i kalovým čerpadlem. Princip je založen na injektáži odpadu do středu plamene kyslíko-plynového hořáku. Materiál se zde taví a hořlavé složky hoří. Míra oxidace je nízká. Tímto způsobem jsou zpracovávány například podsítné podíly z výroby FeSi. Při zpracování odpadů dochází k roztavení tuhých částic a vzniká struska, která se hromadí na dně reaktoru. Na hořáku lze roztavit suché i vlhké odpady až do vlhkosti 65 %. Rozhodující pro správnou funkci je dokonalé rozptýlení (atomizace) zpracovávaného odpadu.

Proces CONTOP je v podstatě tavný cyklón - to znamená, že se jedná o zařízení pro tavení za velmi vysokých teplot (kolem 1800 až 2000 °C). Je určeno pro tavení kovů i oxidů. Neumožňuje provést redukci přímo v agregátu. Plánuje se rozšíření cyklónu o pevnou nístěj, ve které by případná redukce byly možná. Zařízení je určeno ke pracováním nebezpečných odpadů jejichž likvida činí značné problémy. Jedná se zejména o zbytky barev a ostatní organické odpady. Tyto odpady slouží současně jako zdroj tepla.

Nízkošachetní pec TECNORED je vyvíjena ve spolupráci DANIELI-CORUS jako alternativní způsob výroby surového železa bez použití koksu. Tento způsob je deklarován rovněž jako způsob vhodný pro zpracování odpadů. Uvedená technologie využívá dlouhodobých zkušeností s vývojem nízkošachetních pecí vNDR a současně v Belgii v Uiěge v 50 letech. Výzkum na tomto poli trvá dosud. Za hlavní přednost je lze považovat aplikaci samoredukovatelných pelet a rozvětvení šachty. Za problematické lze považovat přípravu horkého větru při zpracování odpadů s vyšším obsahem zinku. Zpracování odpadů se zinkem vede k velmi vysokým obsahům prachu a bude zhoršovat podmínky přestupu tepla v rekuperátorech. Rovněž nejsou publikovány data o interakci prachu se vsázkou a o snižování průchodnosti pece.

Proces OXYCUP vynalezla firma Kuttner ve spolupráci s Thyssenem a je založený na upravené kuplovně. Toto zařízení je velmi vhodné pro přetavování slitků, ale zpracování kalů s vyšším obsahem Zn je však velmi komplikované. U kuploven při odstraňování Zn z kovonosných odpadů činí potíže nízká teplota varu kovu a naopak vysoká teplota varu oxidů. Páry kovového zinku snadno kondenzují a oxidy se při metalurgických teplotách vyskytují vždy v tuhém stavu. Oxidace par Zn vede k další velmi nepříjemné vlastnosti tuhého oxidu, neboť zoxidované páry zinku

-2CZ 297878 B6 tvoří velmi jemný prach, který se lepí prakticky na všechny povrchy. Vlastní mechanismy chování Zn a Pb jsou velmi složité. Uvedené prvky se v kalu nevyskytují pouze ve formě oxidů nebo kovů. Jejich formy jsou mnohem komplexnější vznikají interakce mezi oxidy zinku a železa a celá situace se dále komplikuje přítomností chloridů a fluoridů.

Známým procesem z hlediska zpracování rud v rotační peci je technologie používaná pro redukci železa a rud. Existují různé konstrukce vnitřního válce pece, přičemž k redukci železa může docházet jak v pevném, tak i v tekutém stavu. Nejznámějším způsobem je však redukce v těstovitém stavu, tak zvané hrudkování. Zde je pec delší a tím i teplota na výstupním konci pece je vyšší. Za vhodných podmínek pak dojde k vytváření větších částic vyredukovaného železa, které se nazývají hrudky. Celý pochod se nazývá hrudkování a pásmo pece, ve kterém probíhá, se nazývá hrudkovací pásmo. Hrudkování vyžaduje vyšší teplotu 1250 až 1300 °C a předpokládá takovou volbu hradícího kroužku na konci pece, aby se dosáhlo vyváženého redukčního a oxidačního prostředí, a to tak, aby se hrudky mohly tvořit. K tvorbě je zapotřebí určité viskozity strusky, aby hrudky neklesaly až na vyzdívku a nenalepovaly se na ni. Musí zde být zaručená i určitá kyselost strusky - proto je hrudkování vhodné především pro zpracování kyselejších rud. Charakteristické pro všechny hrudkovny je to, že se pracuje s pecemi dlouhými 60 m při vnějším průměru 3,6 m. Otáčí se zhruba jednou za minutu. Ve světě však existují i větší pece. Na viskozitě strusky a délce hrudkovacího pásma pak závisí velikost hrudek, přičemž za optimálních podmínek je jich nejvíce o velikosti 2 až 8 mm. Největšími problémy se zde jeví produktivita pochodu a nižší výdržnost vyzdívek. Možnosti dalšího zpracování jsou dány jejich složením. Obvykle mají vyšší obsah fosforu a síry a hodí se především jako přísada do vysokých pecí. Lze je použít pro přísadu do pecí elektrických, ovšem za cenu prodloužení doby na odfosfoření a odsíření. Tavení hrudek se zkoušelo i v peci bubnové, přičemž odsíření bylo řešeno pevným vápnem.

Výhody rotačních pecí vedly ve výrobě železa a v ocelářství ke vzniku řady technologií a patentů. V oblasti ocelářství jsou známy následující patentové dokumenty:

EP 0134336 popisuje využití rotační pece ve spojení se sekundární metalurgií a kontinuálním odléváním oceli.

EP 0933436 popisuje využití rotační pece pro tavení a předehřev přímo redukovaného železa a jeho odsíření.

WO 94/11536 popisuje kontinuální rotační pec rozdělenou do dvou sekcí. První sekce slouží k předehřevu a tavení, a druhá sekce k přehřátí taveniny na požadovanou teplotu. Zařízení je vybaveno injektáží uhlíku do taveniny v druhé sekci.

WO 95/29137 popisuje zařízení ke stahování strusky z metalurgických agregátů například rotačních pecí.

WO 99/60172 popisuje kontinuální rotační pec rozdělenou do dvou sekcí. První sekce slouží k předehřevu a tavení, a druhá sekce k přehřátí taveniny na požadovanou teplotu. Zařízení je vybaveno injektáží uhlíku do taveniny v druhé sekci. Na konci druhé sekce je připojeno vakuovací zařízení s jehož pomocí je možno čerpat roztavenou ocel z rotační pece.

