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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufarbeiten von Stäuben oder Staubgemischen, welche Alkalien und Schwermetalle enthalten, wie z. B. Stahlwerksstäuben, Feinerzen oder Hochofenstauben, Stäube aus Sinteranlagen, Walzwerken, Müllverbrennungsanlagen sowie Reststoffen und Aschen aus Verbrennungsanlagen und Shredderbetrieben.
Im Zuge von Hochofen- und Stahlwerksprozessen fallen in der Regel hohe Mengen an Stäuben an, deren Aufarbeitung mit einer Reihe von Problemen verbunden ist. Je nach der Herkunft derartiger Stäube enthalten diese in der Regel beträchtliche Mengen an Schwermetallen, deren Konzentration allerdings für eine direkte wirtschaftliche Aufarbeitung in der Regel zu gering ist.
Insbesondere Stahlwerksfilterstaub kann über 10 Gew. % Zinkoxyd und Bleioxyd enthalten.
Im Zuge der Aufarbeitung von oxydischen Schlacken wurden bereits eine Reihe von Verfahren vorgeschlagen, mit welchen nicht nur die Basizität dieser Schlacken im Hinblick auf eine mögliche Verwendung als Zumahlstoff in der Zementindustrie entsprechend eingestellt wird, sondern gleichzeitig auch eine Reinigung und Abreicherung von unerwünschten Komponenten vorgenommen wird, welche teilweise in metallischer Form in ein Metallbad übergeführt werden können und teilweise wiederum als Sekundärstäube anfallen bzw. aus der Gasphase rückgewonnen werden können. Bei derartigen Verfahren, bei weichen oxydische Schlacken in Bezug auf ihre Zusammensetzung für eine nachfolgende zementtechnologische Verwertbarkeit optimiert werden sollen, werden eine Reihe von Zusätzen bzw.
Korrekturstoffen eingebracht bzw. eingeblasen, wobei es mit derartigen Verfahren gelingt auch Schadstoffe und insbesondere organisch belastete Stoffe sicher zu entsorgen.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine wirtschaftliche Aufarbeitung von Stäuben oder Staubgemischen der eingangs genannten Art zu gewährleisten und gleichzeitig die Möglichkeit zu schaffen, Schlacken in einer Weise zu behandeln, sodass die zementtechnologische Weiterverwertung erleichtert wird. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass die Basizität der flüssigen Schlacken vor dem Eintragen der Stäube auf Werte zwischen 1 und 1, 4 eingestellt werden, dass die Stäube pneumatisch auf oder unter die Schlackenoberfläche gefördert werden und mit Fördergasen, insbesondere Heissluft, ein- oder aufgeblasen werden und dass flüchtige Schwermetallverbindungen, wie z. B. Zn-und/oder Pb-Oxide aus der Gasphase abgetrennt und Alkalien in die Schlacken eingetragen werden.
Dadurch, dass derartige Stäube oder Filterstäube pneumatisch auf oder unter die Schlackenoberfläche einer flüssigen Schlacke gefördert werden, gelingt es, eine Phasentrennung mit überaus hoher Selektivität vorzunehmen, wobei insbesondere die in den ursprünglichen Stäuben enthaltenen Alkalien zum überwiegenden Teil in der Schlacke verbleiben und Schwermetalle, wie Zink und Blei in wesentlich konzentrierterer Form im Sekundärstaub wiedergefunden werden können, wobei gleichzeitig die Gesamtmenge des eingetragenen Staubes wesentlich und insbesondere weit unter die Hälfte der ursprünglichen Menge reduziert werden kann.
Neben dem wesentlichen Effekt der Verringerung der Staubmenge gelingt es somit im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens Sekundärstäube zu bilden, deren wirtschaftliche Weiterverwendung aufgrund der höheren Konzentration der einzelnen Bestandteile, deren Rückgewinnung sinnvoll erscheint, wesentlich erleichtert wird, wobei die gleichzeitige Anreicherung der oxydischen Schlacken mit Alkalien dem entsprechenden Produkt verbesserte Eigenschaften im Zusammenhang mit einer möglichen zementtechnologischen Weiterverwendung verleiht.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens wird so vorgegangen, dass die Basizität der flüssigen Schlacken vor dem Eintragen der Stäube auf Werte von z. B. zwischen 1 und 1, 4 eingestellt werden. Oxydische, flüssige Schlacken mit einer derartigen Basizität, welche auf einem Roheisenbad aufschwimmen, zeichnen sich durch besonders hohe Selektivität in der gewünschten Abtrennung der Alkalien bei gleichzeitig geringer Tendenz der Aufnahme von Schwermetallen aus. Gleichzeitig gelingt es im Rahmen eines derartigen Verfahrens den Eisenoxydgehalt der eingesetzten Stäube bzw. Filterstäube zu verringern, sodass eine Rückgewinnung von flüssigem Eisen aus derartigen Stäuben als Nebeneffekt gelingt, welche die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter erhöht.
