DE60314976T2

DE60314976T2 - Verwertung von Elektrolichtbogenofenstaüben der Stahlerzeugung und so hergestellte Produkt

Info

Publication number: DE60314976T2
Application number: DE2003614976
Authority: DE
Inventors: Alberto Ugarte Bilbao
Original assignee: Oneder SA
Current assignee: Sierra Sanmartin Maria Jesus Barakldo Es; Oneder SA
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: ATE367453T1; ES2212742B1; EP1439237B1; DE60314976D1; EP1439237A1; PT1439237E; ES2298489T3; ES2212742A1

Description

Heutzutage wird der Staub aus den Rauchfanganlagen der Stahlwerke mit elektrischem Lichtbogen inertisiert und in einer überwachten Halde für Inertprodukte gelagert.
Gesetzliche Vorschriften und verschiedene industrielle Trends, wie auch die Kosten alternativer Behandlungen drängen die produzierenden Hochöfen zu einem Recyceln dieser Erzeugnisse.
Das Recyclingverfahren des Stahlwerkstaubs, indem er (hauptsächlich Oxyde) nach seiner Behandlung in den elektrischen Lichtbogenofen, zusammen mit einer Reduktionsmischung basierend auf Partikeln reduzierten Kohlenstoffs wieder in den Ofen eingeführt wird, so dass jeder Stahlwerkstaubpartikel und jeder Partikel der Reduziermischung sich gegenseitig und räumlich umgeben, indem sie anhand eines Bindemittels einen widerstandsfähigen Feststoff ergeben, der in seiner Form und Abmessung unbestimmt ist, wie Kugeln, Eiformen, Prismen (Briketts), usw., ist schon bekannt.
Folgendes Verfahren ist bekannt:

a) Stahlwerksstaub mit der Zusammensetzung Eisenoxyde zu 20 ÷ 50 %, Calciumoxyd 2 ÷ 9 %, Zinkoxyd zu 10 ÷ 45 % und Bleioxyde zu 4 ÷ 15 %, in Partikeln mit einer Größenordnung unter 150 μ, wird in einer Homogenisierungsmischmaschine
b) mit einer Reduktionsmischung auf der Basis von Kohlenstoff mit 80 ÷ 98 % Reinheit des Kohlenstoffs und in Partikeln mit einer Größenordnung unter 200 μ und
c) einem polymerisierfähigen Polysaccharid mit bindenden Eigenschaften vermischt, wobei die Reduktionsmischung in der Mischung der Mischmaschine und im Gewicht im Verhältnis von 12 ÷ 20 % und das Bindemittel mit 1,5 ÷ 4 % enthalten sind, und der Rest aus Stahlwerkstaub besteht.