US 4 105 438 popisuje zařízení rotační pece a způsob odsávání roztaveného kovu pomocí podtlaku.

US 3 991 987 popisuje spojení rotační pece s elektrickou obloukovou pecí. V rotační peci probíhá vlastní ohřev taveniny na požadovanou teplotu.

-3CZ 297878 B6

US 3 514 280 popisuje zařízení pro kontinuální výrobu oceli tavením v rotační peci. Tato rotační pec je vybavena dvojicí hořáků umístěných na protilehlých stranách pece. Kov z pece odtéká průběžně přes sifonové zařízení.

US 4 062 674 popisuje využití rychlo-obrátkové rotační pece pro výrobu železa a oceli. Rychlost rotace této pece je taková, že odstředivá síla drží vsázku na vnitřní straně pláště.

US 3 689 251 popisuje soustavu rotačních pecí pro přímou redukci a následné tavení a zpracování ocelové taveniny.

US 5 163 997 popisuje zařízení pro kontinuální výrobu oceli tavením v rotační peci. Tato rotační pec je rozdělena na dvě zóny a je vybavena dvojicí hořáků umístěných na protilehlých stranách rotační pece. Hořák na sázecí straně slouží k dospalování a předehřevu pevné vsázky. WO 91/07127 popisuje rotační pec pro spalování nebezpečného odpadu s následným tavením vzniklé strusky.

EP 0442040 popisuje zařízení pro redukci pelet.

EP 0982407 popisuje zařízení pro tavení anorganických látek s jejich injektáží pod plamen.

Pro použití ve slévárenství jsou známy následující patentové dokumenty:

US 5 141 208 popisuje spojení dvou pecí do série z nichž jedna slouží jako taviči agregát a druhá pro předehřev.

EU 067387 popisuje pece, které jsou běžně používané ve slévárenství.

Po roce 2000 pokračuje zájem o rotační pece v USA.

US 2001/6012 popisuje zařízení pro kontinuální tavení kovu v rotační peci. Zařízení je vybaveno řadou trysek, hořáků a dopravníkem vsázky, který umožňuje kontinuální výrobu. Zařízení využívá tepla spalin z taviči zóny v zóně předehřevu vsázky.

US 2002/130448 popisuje velmi komplikované zařízení spojené sjednou rotační pecí sloužící k přímé výrobě surového železa nebo oceli z rudy. Zařízení se skládá z redukčního reaktoru, ve kterém probíhá redukce oxidů v plynné fázi. Redukční reaktor může být například šachtová pec, autor připouští všechny známé postupy přímé redukce v plynné fázi. Částečně zredukovaný produkt je v horkém stavu dopraven do dlouhé rotační pece, ve které je dokončena redukce a tavení. V tomto zařízení je rovněž možno provést oduhličení. Jedná se tedy o univerzální zařízení kontinuálního typu, ve kterém jsou jednotlivé fáze procesu jednoznačně odděleny v jednotlivých zónách.

EP 0441052 a US 5 188 658 popisují zařízení pro zpracování odpadních materiálů s obsahem zinku v elektrické obloukové peci. Kromě agregátu pro zpracování odpadů se tento patent liší atmosférou v peci. V peci je udržována spíše redukční atmosféra a poměr CO₂ ku CO je udržován na hodnotě pod 0,3. Vypařovaný zinek a další těkavé kovy jsou zachycovány v metalické formě.

CZ 295780 se zabývá výrobou oceli v rotační peci, a to včetně zpracování metalurgických odpadů na tavenině železa s vyšším obsahem uhlíku. Tato technologie je omezena na zpracování vsázky s maximálním obsahem odpadů 50 %. Produktem procesu podle tohoto patentuje tekutá kov pro následné zpracování na technologiích běžných v existujících ocelárnách. Zpracování vsázky s nižším obsahem odpadů snižuje obsah zinku v odprašcích.

-4CZ 297878 B6

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je způsob zpracování kovonosných odpadů z výroby oceli s obsahem zinku pomocí fosilních paliv a kyslíku nebo kyslíkem obohaceným předehřátým vzduchem v rotační troubové peci. Navrhovaný způsob spočívá v redukci kovonosných odpadů z výroby oceli s obsahem zinku, olova a kadmia s celkovým obsahem těchto prvků vyšším než 5 % v rotační troubové peci nebo baterii rotačních troubových pecí dávkovým nebo kontinuálním způsobem v podmínkách intenzifíkovaného přestupu tepla. Takové podmínky jsou vytvořitelné v rotační troubové peci, ve které jsou zdrojem tepla fosilní paliva a kyslík nebo kyslíkem obohacený vzduch. Výrobnost zařízení je zabezpečena velikosti nebo počtem rotačních troubových pecí bateriovým uspořádáním. Dobrý přestup teplaje zajišťován mícháním vsázky.

Zpracováním odpadů vznikají tři produkty:

• přímo redukované železo ve formě železné houby, hrudek nebo v tekutém stavu;

• odprašky bohaté na oxidy zinku olova a kadmia s celkovým obsahem vyšším než 30 %; a • inertní struska vhodná pro další použití ve stavebnictví.

Způsob zpracování kovonosných odpadů z výroby oceli pomocí fosilních paliv a kyslíku nebo kyslíkem obohaceným předehřátým vzduchem v rotační troubové peci. Zpracování kovonosných odpadů probíhá v rotační troubové peci nebo baterii rotačních troubových pecí, přičemž rotační troubová pec se plní zpracovávaným odpadem nejvýše do 40 % celkového vnitřního objemu pece, což umožňuje volné proudění plynů nad vsázkou a snadný odtah prachových složek bohatých na zinek, olovo a kadmium z pece. Vytváří se tak výrazně oddělené zóny, a to zónu s redukčním prostředím, což je část pece, ve které se vyskytuje vsázka v kondenzované fázi, za přítomnosti uhlíku a oxidu uhelnatého; a zónu s oxidačním prostředím, což je část pece nad vsázkou, ve které dochází k dospálení plynných produktů redukce, ke spalování fosilních paliv kyslíkem a k oxidaci vypařených kovů odcházejících z pece ve formě odprašků. Obsah volného kyslíku v odtahu z této zóny je minimálně 2 %.

