DE3019066A1

DE3019066A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von eisen, zink und blei aus rueckstaenden von hochoefen, konvertern und elektrostahloefen

Info

Publication number: DE3019066A1
Application number: DE19803019066
Authority: DE
Inventors: Paul Metz
Original assignee: Arbed SA
Current assignee: Arcelor Luxembourg SA
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1980-05-19
Publication date: 1980-12-11
Also published as: GB2054657A; FR2457904B3; FR2457904A1; BE883508A; GB2054657B; LU81330A1

Description

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DR. KARL TH. HEGEL . DI P L.-I N G. KLAUS DI C KEL

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ARBED S.A.

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Luxemburg / Luxemburg

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Eisen, Zink und Blei aus Rückständen von Hochöfen, Konvertern und Elektrostahlofen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Wiedergewinnung von Eisen, Zink und Blei, die im Staub und in den Rückständen von Hochöfen, Konvertern und Elektrostahlofen enthalten sind.

Hochöfen können im Betrieb bis 100 t Staub und Rückstände auf 1000 t Schmelze erzeugen. Erhebliche Staubmengen fallen überdies während der Reinigung der Abgase von Frischöfen an.

Je nach der Beschaffenheit und Zusammensetzung der Mineralien, der Agglomerate oder des eingesetzten Schrotts und des Arbeits-

POSTSCHECKKONTO. HAMBURG 2912 20-205 Π 0 Π Π C Π / Π C Π / POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 888-802 BANK. DRESDNER BANK AG. HAMBURG U O U U 0 U / U D 0 *t BANK. DEUTSCHE BANK AG. MÖNCHEN KTO.-KR. 3 813 897 BLZ 200 800 00 KTO.-NR. 6681001 BLZ 700 700 10

gangs der Apparaturen können der Staub und die Rückstände verschiedene Mengen an Eisen, Zink_f Blei und Alkalimetallen enthalten, die im Staub und den Rückständen in Form komplexer Oxyde anwesend sind?

Ebenso findet man sich mit Abfällen konfrontiert» die auf direktem Wege nicht wieder in den Arbeitskreislauf eingespeist werden können, denn eine direkte Wiedereinspeisung würde zu einer Konzentrierung des Zinks, des Bleis und der Alkalien im Inneren der verschiedenen Apparaturen führen, was die erzeugten Produkte verunreinigen und erhebliche Mißhelligkeiten im Verlauf des. Arbeit sganges durch Bildung schädlicher Gase hervorrufen könnte·

Andererseits wäre es offensichtlich erwünscht, einerseits das in den Abfällen enthaltene Eisen isolieren zu können, um es in den Produktionsprozess wieder einzuführen, und andererseits das Zink und das Blei für spezielle Verwendungszwecke wiederzugewinnen· . .

In diesem Sinne sind bereits zahlreiche Untersuchungen durchgeführt worden und haben zu Verfahren geführt, deren größter Teil in das Gebiet der Chemie bzw. der Elektrochemie gehört.

So besteht ein Verfahren, das von der Anmelderin herrührt und im luxemburgischen Patent 73 039 beschrieben ist, darin, den Staub einer Auslaugung mit einem an Kohlensäure gesättigten Wasser zu unterwerfen und das Wasser, das das gelöste Zink enthält, abzutrennen· Das Zink wird durch Entfernung der Kohlen-

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säure niedergeschlagen. Das Verfahren ergibt ausgezeichnete Resultate» soweit es sich um die^Isolierung von Zink handelt. Indessen enthalten, die Auslaugungsrückstände auch noch fast die Gesamtheit des Bleis und einen Teil der Alkalien, so daß eine Rückführung zur Beschickung des Hochofens kaum empfehlenswert erscheint.

Andere Verfahren beruhen im wesentlichen auf der Kalzinierung des zu Tabletten geformten Staubes und der Verflüchtigung des Zinks, während das Blei sehr schwierig zu verdampfen ist. Weiterhin ist es beispielsweise bekannt, nach dem Verfahren von Waelz den zu Tabletten geformten Staub zusammen mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel im Inneren eines Drehofens zu behandeln, wo sich in fester Phase die Reduktion der Metalloxyde vollzieht, in Übereinstimmung mit der Reaktion nach Boudouard, während die Oxydation des verdampften Zinks in Gasphase erfolgt.

