AT525219B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von zinkhaltigen Filterstäuben der Stahl- und Gießereiindustrie - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Aufbereitung von zinkhaltigen Filterstäuben (1), bei dem diese unter Zugabe eines oder mehrerer Reduktionsmittel (3) in eine im oberen Bereich eines induktiv erhitzten Schmelzofens befindliche Aufgabeöffnung (10) aufgegeben werden, das Aufgabematerial (6) durch die Schwerkraft von der oberen Aufgabeöffnung (10) durch Kanäle oder Bohrungen eines aus einem oder mehreren mechanisch bearbeiteten Teilen bestehenden Suszeptors (12) aus elektrisch leitfähigem Material zum Ofenboden transportiert wird und auf diesem Weg erwärmt und aufgeschmolzen wird, wobei das aufgeschmolzene Aufgabematerial den Schmelzofen in schmelzflüssigem Zustand durch eine oder mehrere Auslassöffnungen (17, 18) in dessen Bodenbereich verlässt und die Gase (14), welche durch die chemischen Reaktionen entstehen, insbesondere Zink und Kohlenmonoxid, zur Aufgabeöffnung (10) frei aufsteigen, dort mit einer Auffangvorrichtung (8) aufgefangen, mit zuströmender Umgebungsluft (15) vermischt, als Staub-Gas-Gemisch (23) mittels eines Gebläses (27) abgesaugt und einem Filter (26) zugeführt werden. Die Aufgabeöffnung (10) und die Auslassöffnung (17, 18) bzw. Auslassöffnungen des Schmelzofens sowie die zum Schmelzofen weisende Öffnung der Auffangvorrichtung (8) sind offen zur umgebenden Atmosphäre. Der Unterdruck, mit dem das Staub-Gas-Gemisch (23) aus der Auffangvorrichtung (8) abgesaugt wird, ist so eingestellt, dass ein Entweichen des Staub-Gas-Gemisches (23) aus der Auffangvorrichtung (8) in die Atmosphäre und ein Übertrag von Aufgabematerial (6) in den Filter (26) verhindert wird.

Description

Beschreibung

VERFAHREN ZUR AUFBEREITUNG VON ZINKHALTIGEN FILTERSTÄUBEN DER STAHLUND GIEBßEREIINDUSTRIE

[0001] Die Erfindung betrifft Verfahren zur Aufbereitung von zinkhaltigen Filterstäuben der Stahlund Gießereiindustrie, welches die Gewinnung von hochreinem Zinkoxid und einer inerten Schlacke ermöglicht. Das Verfahren kann auch für Filterstäube mit geringen Zinkgehalten wirtschaftlich vorteilhaft angewendet werden.

STAND DER TECHNIK

[0002] Die weltweite Rohstahlproduktion betrug 2015 ungefähr 1,56 Milliarden Tonnen. Etwa 30% dieser Menge erfolgte durch Einschmelzen von Stahlschrott im Lichtbogenofen (Electric Arc Furnace - EAF). Pro Tonne eingeschmolzenem Schrott fallen 15 - 22 kg Staub an, die mit den dafür vorgesehenen Filtern aufgefangen werden. Somit fallen jährlich etwa 8,5 Millionen Tonnen EAF-Filterstäuben an, in denen 1,7 Millionen Tonnen Zink enthalten sind. Von diesen Filterstäuben werden global nur etwa 45 % recycelt und der Rest in Deponien verbracht (Curtis Stewart, Sustainability in Action: Recovery of Zink from EAF Dust in the Steel Industry, 2015 Intergalva Conference, Liverpool, England, 9" June 2015).

[0003] In Europa beträgt die Recyclingrate etwa 90 %, wobei die jährlich anfallenden ca. 1,3 Millionen Tonnen an EAF-Filterstäuben von wenigen darauf spezialisierten Unternehmen recycelt werden.

[0004] Die Zusammensetzung von EAF-Filterstaub ist variabel. Sie hängt vom eingesetzten Schrott ab und kann sich auch im Laufe einer Schmelze stark verändern. In jedem Fall sind Oxide des Eisens und Zinkes die Hauptbestandteile des EAF-Filterstaubes. Das Zink gelangt mit den galvanisierten Teilen im Schrott in den Ofen, in dem es zunächst zu metallischem Zink reduziert wird. Dieses verdampft aufgrund der niedrigen Siedetemperatur von 906 °C praktisch vollständig, wird im Abgasstrom außerhalb des Ofens reoxidiert und als Staub im Filter aufgefangen. Eine Tonne EAF-Staub enthält 200 - 450 kg Eisen und 150 - 450 kg Zink. Das Zink liegt zu 70 - 85 % als einfaches Oxid ZnO und zu 15 - 30 % als Zinkferrit ZnFe2O4 und weiteren Verbindungen vor.

[0005] Durch die zunehmende Verzinkung von Stahl und die ansteigenden Rücklaufmengen von verzinktem Stahl, insbesondere aus der Automobilindustrie, werden die Mengen EAF-Filterstäuben weiter steigen und deren Zinkgehalt zunehmen.

[0006] Weitere Bestandteile im Filterstaub sind Oxide von Blei, Kupfer, Chrom, Nickel, Cadmium, Magnesium, Silizium und Kalzium. Die Anreicherung der Filterstäube mit Blei und den Verbindungen von Halogeniden (Chlor, Fluor) mit Alkalimetallen (Na, K) ist auf Verunreinigungen im Schrott wie Gummi, Farben und Polymere zurückzuführen.

[0007] Aufgrund des Gehaltes an Schwermetallen, insbesondere Blei, Kadmium und Chrom, werden EAF-Stäube als gefährlicher Abfall eingestuft, der nur nach Inertisierung in Deponien verbracht werden darf. Die Inertisierung erfolgt durch Zugabe von Säure und Zement mit anschließender Aushärtung.

[0008] Die Deponierung hat mehrere Nachteile, im volkswirtschaftlichen Kontext ist es abwegig, Wertstoffe in diesen Mengen zu entsorgen und die Umwelt damit zu belasten. Aufgrund der gesetzlichen Rahmenbedingungen steigen die Kosten der Deponierung und schmälern das Betriebsergebnis der Stahlerzeuger, Dazu kommen schwer kalkulierbare Verbindlichkeiten aus den in der Zukunft möglicherweise entstehenden Kosten für die Behebung von Umweltschäden.

[0009] Die direkte Rückführung des EAF-Filterstaubes in den Eisen- und Stahlerzeugungsprozess hat sich aufgrund der schnellen Anreicherung der Stäube mit flüchtigen Schwermetallen und Alkalien als nicht praktikabel erwiesen, weil dies zur Verstopfung der Filter und prozesstechnischen Problemen führt. Wenn überhaupt, so lässt sich auf diese Weise nur ein Bruchteil in den Prozess rückführen.

[0010] Aufgrund der wirtschaftlichen Bedeutsamkeit sind eine Vielzahl von Verfahren für die Aufbereitung von Filterstäuben der Stahl- und Gießereiindustrie vorgeschlagen und entwickelt worden, die sich in zwei Kategorien einteilen lassen.

[0011] Die erste Kategorie umfasst die überwiegende Anzahl von pyrometallurgischen Verfahren, bei denen das Zink bei Temperaturen über 1000 °C unter Zugabe eines Reduktionsmittels in die Gasphase überführt and anschließend aus dem Gasstrom abgetrennt wird.