Vlastní proces redukce v rotační troubové peci zabezpečuje oddělení strusky, železa a odprašků bohatých na oxidy zinku, olova a kadmia vhodných k dalšímu zpracování, přičemž obsah ZnO v odprašcích je vyšší než 30 %. Potřebná teplota je zajištěna pomocí kyslíkového hořáku, pro který se jako palivo používají uhlovodíky nebo prachové uhlí. Vysoká účinnost procesuje zajištěna intenzivním přestupem tepla, což vede k zvýšení celkové tepelné účinnosti ohřevu, redukce a případného tavení kovonosných odpadů.

Zpracování kovonosných odpadů se provádí redukcí kovonosných odpadů s obsahem zinku, olova a kadmia uhlíkem, a to buď redukcí v tuhém stavu, nebo redukcí v polotekutém stavu, nebo redukcí v tekutém stavu.

Redukce v tuhém stavu se provádí s podílem taveniny v redukované směsi oxidů nižším než 20% a s maximální teplotou redukce nižší než 1200 °C. Bazicita balastních oxidů, například CaO, SiO₂, MgO a A1₂O₃, se upravuje tak, aby poměr CaO ku SiO₂ byl vyšší než 1,5, což umožňuje odsíření. Celý proces je velmi citlivý na složení strusky. Do procesu zpracování odpadů se do směsi pro redukci v tuhém stavu přidává uhlík v prachovém stavu tak, aby se při smíchání zabezpečil kontakt mezi oxidy a uhlíkem, a kde redukce může probíhat kontinuálně nebo dávkovým způsobem. Produktivita zařízení je závislá na redukční teplotě a na jemnosti přidávaných odpadů, redukčních látek a struskotvomých aditiv; v tomto případě je produktivita nižší než 0,08 t na 1 m³ vnitřního objemu pece za hodinu. Vyredukovaný kov se následně odděluje magnetickou separací a po magnetické separaci se briketuje nebo se používá přímo v ocelárně jako náhrada šrotu nebo pro obohacení vsázky ve vysoké peci.

Redukce v polotekutém stavu s podílem taveniny v redukované směsi oxidů nižším než 60 % se provádí při teplotě vyšší než 1150 °C a nižší než 1350 °C. Vyredukovaný kov se nauhličuje pře

-5CZ 297878 B6 bytkem uhlíku v redukované vsázce, což vede k poklesu teploty tavení vyredukovaného kovu pod teplotu, při které dochází k redukci, a takto nauhličené kapky kovu se ve vysoce viskózní strusce postupně spojují do nugetů s velikostí větší než 2 mm, jejichž vznik umožňuje struska s poměrem CaO ku SiO₂ v rozmezí od 0,05 do 0,7 a s obsahem MgO a A1₂O₃ nepřesahujícím 30 % celkového obsahu balastních látek. Tyto balastní látky jsou ve stavu těstovitém a mají vysokou viskozitu. Strusky neumožňují podstatné odsíření a rozdělovači koeficient síry mezi struskou a kovem je menší než 10. Do směsi pro redukci se přidává uhlík v prachovém stavu tak, aby se při smíchání s odpadem zabezpečil kontakt mezi oxidy kovů a uhlíkem, a kde redukce může probíhat kontinuálně nebo dávkovým způsobem. Produktivita zařízení je závislá na redukční teplotě a na jemnosti přidávaných odpadů, redukčních látek a struskotvomých aditiv; v tomto případě je produktivita nižší než 0,15 t na 1 m³ vnitřního objemu pece za hodinu. Vyredukovaný kov se odděluje magnetickou separací, a po magnetické separaci se briketuje nebo se používá přímo v ocelárně jako náhrada šrotu nebo pro obohacení vsázky ve vysoké peci.

Redukce v tekutém stavu s podílem taveniny v redukované směsi oxidů vyšším než 60 % a nižším než 95 % a s teplotou redukce vyšší než 1250 °C a nižší než 1650 °C se provádí na hladině taveniny železa s vyšším obsahem uhlíku s tím, že směs oxidů se volí tak, aby poměr CaO ku SiO₂ byl rozmezí od 0,5 do 1,5, optimálně kolem 1,2, a obsah MgO nepřesahoval 20 %, a obsah A1₂O₃ nepřesahoval 40 % celkového obsahu balastních látek tak, že tavenina umožňuje únik plynných produktů redukce ve formě bublin. Uhlík se do taveniny železa pod hladinu kovu přidává pomocí injektážní trysky, která se současně používá jako míchací zařízení. Po redukci se struska stáhne a část taveniny se slije. Na zbylou taveninu se opět přidá zpracovávaný odpad. Vyredukovaný kov se odděluje od strusky gravitační separací strusky a roztaveného kovu, a tekutý kov se pak zpracovává klasickými způsoby, například odlitím nebo přímo jako tekutá vsázka pro ocelářský agregát. Při redukci v tekutém stavu je produktivita nižší než 0,3 t na 1 m³ vnitřního objemu pece za hodinu.

Zařízení k provádění způsobu zpracování kovonosných odpadů s obsahem zinku, olova a kadmia s celkovým obsahem těchto prvků vyšším než 5% podle vynálezu sestává z jedné nebo z několika rotačních troubových pecí uspořádaných do baterie, umožňujících dosažení vhodné kapacity pro zpracování kovonosných odpadů, do kterých je vsázka přidávaná buď kontinuálně, což znamená, že do rotační troubové pece je po alespoň 60 % doby redukce přidáván kovonosný odpad s obsahem zinku, olova a kadmia, nebo rotační troubové pece pracují dávkovým způsobem. Pece se podle způsobu zpracování odpadů liší poměrem L/D, kde L je délka pece, a D je vnitřní průměr pece, přičemž pece pro kontinuální zpracování jsou delší a mají poměr L/D alespoň 10. U pecí pro dávkový způsob zpracování nepřesahuje poměr L/D hodnotu 8. Vnitřní prostor pece naplněný odpadem nejvýše do 40 % celkového vnitřního objemu pece vytváří dvě výrazně oddělené zóny, kde první zónou s redukčním prostředím je část pece, ve které se vyskytuje vsázka v kondenzované fázi, je zde přítomen uhlík a oxid uhelnatý, kde druhou zónou s oxidačním prostředím je část pece nad vsázkou, ve které dochází k dospálení plynných produktů redukce, ke spalování fosilních paliv kyslíkem a k oxidaci vypařených kovů, které odcházejí z pece ve formě odprašků, přičemž obsah volného kyslíku v odtahu z této zóny je minimálně 2%.

