NO160931B

NO160931B - Stoevbehandling.

Info

Publication number: NO160931B
Application number: NO871369A
Authority: NO
Inventors: Jan Arthur Aune
Original assignee: Elkem As
Priority date: 1987-04-02
Filing date: 1987-04-02
Publication date: 1989-03-06
Also published as: JPH0353368B2; NO871369D0; US4957551A; NO871369L; JPS63262428A; EP0285458A2; NO160931C; US5004496A; CA1297300C; EP0285458A3

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for behandling av støv utskilt fra avgasser fra metallurgiske prosesser, spesielt støv utskilt fra avgasser i forbindelse med stålfremstillingsprosesser, for å bringe støvet i en slik form at det kan deponeres uten fare for miljø-forurensing og hvor verdifulle bestanddeler av støvet eventuelt kan gjenvinnes.

Ved fremstilling av stål i elektriske smelteovner og ved den etterfølgende oksygenraffinering av stålet dannes det store mengder støv som følger avgassene fra smelte-

ovnene eller konvertorene. Dette støvet utskilles fra avgassene i filtersystemer som for eksempel posefiltre eller andre kjente filtreringssystemer. Dette støvet, (i det etterfølgende benevnt EAF støv, forkortelse for Electric Are Furnace dust) består hovedsakelig av agglomerater av meget små og kjemisk komplekse partikler. Partikkelstørrelsen av de primære partikler er vanligvis innen området 0,1 til lO^um. EAF støvet er sammensatt av komplekse oksyder inneholdende elementer dannet under smelte- og raffinéringstrinnene som f.eks. jern, sink, bly, kadmium, krom, mangan, nikkel, kobber, molybden og andre elementer som forekommer i skrapjern.

I den etterfølgende tabell 1 er det gitt en kjemisk analyse for EAF støv fra fire forskjellige stålprodusenter. Kjemisk analyse av EAF støv indikerer at sammensetningen av EAF-støvet er direkte påvirket av det jernskrap som benyttes og av de legeringstilsetninger som tilsettes til stålsmelteovnen. Det er ikke påvist noen direkte sammenheng mellom den kjemiske sammensetning av EAF støvet og ovnsstørrelse, filtersystem eller andre faktorer. En del av de elementer som vanligvis er tilstede i EAF støv er utlutbare slik som f.eks. bly, kadmium, krom og arsen. Ved deponering av EAF støv i landdeponi vil de nevnte elementer over tid utlutes fra støvet og kan dermed føre til alvorlige miljøforurensninger. Det er av denne grunn i enkelte land stilt strenge krav til deponering av EAF støv og støvet vil i fremtiden ikke tillates deponert i den form det utskilles.

En rekke forskjellige fremgangsmåter for å bringe EAF støv i en slik form at det kan deponeres uten fare for miljø-forurensning har blitt foreslått. Ved en del av disse prosessene er det mulig å omforme EAF støvet til et ikke-farlig avfallsprodukt og samtidig gjenvinne metaller inneholdt i støvet. Som eksempel på en slik prosess kan nevnes plasmasmelting. Disse kjente fremgangsmåter er imidlertid ikke brukbare av prosessøkonomiske årsaker.

Ved den foreliggende oppfinnelse er man nå kommet fram til en fremgangsmåte for behandling av ovennevnte støv hvor, man på en enkel, driftssikker og økonomisk fordelaktig måte kan produsere et avfallsprodukt som kan deponeres uten fare for miljøforurensing og hvor verdifulle bestanddeler eventuelt kan gjenvinnes.

Foreliggende oppfinnelse vedrører således en fremgangsmåte for behandling av støv utskilt fra avgasser fra metallurgiske prosesser, spesielt støv utskilt fra avgasser i forbindelse med stålfremstilling, og oppfinnelsen er kjennetegnet ved kombinasjonen av følgende trinn: a) kontinuerlig eller tilnærmet kontinuerlig tilførsel av støvet sammen med et reduksjonsmiddel og eventuelle

slaggdannere til en gasstett lukket elektrotermisk

smelteovn,

b) smelting og selektiv reduksjon samt fordamping av flyktige metaller i smelteovnen, c) kontinuerlig eller intermittent tapping av en inert slaggfase og eventuelt en flytende metallfase fra

smelteovnen,

d) kontinuerlig fjerning fra smelteovnen av en gassfase inneholdende i det alt vesentlige CO-gass, metalldamper, svovel, klorider, fluorider og eventuelt

uomsatt medrevet støv,

e) eventuell selektiv kondensasjon av en eller flere av metaLldampene i avgassen fra smelteovnen, f) kontrollert etterbrenning av oksyderbare komponenter i avgassen,

g) fjerning av støv fra avgassen,

h) sluttrensing og nøytralisering av restgassen.