[0012] Zur zweiten Kategorie gehören alle hydrometallurgischen Verfahren, bei denen schwermetallhaltige Stäube in mehreren Stufen unter Zusatz von Mineralsäuren oder Basen gelaugt werden. Diese Verfahren werden für Filterstäube angewendet, welche durch ein pyrometallurgisches Verfahren bereits mit den flüchtigen Schwermetallen angereichert worden sind.

[0013] Der Wälz-Prozess ist das älteste und immer noch das am häufigsten verwendete Verfahren zur Aufbereitung von EAF-Stäuben und liefert etwa 5 % der weltweiten Zink-Produktion. Mehr als 80 % der weltweit zur Verarbeitung gelangenden EAF-Stäube werden im Wälz-Rohr behandelt.

[0014] Beim Wälz-Verfahren werden anfallende Stäube, Schlacken, Schlämme und andere zinkhaltige Reststoffe mit Koks und je nach saurer oder basischer Fahrweise mit SiO2- oder CaOreichen Schlackebildnern unter Wasserzugabe pelletiert. Die Pellets durchlaufen für eine Dauer von 4 bis 6 Stunden einen 40 - 65 m langem Drehrohrofen. Im Gegenstrom wird Verbrennungsluft eingeleitet, welche in einigen Fällen zuvor erwärmt wird. Dabei werden die Pellets zuerst vom heißen Ofengas erwärmt und getrocknet. In der Reduktionszone wird bei Temperaturen von etwa 1100 -1300 °C das Zinkoxid und teilweise das Bleioxid reduziert und gasförmig in den Abgasstrom transportiert. Im Abgasstrom werden das Zink und Kohlenmonoxid unter Luftüberschuss nachverbrannt und so die die nötige Wärme für den Wälzprozess geliefert. Beim SDHL-Verfahren wird zusätzliche Wärme durch gezielte sekundäre Oxidierung des Eisens erzeugt, wodurch Koks eingespart wird. Im Abgasstrom befinden sich auch Cadmium sowie Alkalien (Na, K) und Halogene (Cl, F), welche gemeinsam mit dem Zinkoxid und Bleioxid über filternde Medien abgeschieden werden.

[0015] Das erzeugte Wälzoxid enthält ca. 55 - 67 % Zink, bis zu 4 % Blei und ca. 2 - 4% der Verbindungen von Na und K mit CI und F. Aufgrund des Übertrages von Staub sind außerdem bis zu 5 % Eisen enthalten. Für den Einsatz im hydrometallurgischen Zinkgewinnungsprozess (Zinkelektrolyse) stellen besonders die Halogene kritische Elemente dar. Da die vergleichsweise hohen Chlor- und Fluor-Gehalte im Wälzoxid bei der Gewinnungselektrolyse zu Elektrodenkorrosion führen und das Fluor durch Aufrauhung der Kathoden das Abziehen des Zinkes erschwert, ist es erforderlich, das Wälzoxid vor seiner Weiterverarbeitung in zwei oder drei Stufen zu waschen, üblicherweise in erhitzter Sodalösung. Dadurch werden über neunzig Prozent aller Halogene und Alkalien entfernt und die Zinkkonzentration im gewaschenen Wälzoxid auf fünfundsechzig bis siebzig Prozent erhöht.

[0016] Das am Ofenende ausgetragene Material, die Wälzschlacke, macht etwa 2/3 der Durchsatzmenge aus und enthält überschüssigen Koks, aufgekohltes bzw. oxidiertes Eisen, die schlackebildenden Oxide wie CaO, SiO»2, Al,‚O03, MgO sowie ca. 1 - 3 % der Alkalisalze.

[0017] Das Wälz-Verfahren ist in den ca. 100 Jahren seit seiner ersten Anwendung kontinuierlich verbessert worden und gehört aktuell zu den besten verfügbaren Techniken gemäß Richtlinie 2010/75/EU (Gianluca Cusano, Miguel Rodrigo Gonzalo, Frank Farrell, Rainer Remus, Serge Roudier, Luis Delgado Sancho; Title; Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the main Non-Ferrous Metals Industries, EUR 28648, dci:10.2760/8224).

[0018] Dennoch weist das Wälz-Verfahren eine Reihe von Nachteilen auf. Dazu gehören das Pelletieren unter Verbrauch von Schlackebildnern und die anfallende Menge von 650 - 750 kg per Tonne behandeltem Reststoff, die entsorgt werden muss. Mit der Schlacke gehen das Eisen, welches etwa die Hälfte der Zusammensetzung von EAF-Staub ausmacht, und bis zu 5 % Zink verloren. Bei Stäuben aus der Elektrostahlerzeugung von nichtrostenden Stählen gehen zudem Chrom und Nickel verloren, von denen jeweils etwa 10 % und 1 % im EAF-Staub enthalten sind.

[0019] Zu den nicht überwindbaren Beschränkungen des Wälz-Verfahrens zählen der maximale Zinkgehalt von etwa 67 % im Wälzoxid aufgrund des mechanischen UÜbertrages von Staub in den Abgasstrom und der erforderliche Mindestgehalt von 20 % Zink im Filterstaub, ab dem das Verfahren wirtschaftlich betrieben werden kann. Für die Stahlerzeuger bedeutet dies, die Stäube gegebenenfalls durch mehrfache Rückführung in die Schmelzaggregate aufzukonzentrieren, was technisch aufwendig ist und den Verlust von Energie bedeutet.

[0020] Angesichts der aufgezählten Nachteile des Wälz-Verfahrens gibt es ungeachtet seiner dominanten Stellung viele Bemühungen, es durch wirtschaftlichere zu ersetzen. Die umfangreiche technische Literatur zeigt, dass bei der Suche nach einem dem Wälz-Prozess überlegenen Verfahren den Prozessschritten des Aufschmelzens des Filterstaubes unter Einsatz einer externen Energiequelle und der anschließenden Behandlung mit einem Reduktionsmittel die entscheidende Rolle zugeschrieben wird.

[0021] Gemäß Offenlegungsschrift DE 4123626 A1 können Filterstäube in einem leicht modifizierten Schachtofen mit Entstaubungsfilter aufgearbeitet werden. Da das Einsatzmaterial von Schachtöfen eine bestimmte Korngröße nicht unterschreiten und jedenfalls nicht staubförmig sein darf, ist es erforderlich, die Stäube vor der Aufgabe zu pelletieren. Die bei Temperaturen über 1000 °C entstehenden Dämpfe von Zink und Cadmium steigen auf und gelangen in den Entstaubungsfilter, wo sie kondensieren und aus dem sie leicht entfernt werden können. Die im unteren Ofenbereich entstehende flüssige Phase aus Metall und Schlacke kann durch getrennte Abstichlöcher abgegossen und einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Die durch Druck und Abrieb der Pellets entstehenden feinen Partikel werden in den Entstaubungsfilter ausgetragen. Deshalb ist es bei diesem Verfahren erforderlich, den im Entstaubungsfilter gesammelten Staub wiederholt zu pelletieren und in den Ofen aufzugeben, bis sich die metalloxidischen Bestandteile so weit angereichert haben, dass sie sich als Ausgangsstoff für die weitere Verarbeitung eignen.

[0022] Da das aus dem Schachtofen austretende Gas große Mengen an reduzierendem Kohlenmonoxid enthält (60 - 65 %), kann es für eine Vorreduzierung des zinkhaltigen Einsatzmaterials in einem vorgeschalteten Gefäß verwendet werden. Die EP 1826281 A1 beschreibt mehrere Ausführungen mit dem gemeinsamen Merkmal einer Kühleinrichtung zur Kondensation des Zinkes aus dem CO-haltigen Gasstrom vor dessen Einleitung in das Gefäß zur Vorreduzierung.