Hlavní výhodou způsobu podle vynálezu je přímé využití chemického potenciálu fosilních paliv pro ohřev vsázky, redukci a případné její tavení. Technické řešení s odděleným prostorem s oxidační a redukční atmosférou umožňuje plné využití chemického tepla paliva. Rotační troubová pec dále umožňuje zvýšení celkové tepelné účinnosti neboť toto uspořádání zajišťuje velmi dobrý přestup tepla. Hlavním rozdílem od klasických způsobů přímé redukce v rotační peci je sladění technologického postupu se vsázkovými materiály bohatými na těkavé složky jako je například zinek a olovo a optimalizace struskového režimu dle teploty a typu prováděné redukce a dále výroba tří produktů přímo redukovaného železa, zinkového koncentrátu a inertní strusky. Zejména možnost přímé výroby zinkového koncentrátu tento postup odlišuje od ostatních procesů zpracování rud v rotačních pecích. Z konstrukčního hlediska je výhodou vytvoření poměrně malého kompaktního agregátu pro zpracování odpadů při současném snížení investiční nároč

-6CZ 297878 B6 nosti zařízení a zjednodušení procesu ve srovnání s ostatními známými procesy zpracování odpadů. V případě bateriového uspořádání tavících agregátů je výhodou optimální využití kapacity čistírny odpadních plynů, sázecích zařízení a podobně. Koncepce více agregátů umožňuje tandemové uspořádání vhodné pro předehřev. Z technologického hlediska je výhodou navrhovaného procesu přímé využití chemického potenciálu fosilních paliv pro zpracování kovonosných odpadů a že proces umožňuje řídit míru kontaktu pevné vsázky se spalinami.

Přehled obrázku na výkrese

Na obrázku č. 1 je uveden příklad průběhu redukce v tuhém stavu.

V úvodní etapě ohřevu dochází k mírně oxidaci odpadu a k nárůstu obsahu Fe₂O₃. Po dosažení teploty 900 °C je proces redukce poměrně rychlý a po čase mírně přesahujícím 2 hodiny je dosaženo cca 90% metalizace.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1 Zpracování kovonosných odpadů redukcí v tuhém stavu v rotační peci dávkovým způsobem

Zařízení a technologie je řešena tak, aby proces dosahoval optimální tepelné účinnosti a aby se omezila oxidace vsázky a již vyredukovaného materiálu na nutné minimum. Pro toto řešení je třeba zajistit vysokou teplotu plamene, intenzivní přestup tepla a silné redukční podmínky v peci. Obou těchto požadavků je dosahováno v navrhovaném zařízení. Vysoké teploty plamene je dosahováno hořením paliva s kyslíkem nebo s předehřátým kyslíkem obohaceným vzduchem. Redukčního prostředí je dosaženo přísadou prachového uhlí, antracitu, koksu nebo polokoksu, případně látek s vysokým obsahem uhlíku. Redukční přísada je do vsázky přidávána s přebytkem. Teplota redukce nepřesahuje v tomto případě 1200 °C.

Intenzivního přestupu teplaje dosahováno kombinací několika mechanismů přestupu tepla. Jedná se zejména o:

• přímý ohřev vsázky plamenem při její nízké povrchové teplotě;

• sálání plamene na vsázku a vyzdívku po dosažení povrchové teploty vsázky 900 °C;

• další mechanismy přestupu tepla způsobené otáčející se pecí:

o promíchávání vsázky, která zajistí přesun relativně chladné vsázky na povrch a rozehřáté vsázky z povrchu do objemu vsázky;

o rozehřátá vsázka je mícháním vnášena do objemu, kde předává teplo okolní chladnější vsázce;

o přestup tepla z rozehřáté vyzdívky do vsázky při kontaktu vyzdívky se vsázkou.

Navrhovaný proces tedy spočívá v redukci pevné vsázky kovonosných odpadů s obsahem zinku, olova a kadmia s celkovým obsahem vyšším než 5 % pomocí fosilních paliv v podmínkách intenzifikovaného přestupu tepla. Takové podmínky jsou vytvořeny v rotační troubové peci. Přestup teplaje zajišťován mícháním vsázky a velkou plochou pro přestup tepla-vsázka je ohřívána nejen shora, ale i zespodu.

Zpracování kovonosných odpadů je podobné zpracování rud v rotačních pecích. Od zpracování rud se proces odlišuje vysokým obsahem zinku ve vsázce a vysokým množstvím odprašků, které přesahuje 10 % vsazených odpadů, a dále konstrukční pece, která je pro tento případ s poměrem L/D (délka pece / vnitřní průměr pece) menším než 8. Doba zpracování kovonosných odpadů

-7CZ 297878 B6 závisí na způsobu míšení vsázky s redukčními činidly na bázi uhlíku a mění se od 0,5 hodiny do 20 hodin. Příklad průběhu metalizace je znázorněn na obrázku č. 1. Po úvodní etapě ohřevu nastává rychlá redukce. Doba ohřevu a redukce je dána využitým objemem pece a s klesajícím využitím se doba zkracuje. Dosažený stupeň redukce je vyšší než 60 %. Stupeň redukce je dán ekonomickou optimalizací. Vyšší stupeň redukce vede k vyšším nákladům na energie, ale neovlivňuje podstatně stupeň odstranění zinku, olova a kadmia. Vyredukovaný materiál je z pece vysypán do chladiče, kde je produkt redukce ochlazen v podmínkách s omezeným přístupem kyslíku. Následně je produkt redukce mechanicky upraven pro následnou magnetickou separaci.

Příklad 2 Zpracování kovonosných odpadů redukcí v tuhém stavu v rotační peci kontinuálním způsobem

Zařízení a technologie je řešena tak, aby proces dosahoval optimální tepelné účinnosti a aby se omezila oxidace vsázky a již vyredukovaného materiálu na nutné minimum. Pro toto řešení je třeba zajistit vysokou teplotu plamene a intenzivní přestup tepla a silné redukční podmínky v peci. Obou těchto požadavků je dosahováno v navrhovaném zařízení. Vysoké teploty plamene je dosahováno hořením paliva s kyslíkem nebo s předehřátým kyslíkem obohaceným vzduchem. Redukčního prostředí je dosaženo přísadou prachového uhlí, antracitu, koksu nebo polokoksu, případně látek s vysokým obsahem uhlíku přímo do vsázky. Redukční přísada je do vsázky přidávána s přebytkem, přičemž k míchání vstupních látek může docházet i v peci v průběhu procesu. Teplota redukce nepřesahuje na konci pece 1200 °C. Vsázka je v tomto případě upravena peletizací, briketováním neboje sázena bez úpravy a vsázku není třeba předem sušit. Vsázka je sázena průběžně.