Ein anderes Verfahren betrifft die Kalzination des zu Tabletten gepreßten Staubes zusammen mit feinem Koks in geschlossener Umgebung unter Ausschluß von Sauerstoff bei Temperaturen von 1050 bis 1150⁰C. Bei dieser Behandlung wird das Zink praktisch lOOprozentig und das Blei zu etwa 15% in Gasform übergeführt· Um dabei den Bleigehalt im Rückstand zu vermindern, ist vorgeschlagen worden, das gleiche Verfahren in mehrfacher Wiederholung durchzuführen.

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Die auf der KalSxhierung d<äß zU Tabletten gepreßten Staubes beruhenden Verfahren sind sehr langsam und lösen nicht das Problem der Wiedergewinnung des Eisens in atisreichendem Maße, abgesehen vom Blei und vom Schwefel. Die chemischen und elektrochemischen Verfahren erfordern demgegenüber kostspielige Reagenzien oder große Mengen elektrischen Stroms und sehen sich Überdies, dem Problem der Beseitigung der flüssigen Rückstände gegenüber*

zweck der Erfindung ist es daher, ein Verfahren vorzuschlagen, das die Wiedergewinnung des im Staub und in den Rückständen enthaltenen Eisens, Zinks und Bleis ermöglicht und die Nachteile der oben beschriebenen klassischen Verfahren vermeidet«

Dieses Ziel wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das zink verdampft, indem man den Staub öder die getrockneten und zerkleinerten Rückstände in ein Eisenbad einleitet, Wobei man gleichzeitig kontinuierlich kohlenstoffhaltiges Material in genügender Menge zufügt, um einen über 1% liegenden Kohlenstoffgehalt dort ,aufrechtzuerhalten, während dem Bade Schlackenbildner mit basischem Charakter zuführt und Mittel zur Erhitzung vor sieht, · 'um. die Wärmeverluste in dem Bad zu kompensieren.

Der Gedanke, der die Gründlage der vorliegenden Erfindung bildet, besteht darin, die Behandlung durch bekannte Kalzination durch eine Komplexreaktion,zu ersetzen, die einerseits in einer raschen Reduktion durch die im Eisenbad enthaltene Kohle, die beständig

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wieder hinzugefügt wird, besteht, und andererseits in einer selektiven Verflüchtigung des reduzierten Zinks, während das reduzierte Blei eine sehr hohe Verdampfungstemperatur besitzt, und schließlich in einer Schmelze des reduzierten Eisens. Das Blei, das sich bei der Temperatur des flüssigen Eisens in Gegenwart geringer Mengen Sauerstoff nur schwierig oxydiert, findet sich dann am Grunde des Bades in metallischer Form.

Wenn man überdies auf dem Bad eine Schlackenschicht aufrechterhält, die vorzugsweise einen Basizitätsindex in der Nähe von 1,4 aufweist, gelingt es, den im Staub und den behandelten Rückständen enthaltenen Schwefel zurückzugewinnen. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber den klassischen Verfahren dar, die auf der reduzierenden Kalzination beruhen, bei demidie Enderzeugnisse durch den Schwefel verunreinigt sind und infolgedessen nicht unmittelbar ohne nachfolgende Reinigung nutzbar gemacht werden können.

Eine erste Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung sieht vor, daß man in das zu behandelnde Material die kohlenstoffhaltigen Materialien zusammen mit den Stoffen einleitet, die auf der Oberfläche des Bades Schlacke bilden. Diese Ausführungsform läßt sich entweder mit Hilfe einer Lanze realisieren, die in das Bad eintaucht, und mit Hilfe eines reduzierenden oder neutralen Gasträgers oder in Analogie zu einem Verfahren zum Frischen von Stahl, wobei das Material vom Boden aus angeblasen wird.

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Bei einer zweiten Äusführungsform führt man in die zu behandelnden Materiaiien die kohlenstoffhaltigen Verbindungen und die Schlackenbildner in Analogie zu dem LDAC-Verfahren durch Aufblasen von oben in das Bad ein, wobei man in dem Bad eine intensive Bewegung aufrechterhalt, indem man durch einen porösen Ziegel eine Querströmung des Gases erzeugt. Das Gas besitzt ebenfalls neutrale oder reduzierende Eigenschaften.

Eine dritte Ausführungsform sieht ein seitliches Anblasen in Kombination mit dem Einblasen eines Gases durch einen porösen Ziegel vor.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht das einzublasende Gas aus den Abgasen eines Sauerstoffkonverters) die während der Blasphase abgezogen werden, wobei sie einen erhöhten Gehalt an Kohlenmonoxyd und einen sehr geringen Sauerstoffgehalt aufweisen. Diese Konverterabgase werden normalerweise verbrannt.