Ifølge en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten

tilsettes SiC^-sand som slaggdanner i trinn a).

Mengden av slaggdannere som tilsettes må avpasses slik at det ved den aktuelle smeltetemperatur oppnås en tilstrekkelig lav viskositet av den produserte slagg slik at slaggen kan tappes fra smelteovnen og slik at slaggen når den er avkjølt oppnår en mikrostruktur som innebærer at den ikke er lutbar.

Da sammensetningen av de støvtyper som kan behandles ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse varierer meget sterkt, vil mengden av tilsatt slaggdanner også variere. For det enkelte støv må derfor mengden av tilsatt slaggdanner bestemmes utfra fasediagrammer og utfra utlutningsforsøk med den produserte slagg.

Ifølge en annen utførelsesform tilsettes støv, reduksjonsmiddel og eventuelle slaggdannere til smelteovnen i form av agglomerater så som pellets eller briketter.

Temperaturen i smelteovnen holdes innenfor området 1250°C til 1750°C og fortrinnsvis innenfor området 1300°C til 1400°C.

Støvet fjernes fortrinnsvis fra avgassen ved tørr-filtrering, f.eks. et posefilter. Nøytraliseringen av avgassen foretas ved våtvasking.

Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse vil nå bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningene hvor, Figur 1 viser et flytskjema for en første utførelsesform av fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse og hvor Figur 2 viser et flytskjema for en andre utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.

Ifølge den utførelsesform som er vist på figur 1 tilsettes

EAF støv, reduksjonsmiddel i form av koks eller kull samt SiC>2-sand til en gasstett lukket elektrotermisk smelteovn 1. Tilførselsmaterialene tilsettes fra en silo 2 via chargeringsrør 3 til overflaten av smeltebadet i smelteovnen 1. Tilførselsmaterialene er fortrinnsvis i form av agglomerater med en maksimumstørrelse av ca. 25 mm.

Smelteovnen 1 kan være av en hvilken som helst konvensjonell type, men det foretrekkes å benytte en elektrotermisk smelteovn med sirkulært tverrsnitt utstyrt med tre karbon-elektroder 4. (Kun en elektrode 4 er vist på figur 1 og 2). Ovnbunnen er fortrinnsvis foret med ildfast magnesittstein. Da den ildfaste bunnforing i smelteovnen alltid vil være dekket av smeltebadet, blir slitasjen minimal og det vil praktisk talt ikke forlanges noe vedlikehold av bunn-foringen. Sideveggene i smelteovnen er fortrinnsvis bygget opp av konveksjonskjølepaneler med sirkulasjon av et flytende, ikke-eksplosivt kjølemedium. Under drift av en slik smelteovn vil et permanent lag av størknet slagg fryse på innsiden av konveksjonskjølepanelene og sørge for beskyttelse av disse.1' Laget av størknet slagg vil idet alt vesentlige eliminere vedlikehold av konveksjonskjøle-panelene og tillater dessuten gjenvinning av varmeenergi som tapes gjennom sideveggene.

Elektrodene er ført gjennom ovnshvelvet på en absolutt gasstett måte slik at gasslekkasje fra ovnen såvel som lekkasjeluft til ovnens indre ikke forekommer.

I smelteovnen 1 smeltes de tilførte råmaterialer ved en temperatur av ca. 1300°C. Ved kontroll av tilsetningen av reduksjonsmiddel og SiO~-sand, vil det i smelteovnen 1 dannes en inert slaggfase og en metallfase inneholdende jern, kobber, nikkel samt mindre mengder av andre metaller som er tilstede i EAF-støvet. Lett reduserbare og fordampbare elementer først og fremst sink, bly og kadmium reduseres og fordampes. Eventuelle klorider som er til stede vil også avdrives. Dersom støvet inneholder svovel-forbindelser og fluorider vil en-del av disse også avdrives. Endelig vil gassen inneholde en del uomsatt medrevet støv.