Intenzivního přestupu teplaje dosahováno kombinací několika mechanismů přestupu tepla. Jedná se zejména o:

• přímý ohřev vsázky plamenem při její nízké povrchové teplotě;

• sálání plamene na vsázku a vyzdívku po dosažení povrchové teploty vsázky 900 °C;

• další mechanismy přestupu tepla způsobené otáčející se pecí:

o promíchávání vsázky, která zajistí přesun relativně chladné vsázky na povrch a rozehřáté vsázky z povrchu do objemu vsázky;

o rozehřátá vsázka je mícháním vnášena do objemu, kde předává teplo okolní chladnější vsázce;

o přestup tepla z rozehřáté vyzdívky do vsázky při kontaktu vyzdívky se vsázkou.

Navrhovaný proces tedy spočívá v redukci pevné vsázky kovonosných odpadů s obsahem zinku, olova a kadmia s celkovým obsahem vyšším než 5 %, pomocí fosilních paliv v podmínkách intenzifíkovaného přestupu tepla. Takové podmínky jsou vytvořeny i v kontinuální rotační troubové peci. Dobrý přestup teplaje zajišťován mícháním vsázky a velkou plochou pro přestup tepla - vsázka je ohřívána nejen shora, ale i zespodu.

Zpracování kovonosných odpadů je podobné zpracování rud v rotačních pecích. Od zpracování rud se proces odlišuje vysokým obsahem zinku ve vsázce a vysokým množstvím odprašků, které přesahuje 10 % vsazených odpadů. Konstrukce pece je pro tento případ prodloužena s poměrem L/D (délka pece / vnitřní průměr pece) větším než 10. Doba zpracování závisí na způsobu míšení vsázky s redukčními činidly na bázi uhlíku a mění se od 0,5 hodiny do 20 hodin. Po úvodní etapě ohřevu nastává rychlá redukce. Doba ohřevu a redukce je dána využitým objemem pece a s klesajícím využitím se doba zkracuje. Dosažený stupeň redukce je vyšší než 60 %. Stupeň redukce je dán ekonomickou optimalizací. Vyšší stupeň redukce vede k vyšším nákladům na energie, ale neovlivňuje podstatně stupeň odstranění zinku, olova a kadmia. Vyredukovaný materiál je z pece vysypán do průběžného chladiče, kde je produkt redukce ochlazen v podmínkách

-8CZ 297878 B6 s omezeným přístupem kyslíku. Následně je produkt redukce mechanicky upraven pro následnou magnetickou separaci.

Příklad 3 Zpracování kovonosných odpadů redukcí v polotekutém stavu dávkovým způsobem

Zařízení a technologie je řešena tak, aby proces dosahoval optimální tepelné účinnosti a aby se omezila oxidace vsázky a již vyredukovaného materiálu na nutné minimum. Pro toto řešení je třeba zajistit vysokou teplotu plamene a intenzivní přestup tepla a silné redukční podmínky v peci. Obou těchto požadavků je dosahováno v navrhovaném zařízení. Vysoké teploty plamene je dosahováno hořením paliva s kyslíkem nebo s předehřátým kyslíkem obohaceným vzduchem. Redukčního prostředí je dosaženo přísadou prachového uhlí, antracitu, koksu nebo polokoksu případně látek s vysokým obsahem uhlíku do vsázky s přebytkem. Teplota redukce nepřesahuje v tomto případě 1350 °C.

Intenzivního přestupu teplaje dosahováno kombinací několika mechanismů přestupu tepla. Jedná se zejména o:

• přímý ohřev vsázky plamenem při její nízké povrchové teplotě;

• sálání plamene na vsázku a vyzdívku po dosažení povrchové teploty vsázky 900 °C;

• míchání vysoce viskózní strusky;

• další mechanismy přestupu tepla způsobené otáčející se pecí:

o promíchávání vsázky, která zajistí přesun relativně chladné vsázky na povrch a rozehřáté vsázky z povrchu do objemu vsázky;

o rozehřátá vsázka je mícháním vnášena do objemu, kde předává teplo okolní chladnější vsázce;

o přestup tepla z rozehřáté vyzdívky do vsázky při kontaktu vyzdívky se vsázkou.

Navrhovaný proces tedy spočívá v redukci pevné vsázky kovonosných odpadů s obsahem zinku, olova a kadmia s celkovým obsahem vyšším než 5 % ve strusce v těstovitém stavu, pomocí fosilních paliv v podmínkách intenzifíkovaného přestupu tepla. Takové podmínky jsou vytvořeny v rotační troubové peci. Dobrý přestup tepla je zajišťování mícháním vsázky a velkou plochou pro přestup tepla - vsázka je ohřívána nejen shora, ale i zespodu.

Zpracování kovonosných odpadů je v tomto případě podobné zpracování rud na hrudky v rotačních pecích. Od zpracování rud se proces odlišuje vysokým obsahem zinku ve vsázce a vysokým množstvím odprašků, které přesahuje 10 % vsazených odpadů a dále konstrukcí pece, která je pro tento případ s poměrem L/D (délka pece / vnitřní průměr pece) menším než 8. Vsázka je upravena tak, aby poměr CaO/SiO₂ byl v rozmezí 0,05 až 0,7 a aby poměr SiO₂/Al₂O₃ byl v rozmezí 1,5 až 8. Toho je dosaženo přídavkem jemně zrnitých materiálů na bázi SiO₂, jako je například elektrárenský popílek. Výhodou popílku je jeho nízká cena, velmi jemná granulometrie a obsah uhlíku vhodného pro redukci. Dále se do vsázky může přidat A1₂O₃, nebo CaO a MgO nebo jejich směsí. Chemické složení strusky je upraveno tak, aby viskozita strusky byla vysoká a struska byla v těstovitém stavu. Převalování strusky v rotační troubové peci napomáhá zlepšení přenosu hmoty a v konečném důsledku ke spojování kapek vyredukovaného kovu. Struska je nasycena dominantním materiálem vyzdívky, což omezuje interakci strusky s vyzdívkou. Nevýhodou práce s nízko bazickými struskami je zvýšení obsahu síry ve vyredukovaném materiálu. Obsah síry lze ovlivnit vhodnou volbou vstupních materiálů, zejména redukčních přísad. Doba zpracování závisí na způsobu míšení vsázky s redukčními činidly na bázi uhlíku a mění se od 0,5 hodiny do 20 hodin. Po úvodní etapě ohřevu nastává rychlá redukce, po které následuje postupné nauhličování železa a jeho tavení. Drobné kapky kovu se ve strusce spojují do větších. Doba ohřevu a redukce je dána využitým objemem pece a s klesajícím využitím se doba zpracování zkracuje. Dosažený stupeň redukce je vyšší než 60 %. Stupeň redukce je