Die Rolle, die dem einzublasenden Gas zukommt, besteht zunächst darin, den Staub zu transportieren und ihn in das Innere des Bades zu bringen, wobei im Inneren des letzteren eine intensive Bewegung heryorgerufeh wird, während andererseits in der Gegend der Badoberfläche die Verdampfung aufrechterhalten wird.

Die sich entwickelnden Zinkabgase werden gemäß der Formel Zn + GO₂ -*> ZnO + CO in gasförmiger Phase oxydiert, um sie

zu evakuieren und kontinuierlich aufzufangen,. Während man inter- : : 0 3 0050/0694

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mittierend einen Teil des metallischen Bades oder der flüssigen Schlacke, die sich während der Behandlung gemäß der Erfindung, gebildet hat und die den Schwefel enthält, abzieht. Das abgezogene Metall wird gewöhnlich einer Granulation unterworfen, vorzugsweise einer Wassergranulation· Das Granulat kann der Beschikkung eines Hochofens zugesetzt werden· Auch die abgezogene Schlateke kann in gleicher Weise granuliert werden·

Bei der Ausführung des Verfahrens muß man darauf achten, daß das frisch eingelassene Eisenbad ebenso wie die Schlackenbildner nur eine minimale Menge an Silicium enthalten, weil Zink und Blei sehr leicht komplexe Verbindungen mit dem Siliciumoxyd bilden, die außerordentlich stabil sind·

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Apparatur, die zur praktischen Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dienen kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen metallurgischen Behälter 10 und eine mit einer feuerfesten Umkleidung 26 versehene Lanze 23 aufweist, deren Spitze 25 sich in der Nähe des Badbodens 15 befindet und deren Eintrittsende mit einer zellenförmigen Dosiervorrichtung 20 verbunden ist, die außerhalb des Behälters liegt, sowie eine Zuführungseinrichtung 14, die in das Innere des Behälters reicht und mit einem Staubsammler 30 verbunden ist.

Die Verwendung einer zellenartigen Zuführungsvorrichtung, wie sie von der Anmelderin im luxemburgischen Patent 80 692 beschrieben

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ist, besitzt im vorliegenden Zusammenhang besondere Vorteile, da hierdurch die Möglichkeit besteht, daß man im Inneren der Rohrleitung und innerhalb der Lanze einen konstanten Gasdruck aufrechterhalten kann, der ausreicht, um dem Bade eine intensive Bewegung zu erteilen und gleichzeitig dem Gasstrom eine regelbare Menge Staub, Aufkohlungsmittel und Schmelzmittel zuzusetzen.

Der metallurgische Behälter 10 ist mit Hilfe eines lösbaren Dekkels 11 geschlossen, durch den die Lanze 23 und die Heizelektrodeh 12 hindurchgeführt sind·

Während die Lanze an dem abnehmbaren Deckel befestigt sein kann, sind die Elektroden in ihrer Höhe verstellbar, da nur eine intermittierende Heizung je nach Bedarf vorgesehen ist.

Der Behälter ist im übrigen mit einer Ausflußöffnung 16 für das Metall versehen, die zu einem Granulationstrog 40 führen kann, sowie rait einem Austrittsloch 17, das zur Entfernung der Schlacke 18 bestimmt ist* '

Andere Kennzeichen und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die in schematischer Ansicht eine mögliche Ausführungsforra einer Apparatur gemäß der Erfindung zeigt·

Der dargestellte:metallurgische Beiüter 10 ist. mit einem abnehmbaren Deckel 11 versehen. Durch diesen reichen die Lanze 23 und die Elektroden 12 hinab.

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Die Lanze 23, die in diesem Fall in die Schmelze eintaucht, be- ■ sitzt eine feuerfeste äußere Ummantelung 26. Aus der Spitze 25 \ der Lanze 23 können die Zusatzstoffe in-den Unterteil des Ba- %

des 15 eingeführt werden. Die Lanze ist an ihrem anderen Ende mit einer zellenartigen Dosiervorrichtung 20 ausgestattet. I

Das Blasegas, das unter einem genügenden Druck P steht, um eine }

intensive Bewegung des Bades zu sichern, strömt durch die zellen- \

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artige Dosiervorrichtung und die Lanze 23 hindurch mit einer J

Geschwindigkeit, die ausreicht, um eine Rotation des Hebels 22 §

der Dosiervorrichtung 20 mit bestimmter Geschwindigkeit herbei- >

zuführen, wobei in das Bad 15 eine gewünschte Menge Staub einge- |

führt wird, der sich im Trichter 21 befindet. 1

Auf dem gleichen Wege oder mit Hilfe einer getrennten zellenartigen Dosiervorrichtung kann man .die erforderlichen Mengen an
Aufkohlungsmittel und Schlackenbildnern hinzufügen. Die verschiedenen Erzeugnisse können vorher miteinander gemischt werden.