Das Endergebnis ist ein Brikett.
Der Energiebeitrag der Reduziermischung C soll im Ofen zur Zn- und Pb-Verdampfung dienen und den komplexen physisch-chemischen Mechanismus in Gang setzen, ohne dass dabei dem System Wärme entzogen, sondern eher im Gegenteil, dem Ofen Energie geliefert wird.
Diese Vorgehensweise und das entstehende Brikett stellen einige große Probleme dar.
Die Dichte des organischen Bindemittels (Polysaccharid) ist bedeutend niedriger als die Stahlwerkstaubdichte, so dass das Vorhandensein des organischen Bindemittels in einem Gewichtsverhältnis von 15 ÷ 4 % ein hohes Volumen ausmacht. Die Auswirkung ist im begrenzten Volumen des Ofeninnern, für das die Briketts vorgesehen sind, sehr nachteilig.
Ein weiteres Problem besteht in dem durchdringenden Geruch des Polysaccharid-Bindemittels, der sich sowohl auf das Verfahren, wie auch auf das Endbrikett bei seiner Lagerung, Handhabung oder Endziel auswirkt.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass das zurzeit eingesetzte Verfahren nicht kontinuierlich durchgeführt werden kann. Die Briketts werden in Posten/Losen gefertigt, so dass das Verfahren zu lang ist.
Ein weiteres Problem besteht in der fehlenden Homogenität des Briketts.
Alle diese Probleme werden mit den in dieser Erfindung entwickelten Verbesserungen gelöst.
In der Erfindung wird als Bindemittel ein Polyalkohol oder eine Mischung polymerisierfähiger Polyalkohole in einem Gewichtsverhältnis zum Gesamtgewicht von 0'03 ÷ 0'07 %, d.h., 20 bis 130 Mal niedriger als im bekannten und angeführten Verfahren eingesetzt, so dass das Volumen viel geringer als das zurzeit eingesetzte ist.
Dem Mischgerät wird Wasser hinzugefügt. Das Wasser bildet mit dem Polyalkohol einen Gelfilm über den Partikeln, so dass bei der Polymerisierung die Verbindung der Stahlwerkstaubpartikel anhand eines hochfeinen Polymerisierungsfilms entsteht. Dadurch entsteht ein Brikett mit weniger Volumen und homogenerer Form als bisher.
Im Mischgerät wird die Polymerisierung beschleunigt, indem die Mischung einer Temperatur von 30 ÷ 70° C unterzogen wird. Dadurch wird die Verfahrensdauer verkürzt. Die Brikettherstellung kann kontinuierlich, und nicht in Losen/Posten wie vorher, erfolgen.
Bei der Eingabe des Endprodukts (selbstreduzierende Briketts) in den Stahlwerksofen, wird eine bedeutende Reduzierung des Gesamtstaubvolumens erreicht. Gleichzeitig hat das mit dem in diesem Dokument beschriebene Pyrometallurgiever fahren erhaltene Erzeugnis vollständig unterschiedliche Eigenschaften als der Originalstaub, der als „Recumetoxyd" bezeichnet wird (Oxyd aus der Metallwiedergewinnung). Dieser Werkstoff kann aufgrund seiner Eigenschaften nach der Anwendung eines hydrometallurgischen oder Stahlverfahrens als Rohmaterial für die Zink- und Bleimetallurgie eingesetzt werden.
Um den Gegenstand dieser Erfindung besser verstehen zu können, ist auf den Zeichnungen eine bevorzugte Lösung der praktischen Ausführung dargestellt. Diese kann zusätzlichen Änderungen, die ihr Prinzip nicht verändern, unterzogen werden.
1 ist eine schematische Darstellung des schon bekannten Verfahrens und den Lösungen, die Gegenstand der Erfindung sind.
Im Folgenden wird ein Beispiel der praktischen Ausführung des schon bekannten Verfahrens und der von der Erfindung erbrachten Lösungen beschrieben.
Aus einem Ofen mit elektrischem Lichtbogen (Stahlwerk) (1) entsteht Staub, der aus den Rauchfangsystemen stammt.
Der Staub (2) hat hinsichtlich seiner wichtigsten Bestandteile ungefähr folgende Gewichtszusammensetzung, die jedoch