-9CZ 297878 B6 dán ekonomickou optimalizací. Vyšší stupeň redukce vede k vyšším nákladům na energie, ale neovlivňuje podstatně stupeň odstranění zinku, olova a kadmia. Vyredukovaný materiál je z pece vysypán do chladiče, kde je produkt redukce společně s těstovitou struskou ochlazen v podmínkách s omezeným přístupem kyslíku. Následně je produkt redukce mechanicky upraven pro následnou magnetickou separaci. Vyredukovaný kov je zpracován například ve vysoké peci jako zdroj železa, nebo po slisování jako náhrada šrotu pro výrobu oceli.

Příklad 4 Zpracování kovonosných odpadů redukcí v polotekutém stavu kontinuálním způsobem

Zařízení a technologie je řešena tak, aby proces dosahoval optimální tepelné účinnosti a aby se omezila oxidace vsázky a již vyredukovaného materiálu na nutné minimum. Pro toto řešení je třeba zajistit vysokou teplotu plamene, intenzivní přestup tepla a silné redukční podmínky v peci. Obou těchto požadavků je dosazováno v navrhovaném zařízení. Vysoké teploty plamene je dosahováno hořením paliva s kyslíkem nebo s předehřátým kyslíkem obohaceným vzduchem. Redukčního prostředí je dosaženo přísadou prachového uhlí, antracitu, koksu nebo polokoksu případně látek s vysokým obsahem uhlíku do vsázky. Redukční přísady jsou ve vsázce v přebytku. Teplota redukce nepřesahuje v tomto případě 1350 °C.

Intenzivního přestupu teplaje dosahováno kombinací několika mechanismů přestupu tepla. Jedná se zejména o:

• přímý ohřev vsázky plamenem při její nízké povrchové teplotě;

• sálání plamene na vsázku a vyzdívku po dosažení povrchové teploty vsázky 900 °C;

• míchání vysoce viskózní strusky;

• další mechanismy přestupu tepla způsobené otáčející se pecí:

o promíchávání vsázky, která zajistí přesun relativně chladné vsázky na povrch a rozehřáté vsázky z povrchu do objemu vsázky;

o rozehřátá vsázka je mícháním vnášena do objemu, kde předává teplo okolní chladnější vsázce;

o přestup tepla z rozehřáté vyzdívky do vsázky při kontaktu vyzdívky se vsázkou.

Navrhovaný proces tedy spočívá v redukci pevné vsázky kovonosných odpadů s obsahem zinku, olova a kadmia s celkovým obsahem vyšším než 5 % ve strusce v těstovitém stavu, pomocí fosilních paliv v podmínkách intenzifikovaného přestupu tepla. Takové podmínky jsou vytvořeny v rotační troubové peci. Dobrý přestup teplaje zajišťován mícháním vsázky a velkou plochou pro přestup tepla - vsázka je ohřívána nejen shora, ale i zespodu.

Zpracování kovonosných odpadů je podobné zpracování rud v rotačních pecích na hrudky. Od zpracování rud se proces odlišuje vysokým obsahem zinku ve vsázce a vysokým množstvím odprašků, které přesahuje 10 % vsazených odpadů a dále konstrukcí pece, která je pro tento případ s poměrem L/D (délka pece / vnitřní průměr pece) větším než 10. Vsázka je upravena tak, aby poměr CaO/SiO₂ byl v rozmezí 0,05 až 0,7 a aby poměr SiO₂/Al₂O₃ byl v rozmezí 1,5 až 8. Toho se dosahuje přídavkem jemně zrnitých materiálů na bázi SiO₂. Příkladem mohou být jemné podíly křemičitého písku nebo i různé odpady bohaté na SiO₂, jako je například elektrárenský popílek. Výhodou popílku je jeho nízká cena, velmi jemná granulometrie a obsah uhlíku vhodného pro redukci. Dále se do vsázky může přidat A1₂O₃, nebo CaO a MgO nebo jejich směsí. Chemické složení strusky je upraveno tak, aby viskozita strusky byla vysoká a struska byla v těstovitém stavu. Převalování strusky v rotační troubové peci napomáhá zlepšení přenosu hmoty a v konečném důsledku ke spojování kapek vyredukovaného kovu. Struska je nasycena dominantním materiálem vyzdívky, což omezuje interakci strusky s vyzdívkou. Nevýhodou práce s nízko bazickými struskami je zvýšení obsahu síry ve vyredukovaném materiálu. Obsah síry lze

-10CZ 297878 B6 ovlivnit vhodnou volbou vstupních materiálů, zejména redukčních přísad. Doba zpracování závisí na způsobu míšení vsázky s redukčními činidly na bázi uhlíku a mění se od 0,5 hodiny do 20 hodin. Po úvodní etapě ohřevu nastává rychlá redukce, po které následuje postupné nauhličování železa a tavení. Drobné kapky se ve strusce spojují do větších. Doba ohřevu a redukce je dána využitým objemem pece a s klesajícím využitím se doba zpracování zkracuje. Dosažený stupeň redukce je vyšší než 60 %. Stupeň redukce je dán ekonomickou optimalizací. Vyšší stupeň redukce vede k vyšším nákladům na energie, ale neovlivňuje podstatně stupeň odstranění zinku, olova a kadmia. Vyredukovaný materiál je z pece vysypán do chladiče, kde je produkt redukce společně s těstovitou struskou ochlazen v podmínkách omezeného přístupu kyslíku. Následně je produkt redukce mechanicky upraven pro následnou magnetickou separaci. Vyredukovaný kov je zpracován například ve vysoké peci jako zdroj železa, nebo po slisování jako náhrada šrotu pro výrobu oceli.