Neben der wesentlichen Verringerung der Gesamtstaubmenge gelingt es somit Eisen aus Eisenoxyden rückzugewinnen und gleichzeitig Schwermetalle im Sekundärstaub anzureichern, wodurch besonders günstige Voraussetzungen für eine wirtschaftliche Rückgewinnung von einzelnen Komponenten der Sekundärstäube geschaffen werden.
Erfindungsgemäss erfolgt das Einbringen der Stäube durch pneumatische Förderung, wobei so
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vorgegangen wird, dass die Stäube pneumatisch auf oder unter die Schlackenoberfläche gefördert werden und mit Fördergasen, insbesondere Heisswind, ein-oder aufgeblasen werden.
Eine derartige pneumatische Förderung erlaubt es beim Einbringen der Stäube gleichzeitig eine homogene Durchmischung mit Additiven vorzunehmen, welche in der Folge zum Einen die pneumatische Förderung erleichtern und zum Anderen gleichzeitig gewünschte Komponenten in die oxydischen Schlacken einzubringen erlauben. Insbesondere kann in besonders vorteilhafter Weise so vorgegangen werden, dass die aufzuarbeitenden Stäube mit Additiven, wie z. B. Kohle, Sand und/oder Bauxit vermischt werden, wodurch beispielsweise bei Einsatz von Kohle neben der Verbesserung der pneumatischen Förderbarkeit gleichzeitig auch das entsprechende Reduktionspotential für die kontinuierliche Abtrennung von metallischem Eisen aus in den Stäuben enthaltenen Eisenoxyden zur Verfügung gestellt wird.
Der Zusatz von Sand und Bauxit erlaubt es gleichfalls die pneumatische Förderbarkeit zu verbessern, wobei derartige Zusätze gleichzeitig zum Korrigieren der gewünschten Zielbasizität der oxydischen Schlacken und zum Einstellen eines gegebenenfalls erwünschten höheren Aluminiumoxydgehaltes der Schlacke dienen können.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens lassen sich aber nun auch gleichzeitig eine Reihe von weiteren Problemstoffen, wie insbesondere organisch belastete Stoffe und insbesondere Aufschlämmungen und Schlämme, sicher behandeln, wobei derartige Zusätze gleichfalls geeignet sind, die pneumatische Förderung der Stäube durch Verhinderung der Agglomeratbildung zu verbessern. Beim Einbringen derartiger, mit organisch belasteten Stoffen vermischter Stäube, gelingt es die organischen Anteile vollständig zu verbrennen, wobei gleichzeitig weiteres Reduktionspotential für die Reduktion von Eisenoxyden aus den Stäuben zur Verfügung gestellt werden kann.
Mit Vorteil wird im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens als Metallbad ein Roheisenbad vorgelegt, wobei in besonders vorteilhafter Weise das Bad flüssige Schlacken und flüssiges Roheisen in Gewichtsverhältnissen von 1 : 3 bis 1 : 6, vorzugsweise 1 : 4, enthält.
In besonders einfacher Weise erfolgt das Einbringen der Stäube oder Staubgemische dadurch, dass diese über Bodendüsen in den Konverter eingeblasen werden. Nach der Umsetzung, welche insbesondere an der Phasengrenze zwischen der Schlacke und dem Metallbad erfolgt, fällt Sekundärstaub in einer Menge an, welche weit geringer ist als ein Drittel der ursprünglichen Menge sogar unter 10 % der ursprünglichen Menge liegt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In einem Konverter wurde auf einem Bad aus 10 t flüssigen Roheisens 2 t einer Schlacke mit folgender Zusammensetzung erzeugt :
EMI2.1
<tb>
<tb> Schlacke
<tb> Masse <SEP> %
<tb> Cas <SEP> 47.9 <SEP>
<tb> Six <SEP> 36. <SEP> 6 <SEP>
<tb> A <SEP> ! <SEP> z0373 <SEP>
<tb> MgO29
<tb> Tir <SEP> 12 <SEP>
<tb> FeO <SEP> 1.6 <SEP>
<tb> MnO <SEP> 2.1 <SEP>
<tb> Na2O <SEP> 0. <SEP> 1
<tb> K2O <SEP> 0.2
<tb> ZnO <SEP> 0
<tb> PbO0
<tb>
Diese Schlacke zeichnet sich durch eine für nachfolgende zementtechnologische Verwertung günstige Basizibät aus und enthält in der Regel nur geringe Anteile an Alkalien.
Für bestimmte Zementeigenschaften, und insbesondere für die Festigkeitseigenschaften, wie beispielsweise die Frühfestigkeit, von mit derartigen Schlacken als Zumahlstoff hergestellten Mörtel- oder Betonmischungen, wäre ein höherer Alkaligehalt durchaus wünschenswert.