[0023] Gemäß WO 99/16917 kann das Metallbad eines konventionellen Sauerstoffblasstahlkonverters zur Aufbereitung von zinkhaltigen Filterstäuben verwendet werden. Dazu werden die Stäube in pelletierter Form unter reduzierenden Bedingungen, wie z.B. unter Zugabe von Erdgas, in den Konverter aufgegeben, in dem sich eine reduzierende Schmelze befindet, welche durch eine bodenseitige Gasspülung vermischt wird. Da Reduktion und Verdampfung von Zink innerhalb von vier Minuten zu über 80 % abgeschlossen sind, besteht ein vorteilhaftes Verfahren darin, den zinkhaltigen Staub für diese Zeit einem separatem Filter aufzugeben und den so gewonnen Staub mit hohen Konzentrationen an Zink, Blei und Kadmium einer wirtschaftlichen Verwertung zuzuführen. Ansonsten wird der Konverter zur konventionellen Stahlerzeugung mit dem standardmäßigen Filter betrieben.

[0024] Das von der Firma Wurth entwickelte und in der WO 2008/145490 A1 beschriebene Primus-Verfahren beinhaltet in einem ersten Schritt Trocknung, Erhitzung und Vorreduktion in einem Etagenofen. Die Endreduktion erfolgt in einem speziellen Lichtbogenofen. Dieses Verfahren kann für Stäube mit vergleichsweise geringem Zinkgehalt eingesetzt werden und erzeugt ein Konzentrat aus Zinkoxid, Roheisen und eine inerte Schlacke.

[0025] Alternativ können die Filterstäube in einem separaten Schmelzzyklon aufgeschmolzen werden, mit Erdgas als Energiequelle. Aufgrund des am Durchsatz gemessenen hohen Wärmebedarfs sind diese Schmelzzyklone als Flash-Reaktor ausgeführt, dessen konstruktive Ausgestaltung eine intensive Vermischung des eingebrachten Staubes mit den Verbrennungsgasen bewirkt.

[0026] Die WO 02/36834 A2 schlägt vor, den mit einem Kohlenstoffträger versetzten Filterstaub in einem mit Erdgas beheizten Schmelzzyklon aufzuschmelzen und die flüchtigen Schwermetalle

mit dem Abgasstrom auszutragen und in einem Filter zu sammeln. Die weitgehend von den Schwermetallen befreite Schmelze wird in ein getrenntes metallurgisches Gefäß überführt, in welchem durch Zugabe von Reduktionsmitteln und Zufuhr von elektrischer Energie eine eisenarme Schlacke und Eisen erzeugt wird.

[0027] Die WO 03/070651 A1 und WO 2005/094153 A1 beschreiben Ausgestaltungen eines aus einem Dosierzyklon und einer darunter angeordneten Brennkammer bestehende Schmelzzyklons, bei denen die Stäube und das Erdgas axial und die Verbrennungsluft tangential zugeführt werden. Dank der auf diese Weise erzwungenen intensiven Durchmischung wird ein rasches Aufschmelzen der festen Partikel und eine relativ lange Kontaktzeit mit der Flamme gewährleistet. Das umgesetzte Material kann in fester oder flüssiger Form über den Bodenauslass der Brennkammer abgezogen werden.

[0028] Bereits im Jahr 1987 wurde mit der Offenlegungsschrift DE 3711353 A1 vorgeschlagen, den in einem Schmelzreaktor unter Zugabe von Kohlenstoffträgern und Sauerstoff aufgeschmolzenen zinkhaltigen Staub auf ein Koksbett aufzugeben, welches auf einem induktiv erhitzten Eisenbad schwimmt. Die sich bildende Schlacke, welche regelmäßig über einen seitlich befindlichen Auslauf abgeführt wird, trennt das Koksbett vom Eisenbad. Das im Schmelzreaktor und im Koksbett aus seinem Oxid reduzierte elementare dampfförmige Zink wird abgezogen und liegt nach der Nachverbrennung als werthaltiges Zinkoxid vor. Die im Staub enthaltenen weiteren Metalloxide, insbesondere das Eisenoxid, werden zu Metallen reduziert und vom Eisenbad aufgenommen. Das so erzeugte Roheisen und die schadstofffreie Restschlacke können als werthaltige Produkte verwertet werden. Die besten Ergebnisse werden bei reduzierender Atmosphäre in der Verbrennungskammer und im Bereich des Koksbettes sowie oxydierender Atmosphäre unterhalb des Auslaufs des Schmelzreaktors erzielt. Ein Nachteil des Verfahrens ist im Verschleiß der Feuerfestauskleidung durch den permanenten Kontakt mit dem Eisenbad und der Schlacke zu sehen.

[0029] Die AT 405944 B schlägt in ergänzender Weise vor, als Metallbad eine Eisenlegierung mit edieren Metallen als Eisen vorzulegen, wie z.B. eine FeNi- oder FeCu- oder FeSn-Legierung, so dass FeO nicht oder nur teilweise zu Fe reduziert wird. Dadurch wird die die flüssige Schlacke bei niedrigeren Temperaturen gebildet, wodurch der Verschleiß der Feuerfestauskleidung verringert wird.

[0030] Die EP 1591546 A1 stellt ein verbessertes Verfahren vor, bei dem der Filterstaub in einer Brennkammer unter oxidierenden Bedingungen eingeschmolzen wird. Durch die oxidierende Atmosphäre wird die vorzeitige Reduktion von Zink verhindert, und es werden nur die flüchtigen Halogenide aus der Brennkammer abgezogen. Die von den Halogeniden weitestgehend befreite oxidische Schmelze wird In einem separaten Eisenbadreaktor reduziert, wodurch flüchtige Zinkdämpfe, flüssiges Eisen und eine hochwertige, von Schwermetallen befreite Schlacke erzeugt werden. Durch Reoxidation der Zinkdämpfe entsteht Zinkoxid mit sehr geringen Anteilen an schädlichen Halogeniden.

[0031] Mit dem Ziel, Filterstäube mit niedrigen Zinkgehalten wirtschaftlich recyceln zu können, wurde von der Montanuniversität Leoben in Zusammenarbeit mit der voestalpine Stahl GmbH das Reco Dust-Verfahren entwickelt und mittels einer für 300 kg/h ausgelegten Pilotanlage getestet. (C. Benigni, C. Pichler, J. Antrekowitsch: Zinc oxide from steel mill dust-A wide range of opportunities, European Steel Technology and Application Days, Austria Center, Vienna, 26 - 29 Jun 2017).

[0032] Bei den Tests wurde zweifelsfrei festgestellt, dass es nicht möglich ist, in einem gasbefeuerten Flash- Reaktor das Mitreißen (carry over) eines Teils des aufgegebenen Filterstaubes mit dem Abgasstrom in dem für ein wirtschaftlich vorteilhaftes Verfahren erforderlichen Maße zu vermeiden.

[0033] Bei unterstöchiometrischer Verbrennung (A < 1) soll das reduzierte dampfförmige Zink mit dem Abgasstrom aus dem Flash-Reaktor ausgetragen werden. Je höher der Erdgasüberschuss, umso größer ist die Ausbeute an Zink. Da aber aufgrund der geringeren Verbrennungswärme der eingebrachte Staub langsamer schmilzt, gelangt ein entsprechend größerer Anteil des Staubes

mit dem unerwünschten Eisen in den Abgasstrom mit dem Zink, Es wurde ermittelt, dass ein Anteil von ca. 7,5 % Eisen im Zinkoxid unvermeidlich ist, bei einem Gehalt von max. 1,5 % im klassischen Wälzoxid. Mit diesem einstufigen Verfahren ist es demzufolge nicht möglich, ein dem Wälzoxid überlegenes Produkt zu erzeugen.