Fe0 + Fe2 03 20 ÷ 50 %

Ca0 2 ÷ 9%

Zn0 10 ÷ 45%

Pb0 4 ÷ 15%

von jedem Stahlwerk abhängt.
Der Staub (2) wird in ein Silo (3) weitergeleitet, wo er sich absetzt.
Die Größe der Staubpartikel (2) ist kleiner als 150 μ und normalerweise sogar kleiner als 50 μ, mit 0'6 ≤ d₁ ≤ 0'7 gr./cm³ scheinbarer Dichte (d₁).
Der Analyseblock (4) zeigt die Größe der Staubpartikel und den Prozentanteil an Eisenoxyden.
Es ist ein Bunker mit einem Reduziermittel (5) auf Kohlenstoffbasis, z.B. Anthrazit, Koks, usw., mit 80 ÷ 98 % Kohlenstoff vorhanden.
Das Ziel ist, dass sich Stahlwerksstaub- (2) und die Reduziermittelpartikel (5) räumlich umhüllen. Zu diesem Zweck erteilt der Analyseblock (4) der Mühle (6) Anweisungen, das Reduziermittel (5) auf Partikel mit einer Größe von (l) l ≤ 200 μ und vorzugsweise der zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens konkreten Größe der Stahlwerksstaubpartikel (2) zu zerkleinern.
Die Aufgaben des Kohlenstoffs des Reduziermittels (5) bei der Eingabe des Endprodukts in den Ofen mit elektrischem Lichtbogen sind Folgende:
Der als Reduziermittel im Endprodukt eingegebene Kohlenstoff wird an erster Stelle verbraucht, um den gesamten Sauerstoff aus den Metalloxyden dieses Produkts zu entziehen. Ein weiterer wichtiger Teil wird zur Reduzierung des gebildeten CO₂, das zu CO wird, gebraucht. Mit dem überschüssigen Sauerstoff im Ofen beim Schmelzen wird das ganze erzeugte Gas, wie auch der Rest des eingebrachten Kohlen stoffs, verbrannt. Diese Verbrennungen erfolgen während der Schrottfusion und bringen ihr Wärme ein.
Versuchsweise und bei den hier angeführten Zusammensetzungen ist man zur Schlussfolgerung gekommen, dass das Reduziermittel (5) in einem Gewichtsverhältnis von 12 ÷ 20 % hinzugefügt werden soll.
Das Reduziermittel (5) und der Stahlwerksstaub (2) werden in einer Mischmaschine (7) gemischt, in der dem Reduziermittel (5) und Stahlwerksstaub (2) ein Bindemittel (a) zugesetzt wird.
Dieses Bindemittel (a) basiert auf Polyalkohol und ist polymerisierfähig, zum Beispiel ein Polysaccharid, das dem Endprodukt hohe Zähigkeit verleiht. Er ermöglicht eine Handhabung ohne Zerbrechen und hat keine negativ Auswirkungen auf das Stahlwerksverfahren. Vorzugsweise soll es weder Schwefel (s) noch Phosphor (P) enthalten.
Angesichts der Tatsache, dass das Volumen des Endbriketts ein ausschlaggebender Faktor für dessen Einsatz ist, wird festgelegt, dass der Gewichtsprozentsatz des Polyalkohols oder der Polyalkohole des Bindemittels 0'03 ÷ 0'07 % betragen soll.
Der Mischung wird Wasser zugesetzt.
Bei der Mischung im Mischgerät (7) entstehen Kügelchen oder Pellets (8), deren Volumen sich, je länger die Homogenisierung in der Mischmaschine (7) dauert (t), durch Werkstoffanhäufung erhöht.
Wenn das Endprodukt für die Eingabe im Stahlwerk (1) benötigt wird, beträgt die angemessene Größe (1) dieser Pellets 0'5 mm ≤ l ≤ 6 mm., so dass die Homogenisierung in der Mischmaschine (7) 2 ≤ t ≤ 6 Minuten (t) dauern muss. Der Mischungsinhalt (7) wird einer Temperatur von 30 ÷ 70° C unterzogen. Anschließend wird er gehärtet (11).
Der Antragsteller erachtet es als geeigneter, als Endprodukt Briketts (9) mit einem Volumen (V) 50 cm³ ≤ V ≤ 600 cm³ zu erzeugen. Zu diesem Zweck presst er die aus der Mischmaschine (7) kommende Mischung, bis das Produkt eine Dichte (d) 2 ≤ d ≤ 3'3 gr./cm³ erreicht.
Sobald diese Dichte erreicht ist, wird das Erzeugnis (9) in Brikettform oder einer anderen Form, entsprechend des verwendeten polymerisierbaren Bindemittels auf herkömmliche Art gehärtet (10).
Das stabilisierte Brikett (10) wird mit optimalem Ergebnis in das Stahlwerk (1) eingegeben.
Zum Beispiel:
Für die Herstellung dieser Briketts wurde folgende Rezeptur (ohne hinzugefügtes Wasser) betrachtet:

– Stahlwerkstaub 81'95 %

– Reduziermittel 18 %

– Polyalkohol 0'05 %

Zusammensetzung des Stahlwerkstaubs % (in Gewichtsprozent)

Fe0 9'00

Fe203 30'60

Si02 4'38

AI203 0'79

Ca0 5'87

Mg0 4'49

Mn0 3'42

Ti02 0'07

P205 0'20

S 0'19

C 0'73

Na20 2'00

K20 1'82

Cr203 0'48

Ni0 0'04

Cu0 0'30

Zn0 22'70

Pb0 6'65

Cd0 0'06

P.C. 11'04

Partikelgröße (1): 30 ≤ l ≤ 70 μ

– Reduziermittel
Kokspulver mit einer durchschnittlichen Körnung von (1): l ~ 60 μ, damit die Reduzier-/Oxydierreaktionen mit der gewünschten Geschwindigkeit ablaufen.