Fra smelteovnen 1 kan det derved tappes ut en inert slaggfase som etter f.eks. granulering og avkjøling kan deponeres uten fare for at noen av elementene eller for-bindelsene i slaggen skal utlutes. Videre kan det fra tid til annen tappes en metallisk fase inneholdende jern, kobber, nikkel og mindre mengder av andre metaller. Denne metallfasen kan enten deponeres eller selges før opp-arbeidelse av metallverdiene. Slaggfasen og metallfasen tappes fortrinnsvis gjennom to forskjellige tappehull 12, 13. En del blyoksyd vil reduseres i smelteovnen og etterhvert akkumuleres som en metallisk blyfase i bunnen av ovnen. Denne blyfasen kan fra tid til annen dreneres fra ovnsbunnen gjennom et eget tapperør (ikke vist på tegningen).

Gassene som dannes i smelteovnen inneholder CO-gass som oppstår ved selektiv reduksjon i smelteovnen, metalldamper, svovel-, klor- og fluorforbindelser samt eventuelt uomsatt støv.

Gassene som dannes i smelteovnen føres ut gjennom et gass-uttak 5 og føres til en etterbrenner 6 hvor metalldampene slik som f.eks. sinkdamp oksyderes til sinkoksyd og hvor gassens CO-innhold forbrennes til C02, videre vil svovel oksyderes til SC^. Deretter avkjøles gassen i en gasskjøler 7 hvoretter den føres til et posefilter 8 hvor faste partikler skilles fra gassen. De faste partikler som skilles fra gassen vil kunne inneholde opp til ca. 90 % ZnO og kan opparbeides videre til ren sinkoksyd i henhold til kjent teknikk.

Dersom gassen inneholder vesentlige mengder svovel-, klor-og/eller fluorforbindelser, kan disse fjernes på i og for seg kjent måte i et våtvasketrinn 9, før gassen slippes ut i atmosfæren og vaskevannet nøytraliseres.

Den utførelsesform av fremgangsmåten som er illustrert på flytskjemaet i figur 2 adskiller seg fra figur 1 kun ved at det før etterbrenningstrinnet 6 er lagt inn et trinn med selektiv kondensasjon av metalldamp inneholdt i avgassen fra smelteovnen. Trinn som tilsvarer trinnene i figur 1 er i figur 2 benevnt med tilsvarende henvisningstall.

Som vist på figur 2 føres avgassen fra smelteovnen 1 til et kondensasjonstrinn hvor metalldampene inneholdt i avgassen selektivt kondenseres i en eller flere kondensatorer 10.

På figur 2 er det vist en kondensator 10. Da sinkdamp vanligvis utgjør den helt dominerende metalldamp i avgasser er kondensasjonstrinnet 10 nedenfor beskrevet i forbindelse med kondensasjon av sink.

Sinkkondensatoren 10 er av konvensjonell type med bly eller sink som kondensasjonsmedium hvor avgassen føres gjennom et smeltet bly- eller sinkbad som omrøres ved hjelp av en mekanisk omrører 11. Badet holdes på en temperatur mellom 500 og 700°C. Ved kontakt med badet vil sinkdampen som inneholdes i avgassen kondensere og akkumuleres i sink-badet. Sink fjernes kontinuerlig ved overløp fra sinkkondensatoren 10.

Mindre mengder sinkklorid, kadmiumklorid og blyklorid som kan være tilstede i avgassen vil også kondensere i sinkkondensatoren. Likeledes vil uomsatt støv avsettes i sinkkondensatoren 10. Da tettheten av disse forbindelser er vesentlig lavere enn for metallisk sink eller bly, vil kondensatene av sinkklorid, kadmiumklorid, blyklorid og uomsatt støv samles som dross på toppen av badet i sinkkondensatoren 10. Dette drosset kan med mellomrom fjernes fra badet og enten selges eller returneres til smelteovnen.

Restavgassen som forlater kondensatoren vil ha en temperatur på ca. 700°C. Denne gassen fører til etter-brenneren 6 og viderebehandles som beskrevet i forbindelse med figur 1 ovenfor. Ved utførelsesformen i henhold til figur 2 vil selvsagt støvmengden som uttas i posefilteret være vesentlig lavere enn ifølge utførelsesformen i henhold til figur 1.

Støvet uttatt i posefilteret returneres til smelteovnen enten kontinuerlig eller det samles opp for periodevis tilsats til ovnen.

Eksempel

Et EAF støv med en sammensetning som støv C i den foran-stående tabell 1 ble behandlet ved fremgangsmåten som beskrevet i forbindelse med figur 1.