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Über Bodendüsen wurde nun in ein derartiges Bad 1 t Stahlwerksfilterstaub mit nachfolgender Zusammensetzung eingeblasen :
EMI3.1
<tb>
<tb> Filterstaub
<tb> Gewichts%
<tb> Cas <SEP> J <SEP>
<tb> SiO2 <SEP> 5. <SEP> 0
<tb> Al2O3 <SEP> 1. <SEP> 3
<tb> MgO29
<tb> Tir <SEP> 0. <SEP> 4 <SEP>
<tb> FeO <SEP> 64. <SEP> 0 <SEP>
<tb> MnO42
<tb> NazOZ8
<tb> K2O <SEP> 0. <SEP> 1
<tb> ZnO <SEP> 11. <SEP> 5 <SEP>
<tb> PbO07
<tb>
Der Stahlwerksfilterstaub enthielt somit nennenswerte Mengen an Alkalien und an Schwermetallen. Beim Durchdringen des Bades erfolgte eine Phasentrennung, wobei die im ursprünglichen Staub enthaltenen Alkalien mit hoher Selektivität in der Schlacke gebunden wurden und die Schwermetalle Zink und Blei als entsprechende Oxyde in konzentrierterer Form im Sekundärstaub wiedergefunden werden konnten.
Die Schlackenzusammensetzung stellte sich nach dem Behan- deln der Stahlwerksfilterstäube mit folgender Richtanalyse ein :
EMI3.2
<tb>
<tb> Schlackenendzusammensetzung
<tb> Gewichts%
<tb> CaO <SEP> 46. <SEP> 9 <SEP>
<tb> Si02 <SEP> 35. <SEP> 4 <SEP>
<tb> AI203 <SEP> 7. <SEP> 3 <SEP>
<tb> MgO39
<tb> Ti02 <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP>
<tb> FeO <SEP> 1.7 <SEP>
<tb> MnO <SEP> 2. <SEP> 0 <SEP>
<tb> Na20 <SEP> 1. <SEP> 2
<tb> K20 <SEP> 0. <SEP> 4 <SEP>
<tb> ZnO <SEP> 5 <SEP> ppm
<tb> PbO <SEP> < <SEP> 5 <SEP> ppm
<tb>
In einer Menge von etwa 264 kg wurde Sekundärstaub mit nachfolgender Zusammensetzung erhalten :
EMI3.3
<tb>
<tb> Sekundärfilterstaubzusammensetzung
<tb> Gewichts%
<tb> CaO <SEP> 4. <SEP> 2 <SEP>
<tb> Si02 <SEP> 3. <SEP> 1 <SEP>
<tb> Al2O3 <SEP> 1. <SEP> 2
<tb> MgO <SEP> 0. <SEP> 1 <SEP>
<tb> Ti02 <SEP> 0. <SEP> 2 <SEP>
<tb>
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EMI4.1
<tb>
<tb> Sekundärfitterstaubzusammensetzung
<tb> Gewichts%
<tb> FeO47. <SEP> 8 <SEP>
<tb> MnO <SEP> 0. <SEP> 4 <SEP>
<tb> Na20 <SEP> 0. <SEP> 2 <SEP>
<tb> K20 <SEP> 0. <SEP> 4 <SEP>
<tb> ZnO39. <SEP> 8 <SEP>
<tb> PbO <SEP> 2. <SEP> 6 <SEP>
<tb>
Aus dem Vergleich der Zusammensetzung des eingesetzten Stahlwerksfilterstaubes mit der Zusammensetzung des Sekundärfilterstaubes und dem Vergleich der Schlackenzusammensetzungen ergibt sich, dass K20 zu etwa 3, 2 % im Sekundärfilterstaub wiedergefunden werden konnte, wohingegen 96, 8 Gew.
% des K2O-Gehaltes des eingesetzten Staubes in der Produktschlacke gefunden werden konnte. Ähnlich verhält sich die Verteilung des ursprünglichen Na20-Gehaltes, wobei 4, 5 Gew. % des ursprünglichen Teiles im Sekundärfilterstaub und 95, 5 Gew. % in der Produktschlacke gefunden wurden.
Umgekehrt verhält es sich mit den Werten Zinkoxyd und Bleioxyd, welche zu 99, 7 bzw.
99, 9 Gew. % im Sekundärfilterstaub wiedergefunden werden konnten. Bedingt durch die Gesamtabnahme der Sekundärfilterstaubmenge gegenüber der eingesetzten Stahlwerksstaubmenge enthält der Sekundärfilterstaub nunmehr Anteile an diesen Schwermetallen, welche eine wirtschaftliche Aufarbeitung sinnvoll erscheinen lassen. Lediglich etwa 0, 3 bzw. 0, 1 Gew. % des Zinkoxydbzw. Bleioxydanteiles des eingesetzten Stahlwerksfilterstaub konnten in der Produktschlacke festgestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Aufarbeiten von Stäuben oder Staubgemischen, welche Alkalien und
Schwermetalle enthalten, wie z. B. Stahlwerksstäuben, Feinerzen oder Hochofenstäuben, dadurch gekennzeichnet, dass die Basizität der flüssigen Schlacken vor dem Eintragen der
Stäube auf Werte zwischen 1 und 1, 4 eingestellt wird, dass die Stäube pneumatisch auf oder unter die Schlackenoberfläche gefördert werden und mit Fördergasen, insbesondere
Heissluft, ein- oder aufgeblasen werden und dass flüchtige Schwermetallverbindungen, wie z. B. Zn-und/oder Pb-Oxide aus der Gasphase abgetrennt und Alkallen in die Schlacken eingetragen werden.