[0034] Da bei der unterstöchiometrischen Verbrennung weniger Wärme freigesetzt wird, muss anstelle von Luft reiner Sauerstoff eingesetzt werden, was sehr teuer ist. Ein weiterer Nachteil ist der erhöhte Verbrauch an Brenngas. Für die Nachverbrennung des UÜberschusses ist ein speziell dafür vorgesehener Konverter erforderlich. Bevor die staubhaltigen Gase in den Filter geleitet werden können, müssen diese in einer weiteren Stufe mit Wasser abgekühlt werden.

[0035] Die oxidierende Fahrweise des Flash-Reaktors (X = 1,1 - 1,15) wurde im Rahmen des internationalen Forschungsvorhabens URIOM getestet (Upgrading and utilization of residual iron oxide materials for hot metal production, 2010, Contract / Grant Agreement RFSR-CT-200700010) und mit AT 503092 A1, AT 504073 A1 und WO 2007/068025 A2 zum Patent angemeldet. Bei diesem zweistufigen Verfahren wird der Filterstaub mit dem darin enthaltenen Zink im FlashReaktor verschlackt und die Schlacke in einen als InduCarb bezeichneten Reaktor geleitet. Um die Bildung der Schlacke im Flash-Reaktor zu beschleunigen, wurde dem Filterstaub 5 % Quarzsand beigemischt. Ungeachtet dessen ließ sich der verfahrensbedingte Staubaustrag in der GröBenordnung 8,4 - 9,5 % nicht vermeiden. Da mit diesem Staub ca. 15 % des in den Flash-Reaktor eingebrachten Zinkoxides verlorengehen, ist der industrielle Einsatz des Flash-Reaktors auch bei oxidierender Fahrweise ausgeblieben.

[0036] Der InduCarb-Reaktor stellt ein Gefäß dar, in dem ein induktiv erhitztes Koksbett zur Reduktion der Metalle aus den Oxiden zur Anwendung kommt. Gemäß AT 503092 A1 wird das gasförmige Zink gemeinsam mit der Schlacke über eine Bodenöffnung abgezogen. Gemäß AT 504 073 A1 entweicht das gasförmige Zink über die Aufgabeöffnung und wird dort aufgefangen, während die Restschlacke am Boden des Gefäßes abgezogen wird. Es wurde festgestellt, dass aufgrund der geringen Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes im Koksbett Zonen mit unterschiedlicher Kinetik entstehen, was eine entsprechend aufwendige Konstruktion und Steuerung erforderlich macht. Außerdem wurde erkannt, dass der Koks vor der Aufgabe in den InduCarb-Reaktor erhitzt werden muss, was eine aufwendige Vorrichtung erforderlich macht.

[0037] Die WO 2016/162138 A1 stellt einen Versuch dar, den Flash-Reaktor dadurch zu verbessern, dass der durch versetzte Tangentialbrenner verwirbelte, mit Kalk versetzte Filterstaub erhitzt und von einer auf einem Metallbad schwimmenden Schlackeschicht aufgenommen wird. Das Metallbad besteht aus einer Metallegierung, die edler als Zink und Eisen ist, und extern beheizt wird, z.B. konduktiv, induktiv oder durch Unterbadbrenner. Die Schlacke wird in einen KoksbettReaktor geleitet, der sich von der Brennkammer im Wesentlichen durch die Abwesenheit der Brenner und die Zugabe von Kohlenstoff in die Metallschmelze unterscheidet. Auch bei dieser Brennkammer werden Zink und Eisen mit den Abgasen in unerwünschter Menge ausgetragen, und es ist angesichts der im Rahmen von URIOM durchgeführten und ausführlich beschriebenen Untersuchungen nicht erkennbar, wie ein Schlackenbad im Boden des Reaktors diesen verfahrensimmanenten Vorgang effektiv unterdrücken kann.

[0038] Ein im Wesentlichen als abgeschlossener Schachtreaktor ausgestalteter Reaktor mit Koksbett sieht gemäß WO 2006/079132 A1 vor, den Koks vor der Aufgabe in den Schacht induktiv vorzuwärmen und die Kokssäule im Schacht mit Hilfe mehrerer in Achsrichtung angeordneter und einzeln steuerbarer Induktionsspulen zu erhitzen. Der Beschreibung dieser Konstruktion ist zu entnehmen, dass die Reaktionsgase nicht nur über die Aufgabeöffnung, sondern auch über die Bodenöffnung, gemeinsam mit der Schmelze, entweichen können.

[0039] Um diesen Nachteil zu überwinden, sieht die WO 2008/086549 A1 in weiterer Ausgestaltung vor, das Reaktionsgas in einem axialen Bereich des Koksbettes zwischen zwei Induktionsspulen abzusaugen. Dabei wird auf die geschlossene Ausbildung eines Kupolofens verzichtet, so dass ein einfacher Schacht mit offenem kalten Aufgabeende zum Einsatz gelangen kann, ohne dass an dieser Stelle der Austritt von Schadstoffen befürchtet werden muss. Die WO 2012/ 113826 A1 beschreibt einen im Wesentlichen baugleichen Reaktor in mehreren Ausführungen,

welche als gemeinsames Merkmal einen gasdichten Verschluss des Aufgabebereichs in Form einer Zellradschleuse oder von Schiebern im Aufgabebereich aufweisen. Wahlweise kann die Restschlacke über eine Zellradschleuse, einen rotierenden Konus oder eine schwenkbare Klappe im Bodenbereich des Reaktors abgezogen werden.

[0040] Die in WO 2008/141347 A1 beschriebene Weiterentwicklung ergänzt den Schacht um einen oberen Bereich mit einem in die Kokssäule hineinragenden Aufgaberohr. Der auf diese Weise geschaffene Koksring zwischen Aufgaberohr und Schachtwand wird karbothermisch erhitzt, wobei die Verbrennungsluft, gegebenfalls erhitzt und/oder unter Zusatz von Brennstoffen, über eine Ringleitung eingeblasen wird. Desweiteren wird Heißluft im Bodenbereich des Schachtes eingeblasen. Die Gase werden mittels einem Absaugstutzen über dem karbothermisch erhitzen Koksring und mit auf mehreren Ebenen angeordneten weiteren Absaugstutzen aus dem Schacht abgesaugt. Auch wenn der Aufgaberaum für den Koks druckfest verschlossen ist, erscheint es wenig wahrscheinlich, dass über die Absaugstutzen die beanspruchte gezielte Abfuhr von Verbrennungsgasen und unterschiedlicher Metalldämpfe ohne deren nennenswerte Durchmischung realisiert werden kann.