Der Metallstaub wird im Innern des Bades 15 behandelt, das in
einem Zustand ständiger Be: ung mit Hilfe des Einblasgases gehalten wird.

Der Zinkstaub, der sich im Laufe der Behandlung bildet, wird
durch die Leitung 14 abgezogen und im Innern eines Zyklons 30
aufgefangen, der mit einer Austrittsöffnung 31 versehen ist.

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Eine bestimmte Badmenge, deren Volumen sich aufgrund der aus dem Staub während der Behandlung wiedergewonnenen Bisenmenge ständig vergrößert»wird intermittierend durch die Austrittsöffnung 16 abgezogen. Das ausfließende Metall kann einer Wassergranulation im Innern des Troges 40 Unterworfen werden, um dann der Beschikkung des Hochofens wieder beigefügt zu werden. Andererseits kann man auch das geschmolzene Metall- das infolge der Gegenwart basischer Schlacke während der Behandlung von Schwefel frei ist,. unmittelbar in einen Stahlkonverter einleiten. Die Abtrennung des Bleis ist besonders erleichtert, und zwar dank seines hohen spezifischen Gewichtes, wodurch sich das metallische Blei am Boden des Bades ansammelt.

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Claims

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1. Verfahren zur Wiedergewinnung von Eisen, Blei und Zink aus dem Staub und den Rückständen von Hochöfen, Konvertern und Elektröstahlöfen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Zink verdampft, indem man den Staub oder die getrockneten und
zerkleinerten Rückstände dem Boden eines Eisenbades zuführt, wobei man gleichzeitig kontinuierlich Aufkohlungsmittel in genügender Menge zusetzt, um hier einen Kohlenstoffgehalt über 1% aufrechtzuerhalten, und daß man dem Bade Schlackenbildner basischen Charakters zufügt, wobei man Heizeinrichtungen vorsieht, um die Wärmeverluste im Bade zu kompensie-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu behandelnden Materialien, die Aufkohlungsmittel und die Schlackenbildner unterhalb der Oberfläche eines Bades mit Hilfe eines reduzierenden oder neutralen Trägergases
einbläst· '

3* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu behandelnden Materialien, die Aufkohlungsmittel und ., die Schlackenbildner durch Aufblasen eines reduzierenden

oder neutralen Trägergases einführt, wobei man in das Bad

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eine zusätzliche Menge dieses Gases durch einen porösen Ziegel hindurch einbläst. :

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu behandelnden Ausgangsmaterialien, die Aufkohlungsmittel und die Schlackenbildner seitlich in das Bad mit Hilfe eines reduzierenden oder neutralen Trägergases einleitet, wobei man eine zusätzliche Menge desselben durch einen porösen Ziegel hindurch in das Bad einbläst·

5· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich·^ net, daß das Gas aus den Abgasen eines Sauerstoffkonverters besteht, die während der Blasphase entweichen, da sie einen erhöhten Gehalt an Kohlenmonoxyd und einen sehr geringen Gehalt an Sauerstoff aufweisen. .

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den im Laufe der Behandlung gebildeten Staub kontinuierlich sammelt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man intermittierend einen Teil des metallischen Bades und der Schlackenschicht abzieht.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das wiedergewonnene, durch Granulation erhaltene Metall der Beschickung eines Hochofens zuführt.

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9· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das nicht behandelte geschmolzene Metall in einen Stahlkonverter einspeist·

10.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 und 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie

und aus einem metallurgischen Behälter(10), einer Lanze (23), die mit einem feuerfesten Mantel (26) umgeben ist, besteht, deren Spitze (25) sich in der Nähe des Badbodens (15) befindet und deren Zuführungsstelle mit einer zellenartigen Dosiervorrichtung außerhalb des Behälters versehen ist, wobei eine Evakuierungsleitung (14) vorgesehen ist, die sich ins Innere des Behälters erstreckt und die mit einem Staubsammler (30) verbunden ist·

11· Vorrichtungnach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der metallurgische Behälter (10) einen abnehmbaren Deckel ClI) besitzt, durch den die Lanze (23) und die Heiselektroden (12) hindurchreiehen.

12, Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der metallurgische Behälter (10) mit einem Gießloch (16) für das Metall und einem Abstichloch (17) für die Schlacke versehen ist.

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