Aschen 10 %

Flüchtige Bestandteile 1'3 %

Fester Kohlenstoff 89'7 %

S 0'65 %
– Bindemittel.

Ein polymerisierfähiges Erzeugnis auf der Grundlage komplexen Polyalkohols.

– Im Stahlwerk (1) erzielte Ergebnisse.

Mit 1 t reduzierter Briketts

– Geschmolzene Metalle

Gesamtrückgewinnung 250 kg/t

– 91 % Fe

– 8'5 % Mn

– 0'5 % Rest

– Flüchtige Metalle

Metallverflüchtigung 196 kg/t

– 74'3 % Zn

– 25'2 % Pb

– 0'5 % Rest
Der Energieeintrag der Briketts zum Verfahren im Stahlwerk ist deutlich, wobei sich dieser Energieeintrag so verhält, als ob man ein Feuerzeug in den Ofen einführen würde.
Aufgrund der räumlichen Anordnung der Stahlwerkstaubpartikel und des reduzierenden Kohlenstoffs (die sich untereinander umhüllen), multipliziert sich die Reaktionsgeschwindigkeit. Bedeutend größere Endprodukte (Briketts) als die Pellets haben eine vergleichbare Reduktionsdauer im Ofen.
Das heißt, dass eine vollständige Fe-Rückgewinnung des Staubs, eine gute Handhabung der Pellets und Briketts, und ein gutes Energiegleichgewicht erreicht werden, wenn das Endprodukt wieder dem Ofen zugegeben wird.

Claims

Verfahren für das Recyceln von Stahlwerkstaub, dadurch gekennzeichnet, dass a) Stahlwerksstaub mit der Zusammensetzung von Eisenoxyd zu 20 ÷ 50 %, Calciumoxyd 2 ÷ 9 %, Zinkoxyd zu 10 ÷ 45 % und Bleioxyde zu 4 ÷ 15 %, in Partikeln mit einer Größenordnung unter 150 μ, in einer Homogenisierungsmischmaschine b) mit einer Reduktionsmischung auf der Basis von Kohlenstoff mit einer Reinheit des Kohlenstoffs von 80 ÷ 98 % und in Partikeln mit einer Größe unter 200 μ und c) einem Bindemittel auf der Basis von polymerisierfähigem Polyalkohol und Wasser gemischt wird, wobei in der Mischung der Mischmaschine und im Gewicht die Reduktionsmischung von 12 ÷ 20 % und das Bindemittel mit 0'03 ÷ 0'07 % enthalten sind und der Rest aus Stahlwerkstaub besteht.
Verfahren für das Recyceln von Stahlwerkstaub nach dem obigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in der Mischmaschine innerhalb von 2 bis 6 Minuten polymerisiert wird. Im Anschluss daran wird sie einer Temperatur von 30 ÷ 70° C ausgesetzt, anschließend in Kügelchen herausgenommen und gehärtet wird.
Verfahren für das Recyceln von Stahlwerkstaub nach dem ersten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in der Mischmaschine im Anschluss an die Homogenisierung bis zum Erhalt einer Dichte von 2 und 3,3 g/cm³ gepresst und daran anschließend gehärtet wird.
Verfahren für das Recyceln von Stahlwerkstaub nach dem ersten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der Reduktionsmischung von einer ähnlichen Größe wie die Partikel des Stahlwerkstaubs sind.
Verfahren für das Recyceln von Stahlwerkstaub nach dem ersten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Bindemittel polymerisierfähig ist und ein zähflüssiges Polymer produziert.
Ein durch den Einsatz der in den vorangegangenen Ansprüchen beschriebenen Verfahren erzeugtes Produkt, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Partikel des Stahlwerkstaubs und jedes Partikel der Reduktionsmischung untereinander und räumlich von einem feinen Film des polymerisierten Bindemittels umgeben sind.