[0041] Die WO 2010/022425 A1 beschreibt einen abgeschlossenen Schachtreaktor, in dem eine Schüttung aus stückigem Koks oder ein mit Kanälen, Bohrungen und dergleichen durchsetzter Graphitblock induktiv erhitzt wird. Aufgrund der gasdichten Ausführung des Aufgabebereiches müssen die Reaktionsgase über die Bodenöffnung ausgeschleust werden. Die veränderliche Zusammensetzung des Aufgabematerials führt zu einer unsteten Gasentwicklung, so dass mit einem Pumperffekt im Schacht und einem stoßweisen Auswurf der flüssigen Schlacke und möglicherweise in Anwesenheit von nichtaufgeschmolzenem Material durch die Bodenöffnung gerechnet werden muss. Die bevorzugte Ausführung mit einer Absaugung der Gase aus dem Reaktor kann diesen Effekt verringern. Dasselbe gilt für den fast baugleichen, in WO 2012/065798 A2 beschriebenen Reaktor mit induktiv erhitzter Koksschüttung.

[0042] Ein weiterer abgeschlossener Schachtreaktor, im speziellen für die Aufbereitung einer Phosphoroxide enthaltenden Schmelze, wird mit der WO 2018/091959 A1 vorgestellt. Er weist im oberen Bereich die Merkmale eines Flash-Reaktors auf, in den ein Kohlenstaub enthaltender Sauerstoffstrom mit Überschallgeschwindigkeit eingeblasen wird, welcher die aufgegebene flüssige Schlacke zerstäubt. Der untere Bereich enthält eine induktiv beheizbare grobstückige Schüttung aus Koks oder Graphit, in die ein perforiertes Rohr zur Entfernung der Abgase aus dem Reaktorgehäuse eingebettet ist. Uber eine separate Auslassöffnung wird die Restschmelze in einen Vorherd überführt, aus dem Schlacke und Roheisen gesondert abgestochen werden können.

[0043] Der in WO 2018/122599 A1 vorgestellte Schachtreaktor zur Aufbereitung von Phosphoroxid enthaltenden Stäuben wird an dieser Stelle mit dem Hinweis auf einen induktiv erhitzten und mit Wasser gekühlten Graphitblock im Boden zur wahlweisen Öffnung und Verschließung der Abstichöffnung erwähnt.

[0044] Zur Überwindung der Nachteile des zweistufigen RecoDust-Verfahrens wird aktuell das 2sDR-Verfahren (2 step Dust Recycling) im Rahmen eines internationalen Projektes entwickelt (M. Auer, J. Antrekowitsch, Alternative Lösungen für das Recycling von Stahlwerksstaub am Beispiel 2sDR-Verfahren, Mineralische Nebenprodukte und Abfälle, Band 7, ISBN 978-3-94431053-4).

[0045] In einer ersten Verarbeitungsstufe werden die Filterstäube mittels Pelletierteller agglomeriert. Dabei sollen die Halogene im Staub in Verbindungen mit dem zugegebenen Wasser für die nötige Grünfestigkeit sorgen. Die erzeugten Pellets werden in einem Trommelofen unter oxydierenden Bedingungen Temperaturen zwischen 900 und 1100 °C ausgesetzt, um die flüchtigen Verbindungen der Elemente Chlor, Fluor, Cadmium und Blei zu einem überwiegenden Teil zu entfernen, ohne einen signifikanten Verlust an Zinkoxid in Kauf nehmen zu müssen. AnschlieBend wird der geklinkerte Staub unter Zusatz von Schlackebildnern (ca. 20 Gew.-%) in einen Elektrolichtbogenofen überführt, wo er mit dem im Metallbad gelösten Kohlenstoff reagiert. Das reduzierte dampfförmige Zink reoxidiert im Abgasstrom und wird mit einem Filter abgeschieden,

wobei Zinkgehalte von mehr als 75 % erwartet werden. Die Verunreinigungen entstehen durch den Staubübertrag (carry-over) aus dem Ofen. Das erzeugte Eisen kann in der Stahlerzeugung und die die inerte Schlacke in der Zement- und Baustoffindustrie eingesetzt werden.

[0046] Für die Beseitigung von Dioxinen und Furanen aus Filteraschen schlägt die Offenlegungsschrift DE 3827086 A1 die Anwendung eines induktiv beheizten Tiegelofens zur Entkontaminierung von toxischen Stäuben wie z.B. Filterstäube aus Verbrennungsanlagen vor, in dem das Material bei Temperaturen von 1400 - 1600 °C eingeschmolzen wird, die flüssige Phase ausgetragen und in einem Wasserbad abgeschreckt wird, wobei die sich bildende Gasphase in einer Hochtemperaturstrecke nachverbrannt wird und die nach schockartiger Abkühlung entstanden Feststoffe mit einem Filter abgeschieden werden. Würde man der Filterasche ein Reduktionsmittel wie zum Beispiel Koks zufügen, so wäre mit dieser Einrichtung auch die Abtrennung des Zinkes aus Filterstäuben über die Gasphase möglich. Da die Filterstäube elektrisch praktisch nicht leitfähig sind, ist es erforderlich, dem Aufgabematerial Eisenspäne oder andere metallisch leitende pulverförmige Materialien zuzugeben, welche die elektrische Energie des Magnetfeldes in Wärme umwandeln und somit das Einschmelzen des zu entkontaminierenden Staubes ermöglichen bzw. beschleunigen. Der Nachteil des Verfahrens besteht also in der Umwandlung von werthaltigem Metall wie Eisen in eine minderwertige Schlacke als Abfallproduckt und im unproduktiven Aufwand an Energie zum Aufschmelzen des Metalls.

[0047] Die WO 93/18868 beschreibt ein ähnliches Verfahren zur Behandlung von toxischen Rückständen aus Müllverbrennungsanlagen in einem induktiv beheizten Ofen. Die in dem aufgegebenen Material enthaltenen Metalle können über die Dampfphase aus dem Ofen geleitet und mit Hilfe von Filtern gesammelt werden. Da die Ofenkonstruktion keine induktiv erhitzte Teile enthält, kann dieses Verfahren nur für Aufgabematerial eingesetzt werden, welche in geschmolzenem Zustand elektrisch leitend sind.

[0048] In der CH 680656 A5 wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem zu inertisierende Reststoffe aus Verbrennungsanlagen zuerst mit Gas oder Strom als Energieträger in einer Vorwärmstufe erhitzt werden, um die flüchtigen Anteile auszutreiben. Anschließend wird das Material in einem induktiv beheizten Durchlaufofen mit Suszeptor aufgeschmolzen und durch Abkühlung in einen inerten Endzustand gebracht. Die in der Vorwärmstufe und im induktiv beheizten Ofen entstehenden Gase mit den darin enthaltenen Schwermetallen werden abgeleitet und einer weiteren Behandlung zugeführt.

[0049] In AT 516735 B1 und AT 519235 A4 werden Ausführungen eines induktiv beheizten Durchlauf- Schmelzofens für die Erzeugung einer Steinschmelze beschrieben, mit denen es möglich ist, ein Temperaturprofil der Schmelze im Ofen zu erzeugen. Dies wird durch die konstruktive Ausgestaltung des elektrisch leitfähigen und aus mehreren Teilen bestehenden Induktionskörpers erreicht.

[0050] Mit der AT 519230 B1 wird die Ausgestaltung eines Induktionsofens für die Erzeugung einer Steinschmelze beschrieben, mit der das durch reduzierende Reaktionen entstehende flüssige Eisen durch eine separate Auslassöffnung am Boden des Ofens abtransportiert werden kann.

AUFGABENSTELLUNG

[0051] Der dargelegte bekannte Stand der Technik lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass die dominante Position des Wälz-Verfahrens dem Umstand zu verdanken ist, dass es noch nicht gelungen ist, die vorteilhaften Verfahrensschritte des Aufschmelzens der Filterstäube, der Reduktion des Zinkes aus dieser Schmelze und der Führung der entstehenden Gase in einer überlegenen Ausgestaltung zu verknüpfen.