Příklad 5 Zpracování kovonosných odpadů redukcí v tekutém stavu dávkovým způsobem

Před započetím procesu je do pece nalita tavenina železa s vyšším obsahem uhlíku, například tekuté surové železo, neboje vsazena vsázka ve formě šrotu, nejlépe však tuhého surového železa nebo litiny. Tato tuhá vsázka je nejprve roztavena a je upraven obsah uhlíku. Uhlík je do kovu dodáván při sázení a dále průběžně jedním ze tří níže specifikovaných způsobů nebo jejich kombinací:

• přísadou uhlíku na povrch strusky a kovu, • injektáží uhlíku pod hladinu kovu, • injektáží plynného nebo kapalného uhlovodíku pod hladinu kovu.

Při injektáží kapalných nebo plynných uhlovodíků je injektážní zařízení následně inertizováno inertním plynem. Přísada uhlíku umožňuje řízení obsahu uhlíku vtavenině tj. udržování obsahu uhlíku ve zvoleném rozmezí, čímž je kontrolována i minimální teplota tavení kovové taveniny. Obsah uhlíku je v tavenině udržován mezi 0,8 až 5 %, optimální obsah uhlíku je 4 %. S vyšší teplotou roste rychlost redukce a produktivita zařízení, současně má vyšší teplota negativní vliv na životnost vyzdívky a teplotu odcházejících spalin a tím i na využití tepla spalin. Optimální teplota taveniny železa při redukci je 1350 až 1550 °C. Možnost přísady uhlíku do taveniny železa umožňuje použití taveniny jako zdroje tepla a uhlíku pro redukci. Navrhovaný technologický postup umožňuje zpracovat kovonosné odpady s obsahem zinku, olova a kadmia. Podíl objemu nenapěněné strusky a reakční plochy tj. plochy hladiny roztaveného kovu je nižší než 0,3 m. Optimálnější jsou opakované dávky menšího množství zpracovávaného odpadu tak, aby tento poměr měl hodnotu nižší než 0,1 m a aby došlo k rychlému prohřátí vsázky, což umožňuje i její rychlou redukci. Produkty redukce jsou:

• kov, který postupně přechází do taveniny, • plyny bohaté na CO, které musí přejít přes strusku.

Interakce plynných produktů redukce vede k pěnění strusky a k nárůstu jejího objemu. Pro omezení těchto negativních důsledků redukce a zlepšení podmínek pro odchod plynných produktů ze strusky je třeba upravit chemické složení strusky tak, aby viskozita strusky byla co nejnižší a současně struska nebyla agresivní vůči vyzdívce. Toho se dosahuje přídavkem SiO₂, A1₂O₃, nebo CaO a MgO nebo jejich směsí. Chemické složení strusky je upraveno tak, aby struska byla blízko eutektického bodu a současně byla nasycena dominantním materiálem vyzdívky. Nízká viskozita strusky umožňuje rychlé vyplouvání bublin. Při zvýšení množství strusky se část strusky stáhne naklopením pece nebo pomocí mechanického zařízení. Při zvýšení množství kovu na množství vhodné k následné manipulaci se část kovu odlije z pece k dalšímu zpracování nebo se odlije do ingotů jako náhrada šrotu. Proces pokračuje na zbylé tavenině železa dalším přidáním kovonosných odpadů s obsahem zinku, olova a kadmia ve výše popsaných cyklech.

Claims (9)

1. Způsob zpracování kovonosných odpadů s obsahem zinku, olova a kadmia s celkovým obsahem těchto prvků vyšším než 5 %, například kalu a odprašků z výroby oceli, pomocí fosilních paliv a kyslíku v podmínkách intenzifikovaného přestupu tepla se zvýšenou celkovou tepelnou účinností ohřevu, redukcí a případným tavením kovonosných odpadů, vyznačující se tím, že odpady se zpracovávají v rotační troubové peci nebo v baterii rotačních troubových pecí, přičemž rotační troubová pec se plní zpracovávaným odpadem nejvýše do 40 % celkového vnitřního objemu pece, což umožňuje volné proudění plynů nad vsázkou a snadný odtah prachových složek bohatých na zinek, olova a kadmium z pece a vytváří tak výrazně oddělené zóny, a to zónu s redukčním prostředím, což je část pece, v níž se vyskytuje vsázka v kondenzované fázi, za přítomnosti uhlíku a oxidu uhelnatého; a zónu s oxidačním prostředím, což je část pece nad vsázkou, v níž dochází k dospálení plynných produktů redukce ke spalování fosilních paliv kyslíkem a k oxidaci vypařených kovů odcházejících z pece ve formě odprašků, kde obsah volného kyslíku v odtahu z této zóny je minimálně 2 %, a že vlastní proces redukce v rotační troubové peci zabezpečuje oddělení strusky, železa a odprašků bohatých na oxidy zinku, olova a kadmia vhodných k dalšímu zpracování, přičemž obsah ZnO v odprašcích je vyšší než 30 %, a potřebná teplota se zajišťuje pomocí kyslíkového hořáku, pro který se jako palivo používají uhlovodíky nebo prachové uhlí s tím, že vlastní redukce kovonosných odpadů s obsahem zinku, olova a kadmia se provádí uhlíkem, a to buď jako redukce v tuhém stavu s podílem taveniny v redukované směsi oxidů nižším než 20 % a maximální teplotou redukce nižší než 1200 °C, při které se bazicita balastních oxidů, například CaO, SiO₂, MgO a A1₂O₃, upravuje tak, aby poměr CaO ku SiO₂ byl vyšší než 1,5, což umožňuje odsíření a do směsi se přidává uhlík v prachovém stavu tak, aby se při smíchání zabezpečil kontakt mezi oxidy a uhlíkem, a kde redukce může probíhat jak kontinuálně, tak dávkovým způsobem; produktivita zařízení je závislá na redukční teplotě a na jemnosti přidávaných odpadů, redukčních látek a struskotvomých aditiv; vyredukovaný kov se odděluje magnetickou separací, a po magnetické separaci se briketuje, nebo se používá přímo v ocelárně jako náhrada šrotu nebo pro obohacení vsázky ve vysoké peci; nebo jako redukce v polotekutém stavu s podílem taveniny v redukované směsi oxidů nižším než 60 % a teplotou redukce vyšší než 1150 °C a nižší než 1350 °C, při které se vyredukovaný kov nauhličuje přebytkem uhlíku v redukované vsázce, což vede k poklesu teploty tavení vyredukovaného kovu pod teplotu, při které dochází k redukci, a takto nauhličené kapky kovu ve vysoce viskózní strusce se postupně spojují do nugetů s velikostí větší než 2 mm, jejichž vznik umožňuje struska s poměrem CaO ku SiO₂ v rozmezí od 0,05 do 0,7 a s obsahem MgO a A1₂O₃ nepřesahujícím 30 % celkového obsahu balastních látek, která neumožňuje podstatné odsíření, a s rozdělovacím koeficientem síiy mezi struskou a kovem menším než 10, kde se do směsi přidává uhlík v prachovém stavu tak, aby se při smíchání s odpadem zabezpečil kontakt mezi oxidy kovů a uhlíkem, a kde redukce může probíhat jak kontinuálně, tak dávkovým způsobem; produktivita zařízení je závislá na redukční teplotě a na jemnosti přidávaných odpadů, redukčních látek a struskotvomých aditiv; vyredukovaný kov se odděluje magnetickou separací a po magnetické separaci se briketuje nebo se používá přímo v ocelárně jako náhrada šrotu nebo pro obohacení vsázky ve vysoké peci; nebo jako redukce v tekutém stavu s podílem taveniny v redukované směsi oxidů vyšším než 60 % a nižším než 95 % a s teplotou redukce vyšší než 1250 °C a nižší než 1650 °C, která se provádí na hladině taveniny železa s vyšším obsahem uhlíku, a při které se směs oxidů volí tak, aby poměr CaO ku SiO₂ byl v rozmezí od 0,5 do 1,5, optimálně kolem 1,2 a obsah MgO nepřesahoval 20 % a obsah A1₂O₃ nepřesahoval 40 % celkového obsahu balastních látek tak, že tavenina umožňuje únik plynných produktů redukce ve formě bublin; uhlík se přidává do taveniny železa pod hladinu kovu pomocí injektážní trysky, která se současně používá jako míchací zařízení; po redukci se struska stáhne a část taveniny se slije, a na zbylou taveninu se opět přidá zpracovávaný odpad; vyredukovaný kov se odděluje od strusky gravitační separací strusky a roztaveného kovu, a tekutý kov se pak zpracovává klasickými způsoby například odlitím nebo přímo jako tekutá vsázka pro ocelářský agregát.