Støvet ble på forhånd pelletisert sammen med SiC^-sand

som slaggdanner og koks som reduksjonsmiddel i en mengde nødvendig for reduksjon av Fe^O^ til FeO, ZnO til Zn og PbO til Pb. Pelletsene ble kontinuerlig tilsatt smelteovnen og smeltet ved en temperatur på ca. 1300°C. Det ble tappet en inert slaggfase og en metallfase fra smelteovnen'. Videre ble det utvunnet støv fra posefilteret og fra våtvaskeanlegget.

I tabell 2 er det vist fordelingen av elementene i støvet fordelt på henholdsvis slaggfase, metallfase og støv uttatt fra posefilter + våtvasker.

Tabell 2 viser at 99 % av sinken i EAF støvet ble gjenvunnet i posefilteret. Videre viser tabell 2 at hovedmengden av Fe, Cr, Mo, Mn, Ca, Mg, Al, F og Si fore-ligger i den inerte slaggfase. I den metalliske fase gjenfinnes en del Fe og hovedmengden av kobber og nikkel sammen med mindre mengder av andre metaller. Den produserte inerte slagg ble underkastet utlutning i henhold til følgende prosedyre: 100 gram av den fremstilte slagg ble nedknust til - 9,5 mm og tilsatt 16 gram deonisert vann pr. gram slagg. pH ble justert til 5,0 + 0,2 ved tilsats av 0,5 M eddiksyre. pH-verdien justeres ved ytterligere tilsats av eddiksyre dersom pH-verdien overstiger 5,2. Etter 24 timers utlutning tilsettes deionisert vann etter følgende ligning V = 20 x W - 16 x W - A, hvor V = ml deionisert vann, W = innveid faststoff, A = ml 0,5 M eddiksyre tilsats. Etter at vannet er tilsatt filtreres prøven og filtratet analyseres.

Resultatet er vist i tabell 3. I tabell 3 er det videre gitt de grenseverdier som er oppsatt av miljøvern-myndighetene i USA (EPA).

Resultatene i tabell 3 viser at den slagg som produseres i stiller de betingelser som stilles av miljøvernmyndighetene i USA.

Selv om den foreliggende søknad hovedsakelig beskriver oppfinnelsen i forbindelse med EAF støv ligger det innenfor oppfinnelsens ramme å behandle ethvert støv utskilt fra avgasser fra metallurgiske prosesser. Som eksempel på andre typer støv som kan behandles ved den foreliggende fremgangsmåte skal nevnes BOF-støv, AOD-støv, Siemens-Martin støv, støv fra fremstilling av ferrolegeringer, støv fra kobbersmeltings-

prosesser og andre.

Claims

1. ' Fremgangsmåte for behandling av støv utskilt fra avgasser fra metallurgiske prosesser, spesielt støv utskilt fra avgasser i forbindelse med stålfremstilling, karakterisert ved kombinasjonen av følgende trinn: a) kontinuerlig eller tilnærmet kontinuerlig tilførsel av støvet sammen med et reduksjonsmiddel og eventuelle slaggdannere til en gasstett lukket elektrotermisk smelteovn, b) smelting og selektiv reduksjon samt fordamping av flyktige metaller i smelteovnen, c) kontinuerlig eller intermittent tapping av en inert slaggfase og eventuelt en flytende metallfase fra smelteovnen, d) kontinuerlig fjerning fra smelteovnen av en gassfase inneholdende i det alt vesentlige CO-gass, metalldamper, svovel, klorider, fluorider og eventuelt medrevet uomsatt støv. e) eventuell selektiv kondensasjon av en eller flere av metalldampene i avgassen fra smelteovnen, f) kontrollert etterbrenning av oksyderbare komponenter i avgassen, g) fjerning av støv fra avgassen, h) sluttrensing og nøytralisering av restgassen.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at SiO^-sand tilsettes som slaggdanner.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at støv, reduksjonsmiddel og eventuelle slaggdannere tilsettes til smelteovnen i form av agglomerater.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at temperaturen i smelteovnen holdes mellom 1250 og 1750°C.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved at temperaturen i smelteovnen holdes mellom 1300 og 1400°C.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at sink utvinnes fra avgassen ved selektiv kondensasjon i en sink-kondensator med bly eller sink som kondensasjonsmedium.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at støvet fjernes fra avgassen i et posefilter.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at sluttrensingen av avgassen foretas i en våtvasker under samtidig fjerning av svovel-, fluor- og klorforbindelser fra avgassen.