[0052] Ausgehend davon soll ein Verfahren bereitgestellt werden, welches die genannten Verfahrensschritte in der Weise verbindet, dass der als entscheidender Nachteil des Wälz-Verfahrens zu sehende Staubübertrag in den Abgasstrom, welcher dem Zinkgehalt des Wälzoxids bei 65 - 67 % eine Grenze setzt, nicht stattfindet.

[0053] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zinkhaltigen Filterstäube unter Zugabe eines oder mehrerer Reduktionsmittel in eine im oberen Bereich eines induktiv erhitzten Schmelzofens befindliche Aufgabeöffnung aufgegeben werden, das Aufgabematerial durch die Schwerkraft von der oberen Aufgabeöffnung durch Kanäle oder Bohrungen eines aus einem oder mehreren mechanisch bearbeiteten Teilen bestehenden Suszeptors aus elektrisch leitfähigem Material zum Ofenboden transportiert und auf diesem Weg erwärmt und aufgeschmolzen wird, wobei das aufgeschmolzene Material den Schmelzofen in schmelzflüssigem Zustand durch eine oder mehrere Auslassöffnungen in dessen Bodenbereich verlässt und die Gase, welche durch die chemischen Reaktionen entstehen, insbesondere gasförmiges Zink und Kohlenmonoxid, zur Aufgabeöffnung frei aufsteigen, dort mit einer Auffangvorrichtung aufgefangen, mit zuströmender Umgebungsluft vermischt, als Staub-Gas-Gemisch mittels eines Gebläses abgesaugt und einem Filter zugeführt werden.

[0054] Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die im Schmelzofen entstehenden Reaktionsgase frei, d.h. aufgrund des Dichteunterschiedes, zur Aufgabeöffnung aufsteigen, sich in einer über der Aufgabeöffnung befindlichen Auffangvorrichtung mit zuströmender Umgebungsluft vermischen und das durch die Reaktion des gasförmigen Zinkes mit dem Luftsauerstoff entstandene Staub-Gas- Gemisch durch das Gebläse aus der Auffangvorrichtung mit einem Unterdruck abgesaugt wird, der so eingestellt ist, dass ein Entweichen des Staub-GasGemisches aus der Auffangvorrichtung in die Atmosphäre und ein Übertrag von Aufgabematerial in den Filter verhindert wird.

[0055] Gemäß der Erfindung sind sowohl die Aufgabeöffnung und die Auslassöffnung bzw. Auslassöffnungen des Schmelzofens als auch die zum Schmelzofen weisende Öffnung der Auffangvorrichtung offen zur umgebenden Atmosphäre.

[0056] Dies bedeutet, dass die für einen Schachtofen notwendigen Konstruktionsmerkmale eines Beschickungsverschlusses und einer Gasabsaugung aus dem Schacht und/oder das Verfahrensmerkmal einer Schüttung aus Koks, deren Gasdurchlässigkeit durch feinkörniges Material in unzulässiger Weise beeinträchtigt wird, nicht zur Anwendung kommen.

[0057] Da das gasförmige Zink die Aufgabeöffnung mit hoher Temperatur verlässt, beginnt dessen Reoxidation unter Bildung von staubförmigem Zinkoxid unmittelbar beim Kontakt mit der Umgebungsluft. Außerdem verbrennt das entweichende Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid. Um diese beiden unvermeidlichen Prozesse kontrolliert ablaufen zu lassen, sieht die Erfindung vor, dass die aus dem Schmelzofen austretenden Gase in der Auffangvorrichtung nicht nur aufgefangen, sondern auch in dieser gezielt mit zuströmender Umgebungsluft vermischt werden und das durch die Reoxidation entstandene Staub-Gas- Gemisch aus der Auffangvorrichtung abgesaugt wird.

[0058] In ihrer einfachsten Ausführung besteht die Auffangvorrichtung aus einem metallischen Trichter, vorzugsweise mit feuerfester Auskleidung, welcher eine Öffnung für die Durchleitung des Aufgabematerials und wenigstens einen Absaugstutzen für den Austrag des Staub-Gas-Gemisches aufweist.

[0059] Dem Wesen der Erfindung entsprechend ist die Auffangvorrichtung in Form und Abmessungen sowie hinsichtlich Anordnung und Anzahl der Absaugstutzen so konstruiert, dass mit dem Unterdruck, welcher für die Absaugung des durch die Oxidation entstehenden Staub-Gas-Gemisches erforderlich ist, in der Auffangvorrichtung keine Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird, welche das Mitreißen von Aufgabematerial und dessen Übertrag durch den bzw. die Absaugstutzen in den Filter ermöglicht. Gemäß dieser Anforderung ergeben sich verschiedene vorteilhafte Ausführungen der Auffangvorrichtung, wie zum Beispiel in Form eines langen zylindrischen Rohres oder eines Kegelstumpfes, jeweils mit mehreren ringförmig angeordneten Absaugstutzen am oberen Ende.

[0060] Je nach Menge und Zusammensetzung der aus dem Schmelzofen austretenden Gase kann es vorteilhaft sein, den Anteil der zuströmenden Umgebungsluft anzupassen. Zu diesem Zweck sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Lage der Auffangvorrichtung gegenüber dem Schmelzofen verstellbar und/oder regelbar ist.

[0061] Um die Verbrennung des gasförmigen Zinkes und insbesondere des Kohlenmonoxides noch in der Auffangvorrichtung möglichst vollständig ablaufen zu lassen, enthält die Auffangvorrichtung in einer weiteren vorteilhaften Ausführung wenigstens einen mit Gas oder Ol betriebenen Brenner.

[0062] In einer weiteren Ausgestaltung wird das Kohlenmonoxid, welches in dem aus der Auffangvorrichtung abgesaugten Staub-Gas-Gemisch enthalten ist, in einer nachgelagerten Hochtemperaturstrecke nachverbrannt. Der CO-freie partikelhaltige Gasstrom wird anschließend in einer Kühlvorrichtung mit Wasser abgekühlt und in den Filter geleitet, mit dem das staubförmige Zinkoxid abgetrennt wird.

[0063] Als Reduktionsmittel, welches dem Filterstaub zugegeben wird, eignen sich Koks, Graphit, Kohle, Aktivkohle, Aluminium und Magnesium, welche in beliebigen Mischungen zugesetzt werden können. In bevorzugter Weise wird Koks eingesetzt, weil es preiswert und leicht verfügbar ist.

[0064] Eigene Versuche mit einem induktiv beheizten Schmelzofen, in den eine Mischung aus EAF-Filterstaub und zermahlenem Koks aufgegeben wurde, haben bestätigt, dass aufgrund der kurzen Verweildauer nur ein gewisser Anteil des im Filterstaub enthaltenen Eisens in die metallische Form reduziert wird. Daher Ist es vorteilhaft, die Menge des Reduktionsmittels auf den Umfang zu beschränken, der für die Überführung der Zinkverbindungen in elementares Zink gemäß der stöchiometrischen Bilanz erforderlich ist.

[0065] Es ist bekannt, dass der Zinkgehalt von Filterstäuben stark variieren kann. Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung sieht deshalb vor, den Zinkgehalt der zu verarbeitenden Stäube vor der Aufgabe in den Schmelzofen zu analysieren und die Menge des zugefügten Reduktionsmittels entsprechend festzulegen.