- 12CZ 297878 B6

2. Způsob zpracování kovonosných odpadů podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro redukci v tuhém nebo polotekutém stavu se vsázkové materiály na bázi odpadů předem míchají s látkami s vyšším obsahem uhlíku, například prachovým koksem, polokoksem, uhlím nebo antracitem, nebo s drcenými odpadními materiály s vysokým obsahem uhlíku, například drceným použitým aktivním uhlím, pneumatikami, a takto připravená směs se do pece přidává přímo nebo ve zkusovělém stavu ve formě briket, pelet nebo kousků.

3. Způsob zpracování kovonosných odpadů podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro redukci v tekutém stavu je pro ochranu vyzdívky pece použita tavenina železa s obsahem uhlíku v rozmezí 0,8 až 5 % nejlépe v rozmezí 2 až 4 %, v tomto případě se pro redukci používá uhlík z taveniny železa případně v kombinaci s uhlíkem rozptýleným v natavené strusce.

4. Způsob zpracování kovonosných odpadů podle nároku 1, vyznačující se tím, že odpady se do rotační troubové pece sázejí buď dávkově, nebo kontinuálně.

5. Způsob zpracování kovonosných odpadů podle nároku 1, vyznačující se tím, že produkt redukce se z rotační troubové pece nebo z baterie rotačních troubových pecí odstraňuje v dávkách, nebo kontinuálně.

6. Způsob zpracování kovonosných odpadů podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že při redukci v tuhém nebo polotekutém stavu se odpady do rotační troubové pece sázejí ve studeném nebo předehřátém stavu a po redukci se produkty redukce z pece odstraňují a řízené ochlazují, to znamená, že směs strusky a kovu se zrychleně ochlazuje v podmínkách s omezeným přístupem vzduchu, což zabraňuje zpětné oxidaci vyredukovaného železa.

7. Způsob zpracování kovonosných odpadů podle nároku I, vyznačující se tím, že při redukci v roztaveném stavu se přednostně používá dávkový způsob, a při redukci v tuhém nebo polotekutém stavu se přednostně používá kontinuální způsob.

8. Zařízení k provádění způsobu podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že sestává z jedné nebo z několika rotačních troubových pecí uspořádaných do baterie, umožňující dosažení vhodné kapacity pro zpracování kovonosných odpadů, do kterých je vsázka přidávaná buď kontinuálně, což znamená, že do rotační troubové pece je po alespoň 60 % doby redukce přidáván kovonosný odpad s obsahem zinku, olova a kadmia, nebo rotační troubové pece pracují dávkovým způsobem, a pece se podle způsobu zpracování odpadů liší poměrem L/D, kde L je délka pece, a D je vnitřní průměr pece, přičemž pece pro kontinuální zpracování jsou delší a mají poměr L/D alespoň 10, a u pecí pro dávkový způsob zpracování nepřesahuje poměr L/D hodnotu 8; vnitřní prostor pece naplněný odpadem do nejvýše 40 % celkového vnitřního objemu pece vytváří dvě výrazně oddělné zóny, kde první zónou s redukčním prostředím je část pece, ve které se vyskytuje vsázka v kondenzované fázi, a je zde přítomen uhlík a oxid uhelnatý, a kde druhou zónou s oxidačním prostředím je část pece nad vsázkou, ve které dochází k dospálení plynných produktů redukce, ke spalování fosilních paliv kyslíkem a k oxidaci vypařených kovů, které odcházejí z pece ve formě odprašků, přičemž obsah volného kyslíku v odtahu z této zóny je minimálně 2 %.

9. Způsob kprovádění způsobu podle nároku 8, vyznaču j í cí se tim , že rotační troubová pec nebo baterie rotačních troubových pecí je dále vybavena injektážní tryskou pro injektování materiálu s obsahem uhlíku pod hladinu kovu, a tato tryska rovněž slouží a současně se používá jako míchací zařízení k míchání lázně, a zařízení je dále vybaveno hrablem pro stahování strusky nebo tryskou, která slouží k vyfoukávání strusky z pece.