[0066] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eines der Teile, aus denen der Suszeptor besteht, aus einem Graphiterzeugnis hergestellt ist oder ein Graphiterzeugnis enthält.

[0067] Um einen möglichst großen Wärmeübertrag an das Aufgabematerial zu erreichen, sieht die Erfindung einen Suszeptor mit mehreren abwärts gerichteten Kanälen und/oder Bohrungen vor, deren Querschnitt veränderlich sein kann und die sich in der Größe des Querschnitts und bei Kanälen auch in der Form des Querschnitts unterscheiden können.

[0068] Für die Herstellung eines Suszeptors mit mehreren Kanälen und/oder Bohrungen ist es dem Wesen der Erfindung entsprechend vorgesehen, dass dieser aus mehreren mechanisch bearbeiteten Teilen zusammengefügt ist.

[0069] Die Erfindung sieht vor, dass der Suszeptor seitlich und am Boden mit einer hitzebeständigen Tiegelwand, vorzugsweise aus keramischem Material, eingehaust ist. Dadurch wird der unerwünschte Kontakt mit der oxidierenden Umgebungsluft weitgehend verhindert und die unerwünschte Abgabe von Wärme an die Induktionsspule deutlich verringert.

[0070] Um den Wärmeeintrag und die Temperaturführung des Aufgabematerials entlang des Pfades von der Aufgabeöffnung zur Auslassöffnung oder den Auslassöffnungen des Schmelzofens steuern zu können, sieht die Erfindung eine veränderliche und steuerbare Lage des den Suszeptor enthaltenden Tiegels gegenüber der Induktionsspule vor welche durch Höhenverstellung des Tiegels und/oder durch Höhenverstellung der Induktionsspule erfolgt. Bei veränderlicher Höhenlage des Tiegels erfolgt die entsprechende Anpassung der Höhenlage der Absaugvorrichtung.

[0071] In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Schmelzofen eine oder mehrere Induktionsspulen auf, die von einer bzw. mehreren Stromquellen mit veränderbarer Frequenz und/oder Stromstärke gespeist werden.

[0072] Die Erfindung sieht wenigstens eine Dosiereinrichtung vor, mit welcher der Filterstaub und das Reduktionsmittel bzw. die Reduktionsmittel in den gewünschten Anteilen gemischt und das Gemisch zur Aufgabeöffnung des Schmelzofens transportiert wird. Vorzugsweise kommen Silos, Zellradschleusen, Wägeeinrichtungen und Transportbänder nach dem bekannten Stand der

Technik zum Einsatz.

[0073] Aufgrund der Kanäle und/oder Bohrungen im Suszeptor ist es für die Anwendung des Schmelzofens erforderlich, den Anteil des Aufgabematerials, dessen Korngröße 10 mm überschreitet, vor der Aufgabe in den Schmelzofen zu zerkleinern, vorzugsweise unter Einsatz einer Mühle und einer Siebmaschine.

[0074] Die aus dem Schmelzofen austretende Schlacke wird mit geeigneten Behältern aufgefangen.

[0075] Da ein Teil des Eisens und anderer Metalle, wie z.B. Nickel und Chrom, in Anwesenheit des Reduktionsmittels bei den im Schmelzofen herrschenden Temperaturen aus ihren Oxiden in die metallische Form überführt werden, können diese Metalle gesammelt und in den Stahlerzeugungsprozess zurückgeführt werden. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht also darin, die Kanäle und/oder Bohrungen im Suszeptor in der Weise zu dimensionieren und anzuordnen, dass dank des Dichteunterschieds zwischen Metallen und Schlacke die Schmelze in zwei Teilströme (Schlacke, Metalle) aufgeteilt wird, wobei jedem Teilstrom wenigstens eine Auslassöffnung im Ofenboden zugeordnet ist.

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL

[0076] Das erfindungsgemäße Verfahren soll beispielhaft anhand des in Fig. 1 dargestellten Fließschemas erläutert werden.

[0077] In den mit Zellradschleusen ausgestatteten Behältern (2) und (4) befinden sich jeweils der zu verarbeitende Filterstaub (1) und das Reduktionsmittel (3), z.B. feinkörniger Koks. Mit dem Durchsatz der Zellradschleusen wird die Aufgabemenge und der der Anteil des Reduktionsmittels eingestellt. Uber eine Dosiereinrichtung (5) wird das Aufgabematerial (6) in das Aufgaberohr (7) eingeführt und gelangt über dieses in die Aufgabeöffnung (10) des Induktionsofens.

[0078] Der Induktionsofen besteht im Wesentlichen aus einem feuerfesten keramischen Tiegel (11) mit der Aufgabeöffnung (10) und den Auslassöffnungen (17) und (18) im Boden. Innerhalb des Tiegels (11) befindet sich der aus mehreren mechanisch bearbeiteten Teilen bestehende Suszeptor (12) aus Graphit. Die Erwärmung des Suszeptors (12) erfolgt durch die Induktionsspule (13).

[0079] Nach der Aufgabe in den Schmelzofen erwärmt sich das Aufgabematerial (6) sehr schnell und beginnt bei Temperaturen über 1400 °C zu schmelzen. Die Reaktion der Zinkoxide mit dem zugegebenen Reduktionsmittel beginnt bereits vor dem Aufschmelzen und führt zur Bildung von gasförmigem Zink und Kohlenmonoxid. Diese Reaktion verläuft sehr schnell und ist abgeschlossen, wenn die Schmelze den Boden des Schmelzofens erreicht. Gleichzeitig erfolgt die deutlich langsamere Reduktion von Eisen und anderen Metallen.

[0080] Im Ergebnis bilden sich im Schmelzofen drei Stoffströme. Die entstehenden Gase (14), hauptsächlich Zink und Kohlenmonoxid, sowie Bleioxid und Halogenide, steigen frei zur Aufgabeöffnung (10) auf. Die Schlacke (19) strömt durch die Schwerkraft zum Boden des Schmelzofens und tritt durch die Auslassöffnung (17) aus. Durch die Ausgestaltung der Kanäle und Bohrungen im Suszeptor werden die flüssigen Metalle (20), im Wesentlichen aufgekohltes Eisen, durch die im Vergleich mit der flüssigen Schmelze größere Dichte zur Auslassöffnung (18) geleitet und verlassen durch diese den Schmelzofen. Die flüssigen Produkte werden in geeigneten Behältern (21) und (22) aufgefangen und können in der bekannten Weise einer weiteren Verwendung zugeführt werden.

[0081] In einer weiteren Ausführung wird durch vereinfachte Konstruktion des Suszeptors (12) auf die Dichtetrennung verzichtet. In diesem Fall weist der Schmelzofen eine oder mehrere der Auslassöffnungen (17) und (18) für den Austrag eines Schlacke-Metall-Gemisches auf.

[0082] Aufgrund seiner hohen Temperatur reagiert das im Gasstrom (14) enthaltene gasförmige Zink im Bereich der Aufgabeöffnung (10) mit dem Luftsauerstoff (15), und es entsteht staubförmiges Zinkoxid. Das mit der Auffangvorrichtung (8) aufgefangene Staub-Gas-Gemisch (23) wird

über wenigstens einen Absaugstutzen (9) abgesaugt. Der vom Gebläse (27) erzeugte Unterdruck wird so eingestellt, dass das Entweichen des Staub-Gas-Gemisches (23) aus der Auffangvorrichtung (8) in die Atmosphäre und ein Übertrag von Aufgabematerial (6) in den Filter (26) verhindert wird.

[0083] Die Länge (L) der Auffangvorrichtung (8), der Querschnittsverlauf über die Länge (L) der Auffangvorrichtung (8) sowie die Anordnung und Anzahl der Absaugstutzen (9) sind so gewählt, dass bei dem Unterdruck, mit dem die Absaugung des Staub-Gas-Gemisches (23) durch das Gebläse (27) erfolgt, in der Auffangvorrichtung (8) keine Strömung entsteht, welche das Mitreißen von Aufgabematerial (6) über den Absaugstutzen (9) begünstigt.

[0084] Der verstellbare und steuerbare Abstand der Auffangvorrichtung (8) zur Aufgabeöffnung (10) ermöglicht es, die Strömungsverhältnisse im Bereich der Aufgabeöffnung (10) zusätzlich in der Weise zu beeinflussen, dass das Mitreißen und der Übertrag von Aufgabematerial (6) unterdrückt wird.

[0085] Um die Reoxidation des gasförmigen Zinkes und insbesondere die Verbrennung des Kohlenmonoxids zu unterstützen, ist in der Auffangvorrichtung (8) zumindest ein gas- oder ölbetriebener Brenner (16) angeordnet. Als Verbrennungsluft dient die zuströmende Umgebungsluft (15), dessen Menge durch die veränderbare Lage der Auffangvorrichtung (8) gesteuert werden kann, insbesondere in Abhängigkeit von der Menge und der Zusammensetzung der aus dem Schmelzofen austretenden Gase (14).

[0086] Zu den nachgelagerten und dem bekannten Stand der Technik entsprechenden Verarbeitungsstufen gehören die Hochtemperaturstrecke (24) zum Nachverbrennen von Kohlenmonoxid, die mit Wasser betriebene Abkühlstufe (25) und der Filter (26), in dem das Zinkoxid abgeschieden wird.

[0087] Um mit dem Energieeintrag die Reaktionen im Schmelzofen gezielt zu beeinflussen, ist vorgesehen, dass die Lage der Induktionsspule (13) gegenüber dem Suszeptor (12) veränderlich und steuerbar ist, wobei die veränderliche und steuerbare Lage durch Höhenverstellung des den Suszeptor (12) enthaltenden Tiegels (11) und/oder durch Höhenverstellung der Induktionsspule (13) erfolgt. Zusätzlich kann der Schmelzofen mehrere Induktionsspulen (13) aufweisen, die von einer bzw. mehreren Stromquellen mit veränderbarer Frequenz und/oder Stromstärke gespeist werden.

Claims (18)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Aufbereitung von zinkhaltigen Filterstäuben (1), bei dem diese unter Zugabe eines oder mehrerer Reduktionsmittel (3) in eine im oberen Bereich eines induktiv erhitzten Schmelzofens befindliche Aufgabeöffnung (10) aufgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufgabematerial (6) durch die Schwerkraft von der Aufgabeöffnung (10) durch Kanäle und/oder Bohrungen eines aus einem oder mehreren mechanisch bearbeiteten Teilen bestehenden Suszeptors (12) aus elektrisch leitfähigem Material zum Ofenboden transportiert wird und auf diesem Weg erwärmt und aufgeschmolzen wird, wobei das aufgeschmolzene Aufgabematerial (6) den Schmelzofen in schmelzflüssigem Zustand durch eine oder mehrere Auslassöffnungen (17) und/oder (18) in dessen Bodenbereich verlässt und die Gase (14), welche durch die chemischen Reaktionen und Verdampfung entstehen, insbesondere gasförmiges Zink und Kohlenmonoxid, zur Aufgabeöffnung (10) frei aufsteigen, dort mit einer Auffangvorrichtung (8) aufgefangen, mit zuströmender Umgebungsluft (15) vermischt, als Staub-Gas-Gemisch (23) mittels eines Gebläses (27) abgesaugt und einem Filter (26) zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgabeöffnung (10) und die Auslassöffnungen (17) und (18) des Schmelzofens sowie eine zum Schmelzofen weisende Offnung der Auffangvorrichtung (8) offen zur umgebenden Atmosphäre sind.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangvorrichtung (8) einen über die Länge (L) veränderlichen Querschnitt und wenigstens einen Absaugstutzen (9) aufweist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Auffangvorrichtung (8) gegenüber dem Schmelzofen verstellbar und/oder regelbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Gebläse (27) erzeugte Unterdruck so eingestellt ist, dass ein Entweichen des Staub-Gas- Gemisches (23) aus der Auffangvorrichtung (8) in die Atmosphäre und ein Ubertrag von Aufgabematerial (6) in den Filter (26) verhindert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Verbrennung des im Abgasstrom (14) enthaltenen Kohlenmonoxids die Auffangvorrichtung (8) wenigstens einen mit Gas oder Ol betriebenen Brenner (16) enthält und/oder das abgesaugte Staub-Gas-Gemisch (23) durch eine Hochtemperaturstrecke (24) zur Nachverbrennung geführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das CO-freie Staub-Gas-Gemisch vor dem Abscheiden der festen Partikel im Filter (26) in einer Kühlvorrichtung (25) mit Wasser abgekühlt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zugegebene Reduktionsmittel (3) vorzugsweise aus einem oder mehreren der Stoffe Koks, Graphit, Kohle, Aktivkohle, Aluminium und Magnesium besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel (3) dem Filterstaub (1) in mindestens der Menge zugegeben wird, welche zur Reduktion der enthaltenen Zinkverbindungen in elementares Zink gemäß der stöchiometrischen Bilanz erforderlich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Teile, aus denen der Suszeptor (12) besteht, aus einem Graphiterzeugnis hergestellt ist oder ein Graphiterzeugnis enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (12) seitlich und am Boden mit einer hitzebeständigen Tiegelwand (11), vorzugsweise aus keramischem Material, eingehaust ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle und/oder Bohrungen im Suszeptor (12) unterschiedliche und/oder veränderliche Querschnitte aufweisen.

13. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle und/oder Bohrungen im Suszeptor (12) in der Weise dimensioniert und angeordnet sind, dass durch den Dichteunterschied zwischen Metallen und Schlacke die Schmelze in einen Teilstrom aus Metall und einen Teilstrom aus Schlacke aufgeteilt wird, wobei jedem Teilstrom wenigstens eine Auslassöffnung (17) bzw. (18) im Ofenboden zugeordnet ist.

14. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzofen eine oder mehrere Induktionsspulen (13) aufweist, die von einer bzw. mehreren Stromquellen mit veränderbarer Frequenz und/oder Stromstärke gespeist werden,

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage einer Induktionsspule (13) gegenüber dem Suszeptor (12) zum Zwecke einer gezielten Temperaturführung des Aufgabematerials (6) entlang des Pfades von der Aufgabeöffnung (10) zu den AuslassÖffnungen (17) und (18) des Schmelzofens veränderlich und steuerbar ist, wobei die veränderliche und steuerbare Lage durch Höhenverstellung des den Suszeptor enthaltenden Tiegels (11) und/oder durch Höhenverstellung der Induktionsspule (13) erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufgabematerial (6) über wenigstens eine Dosiereinrichtung (5) in den Schmelzofen aufgegeben wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Aufgabematerials (6), dessen Korngröße 12 mm überschreitet, vor der Aufgabe in den Schmelzofen zerkleinert wird, vorzugsweise unter Einsatz eines Brechers und einer Siebmaschine.

18. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Schmelzofen austretende Schmelze in wenigstens einem Behälter (21) oder (22) aufgefangen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen