DE10240224A1

DE10240224A1 - Verfahren zur thermischen Zinkgewinnung

Info

Publication number: DE10240224A1
Application number: DE2002140224
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dieter Dr. Schneider; Hans Günther Dr. Rachner; Bruno Dr. Schwab
Original assignee: M I M HUETTENWERKE DUISBURG GM; Mim Huettenwerke Duisburg GmbH
Current assignee: M I M HUETTENWERKE DUISBURG GM; Mim Huettenwerke Duisburg GmbH
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Zinkgewinnung, insbesondere zur Zinkgewinnung nach dem IS-Verfahren, wobei wenigstens ein zinkhaltiger Sekundärrohstoff (1) als Einsatzmaterial zur Erzeugung von metallischem Zink einem Ofen (2), vorzugsweise einem Schachtofen, zugegeben wird. Um ein Verfahren zur thermischen Zinkgewinnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig und umweltfreundlich durchführbar ist und das es ermöglicht, zinkhaltige Sekundärrohstoffe in größeren Anteilen zur thermischen Zinkerzeugung einzusetzen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Sekundärrohrstoff (1) in Form von zinkhaltigen Formsteinen (3) dem Ofen (2) zugegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Zinkgewinnung, insbesondere zur Zinkgewinnung nach dem IS-Verfahren, wobei wenigstens ein zinkhaltiger Sekundärrohstoff als Einsatzmaterial zur Erzeugung von metallischem Zink einem Ofen, vorzugsweise einem Schachtofen, zugegeben wird. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Formstein zur Verwendung als Einsatzmaterial zur Erzeugung von metallischem Zink in einem Ofen. Schließlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung zinkhaltiger Formsteine und eine Anlage zur thermischen Zinkgewinnung.
Bei dem IS-Verfahren handelt es sich um einen thermischen Zinkgewinnungsprozeß, bei dem die Metallerzeugung in einem Schachtofen vergleichbar einem Hochofen abläuft. Hüttenwerke, die nach dem IS-Verfahren Zink produzieren, bestehen in der Regel aus dem IS-Schachtofen, einer Sinteranlage und einer Schwefelsäureanlage. Dabei dient die Sinteranlage zur Agglomeration der zinkhaltigen Erzkonzentrate – sogenannter Primärrohstoffe –, wobei der in den Primärrohstoffen vorhandene Schwefel als Energiequelle dient. Während des Sinterprozesses verbrennt der in den Primärrohstoffen enthaltene Schwefel unter Freisetzung von Schwefeldioxid. Das Schwefeldioxid wird zu Schwefelsäure in der Regel nach dem Kontaktverfahren in der Schwefelsäureanlage umgesetzt.
Der Betrieb der Sinteranlage ist unter den heutigen Umweltschutzbestimmungen aufwendig und kostenintensiv. Bei Einsatzmaterialien mit hohem Schwefelanteil müssen zusätzlich schwefelarme Materialien zur Verdünnung des Schwefelanteils im Sinter eingesetzt werden, die weitere Kosten verursachen. Infolge der aggressiven Reaktionsbedingungen des Sinterprozesses unterliegen in der Sinteranlage eingesetzten Werkstoffe und Aggregate einem erhöhten Verschleiß, wodurch der Wartungs- und Instandhaltungsaufwand der Sinteranlage äußerst hoch ist.
Zur Verringerung des Anteils an Primärrohstoffen ist man zum Teil dazu übergegangen, dem Ofen neben den Primärrohstoffen auch Sekundärrohstoffe zuzugeben.
Bei den Sekundärrohstoffen handelt es sich nicht um zinkhaltige Erzkonzentrate, sondern um zinkhaltige, bei der Weiterverarbeitung von zinkhaltigen Materialien anfallende Abfall- und Reststoffe. Zu den Sekundärrohstoffen zählen beispielsweise zinkhaltige Stahlwerkstäube, Zinkasche, Filterstäube, Filterschlämme oder Wälzoxide. Im Gegensatz zu zinkhaltigen Primärrohstoffen enthalten zinkhaltige Sekundärrohstoffe jedoch geringere Schwefelkonzentrationen und sind zum Teil sogar schwefelfrei. Werden Mischungen aus zinkhaltigen Sekundär- und Primärrohstoffen gemeinsam gesintert, ist der in der Mischung enthaltene Schwefelgehalt daher teilweise zu gering, um den Energiebedarf des Sinterprozesses zu decken. Daher ist die gemeinsame Verarbeitung von zinkhaltigen Primär- und Sekundärrohstoffen bzw. der zulässige Anteil von Sekundärrohstoffen in solchen Mischungen begrenzt. Zudem ist die Schwefeldioxidkonzentration der bei dem Sinterprozeß freigesetzten Abgase bei hohen Anteilen schwefelarmer Sekundärrohstoffe zu gering, um den wirtschaftlichen Betrieb der Schwefelsäureanlage zu ermöglichen.
Im Hinblick auf die vorgenannten Probleme ist von der Anmelderin ein Verfahren zur Direkteinblasung zinkhaltiger Stäube in den Schachtofen entwickelt worden, wodurch der Anteil zinkhaltiger Sekundärrohstoffe am Gesamteinsatzmaterial der Zinkgewinnung von 20 % auf ca. 50 % gesteigert werden konnte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur thermischen Zinkgewinnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig und umweltfreundlich durchführbar ist und das es ermöglicht, zinkhaltige Sekundärrohstoffe in größeren Anteilen zur thermischen Zinkgewinnung einzusetzen.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist bei einem Verfahren mit den Oberbegriffsmerkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen, daß der Sekundärrohstoff in Form von zinkhaltigen Formsteinen dem Ofen zugegeben wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein neuer Weg aufgezeigt, zinkhaltige Sekundärrohstoffe als Einsatzmaterial in einem Ofen zur thermischen Zinkgewinnung nutzbar zu machen. Da der zinkhaltige Sekundärrohstoff in Form von zinkhaltigen Formsteinen dem Ofen zugegeben wird, kann der Anteil zinkhaltiger Sekundärrohstoffe am Gesamteinsatzmaterial der thermischen Zinkgewinnung gegenüber dem bekannten Verfahren der Direkteinblasung zinkhaltiger Stäube deutlich erhöht werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann daher erstmals in der Zinkindustrie die Metallerzeugung sogar bis zu 100 % aus zinkhaltigen Sekundärrohstoffen erfolgen. Vor dem Hintergrund der steigenden, zum Wertstoffrecycling zuzuführenden zinkhaltigen Sekundärrohstoffmengen kommt dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verarbeitung zinkhaltiger Sekundärrohstoffe besondere wirtschaftliche Bedeutung zu, da die Kapazität der vorhandenen Anlagen zur Rückgewinnung von Zink aus zinkhaltigen Sekundärrohstoffen begrenzt ist. Damit trägt das erfindungsgemäße Verfahren dazu bei, zinkhaltige Sekundärrohstoffe stärker und vollständiger dem Wertstoffrecycling zuzuführen.
Wenngleich das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise für den IS-Prozeß genutzt werden kann, ist es grundsätzlich auch möglich, zinkhaltige Formsteine aus Sekundärrohstoffen in anderen Verfahren zur thermischen Zinkgewinnung als Einsatzmaterial vorzusehen.
Der Anteil zinkhaltiger, aus Sekundärrohstoffen hergestellter Formsteine am Gesamteinsatzmaterial der thermischen Zinkgewinnung kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei jedem Wert oberhalb von 50 % liegen, ohne daß eine Aufzählung im einzelnen erforderlich wäre. Vorzugsweise kann sogar vollständig auf die Zufuhr schwefelhaltiger Primärrohstoffe verzichtet werden, so daß dem Ofen ausschließlich Formsteine als Einsatzmaterial zugegeben werden können. In diesem Fall kann die Zinkgewinnung ohne Sinteranlage durchgeführt werden. Der Wegfall der Sinteranlage führt zu einer deutlichen Kosteneinsparung und Prozeßvereinfachung der thermischen Zinkgewinnung, da die beim Sinterprozeß freigesetzten Reaktionsgase bislang in einer aufwendigen Gasreinigung weiterverarbeitet werden mußten.
Wird vollständig auf den Einsatz von schwefelhaltigen Primärrohstoffen verzichtet bzw. ist der Anteil zinkhaltiger Primärrohstoffe sehr gering, kann die Zinkgewinnung auch ohne Schwefelsäureanlage durchgeführt werden. Ebenso kann bei ausschließlichem Einsatz von zinkhaltigen, aus Sekundärrohstoffen hergestellten Formsteinen auf eine Heißbrikettierungsanlage, die bislang in Anlagen zur thermischen Zinkgewinnung üblicher Weise vorgesehen wird, vollständig verzichtet werden. Damit kann eine signifikante Verbesserung der Kosten- und Umweltsituation erreicht werden, was sich letztlich auf die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses positiv auswirkt.
Der zinkhaltige Formstein wird erfindungsgemäß aus einem Reaktionsgemisch aus dem zinkhaltigen Sekundärrohstoff und wenigstens einem Binder und ggf. weiterer Komponenten hergestellt. Der Anteil des zinkhaltigen Sekundärrohstoffs an dem Reaktionsgemisch kann so gewählt werden, daß der gesamte Zinkgehalt des Formsteins zu einem Anteil von mehr als 50 %, vorzugsweise mehr als 90 %, auf den Zinkgehalt des Sekundärrohstoffes zurückzuführen ist. Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, daß als zinkhaltige Reaktionsedukte ausschließlich zinkhaltige Sekundärrohstoffe eingesetzt werden. Der Gesamtzinkgehalt des Formsteins wird in diesem Fall ausschließlich durch den Zinkanteil des Sekundärrohstoffes festgelegt.
Um eine hohe Zinkausbeute bei der thermischen Zinkgewinnung sicherzustellen, wird der zinkhaltige Sekundärrohstoff und/oder eine weitere zinkhaltige Komponente dem Reaktionsgemisch in einer solchen Menge zugegeben, daß der Gesamtzinkgehalt des Formsteins größer als 10 Gew.-%, vorzugsweise größer als 15 Gew.-% ist. Der Bleigehalt des Formsteins sollte zwischen 5 Gew.-% und 30 Gew.-% liegen, wobei der zinkhaltige Sekundärrohstoff und/oder weitere bleihaltige Komponenten dem Reaktionsgemisch vorzugsweise in einer solchen Menge zugegeben werden, daß der Gesamtbleigehalt des Formsteins größer als 10 Gew.-% und kleiner als 20 Gew.-% ist. Die zulässigen Grenzwerte der Zink- und der Bleikonzentration im Formstein werden durch das bei der Zinkgewinnung eingesetzte Verfahren zur Trennung von Zink und Blei festgelegt, wobei sich die vorgenannten Zink- und Bleikonzentrationen im Formstein insbesondere auf das Kontakt-Verfahren beim IS-Prozeß zur Trennung von Zink und Blei beziehen.
Der zulässige Schwefelgehalt des Formsteins wird durch die Schwefeltoleranzgrenzen des Ofens, bei der die im Ofen eingesetzten Werkstoffe nur wenig durch Schwefelverbindungen geschädigt werden, festgelegt. Um eine Schädigung des Ofens durch aggressive schwefelhaltige Komponenten zu vermeiden, wird der zinkhaltige Sekundärrohstoff und/oder eine weitere schwefelhaltige Komponente dem Reaktionsgemisch in einer solchen Menge zugegeben, daß der Schwefelgehalt des Formsteins kleiner als 3 Gew.-%, vorzugsweise kleiner als 2 Gew.-% und insbesondere kleiner als 1 Gew.-% ist.
Als zinkhaltige Sekundärrohstoffe können vorzugsweise Stahlwerkstäube und/oder Zinkaschen und/oder Filterstäube und/oder Filterschlämme und/oder Wälzoxide eingesetzt werden. Grundsätzlich ist es aber möglich, alle zinkhaltigen Einsatzmaterialien bei dem. erfindungsgemäßen Verfahren zur Formsteinherstellung einzusetzen, insbesondere wenn sie einen geringen oder vernachlässigbaren Schwefelgehalt aufweisen. Bevorzugte Einsatzmaterialien sind jedoch Stäube aus den Gasreinigungen von Elektrostahlwerken sowie Kupolofenstäube aus Gießereien mit Zinkgehalten von größer als 20 Gew.-%, vorzugsweise größer als 30 Gew.-%.
Vorzugsweise erfolgt die Zinkgewinnung durch das IS-Verfahren über die Gasphase, so daß auch bei einhundertprozentigem Sekundärrohstoffeinsatz metallisches Zink von gleichbleibender Qualität in einer Reinheit von größer 99 %, vorzugsweise größer 99,995 %, gewonnen werden kann.
Zur besseren Reduzierung der Metalloxide kann dem Reaktionsgemisch als weitere Komponente zur Herstellung eines Formsteins wenigstens ein Reduktionsmittel, vorzugsweise Kohle und/oder Petrolkoks und/oder Anthrazit und/oder Koksgruß, zugegeben werden. Aus Kostengründen wird die Zugabe. billiger Kohle bevorzugt. Darüber hinaus kann durch den Anteil des in dem Formstein enthaltenen Reduktionsmittels die üblicherweise vorgesehene Zugabe eines weiteren Reduktionsmittels, wobei es sich in der Regel um vergleichsweise teuren Koks handelt, zum Ofen reduziert werden. Falls der Anteil des Reduktionsmittels im Formstein ausreichend hoch ist, kann unter Umständen auf die Zugabe eines weiteren Reduktionsmittels zum Ofen sogar vollständig verzichtet werden.
Durch die Zugabe von Wasser wird das Reaktionsgemisch für den Formstein vor dem Pressen eines Formlings auf die entsprechende Formfeuchtigkeit gebracht. Weist das Reaktionsgemisch bereits eine ausreichende Formfeuchtigkeit auf, bzw. wird die Formfeuchtigkeit durch andere Reagenzien in dem Reaktionsgemisch bewirkt, kann auf die Zugabe von Wasser unter Umständen auch ganz verzichtet werden.
Grundsätzlich können dem Reaktionsgemisch zur Herstellung zinkhaltiger Formsteine auch zinkhaltige Primärrohstoffe als weitere Komponenten zugegeben werden. Dabei ist von entscheidender Bedeutung, daß der Schwefelgehalt des Formsteins ausreichend gering ist, um eine Schädigung des Ofens durch Schwefelverbindungen in jedem Fall zu verhindern.
Als Bindematerialien für den Formstein können beispielsweise Sand und/oder kalziumhaltige Zuschlagstoffe, wie Kalk, Kalkstein oder Dolomit, und/oder Zement oder deren Mischungen eingesetzt werden. Die Auswahl der Bindematerialien und der zur Herstellung der Formsteine eingesetzten Reaktionskomponenten erfolgt einerseits vor dem Hintergrund, daß bei der thermischen Zinkgewinnung im Ofen eine selbstgängige bzw. fließfähige Schlacke entsteht. Dabei kann der Binder an Inhibitoren angepaßt werden, die die Geschwindigkeit des Abbindevorgangs bzw. des Aushärtens beeinflussen. Andererseits muß der Formstein eine ausreichende Festigkeit haben.
Vor dem Abbinden bzw. Aushärten wird das Reaktionsgemisch durch Pressen und/oder durch einen Rüttelprozeß bzw. durch Vibrationspressen zu dem Formling verdichtet, wobei der Formling nach dem Preßvorgang noch eine zur Durchgasung ausreichende Porösität aufweisen sollte.
Um die Herstellungszeit und damit die Kosten zur Herstellung der Formsteine zu senken, sollte der Binder derart ausgebildet sein bzw. eine solche Zusammensetzung aufweisen, daß das Abbinden des Binders eine Reaktionszeit von weniger als 72 Stunden, vorzugsweise von weniger als 48 Stunden, benötigt. Der Abbindevorgang kann beispielsweise durch geeignete Zusatzmittel oder die Auswahl des Bindematerials verkürzt bzw. verlängert werden. Um eine Homogenisierung der eingesetzten zinkhaltigen Sekundärrohstoffe und damit eine möglichst gleichmäßige Verbindung der Sekundärrohstoffe mit dem Binder zu erreichen, können die Sekundärrohstoffe schon vor der Reaktion miteinander vermischt werden.
Zur weiteren Erhöhung der Festigkeit kann vorgesehen werden, daß der Formling und/oder der Formstein getrocknet werden. Dabei bietet es sich insbesondere an, daß die Trocknung durch die Abwärme des Ofens vorgenommen wird. Hier kann eine separate Trocknungsanlage entfallen. Nach dem Abbinden bzw. Aushärten sollte der Formstein dann eine Festigkeit von größer als 2 N/mm², vorzugsweise größer als 3 N/mm² aufweisen, damit bei nur geringem Abrieb die Steine als Schüttgut transportiert und in den Ofen eingebracht werden können. Darüber hinaus ist es notwendig, daß die Steine auch nach dem Einbringen in den Ofen noch eine ausreichende thermische Stabilität besitzen, also nach dem Einbringen ihre Form zumindest anfänglich im wesentlichen beibehalten und nicht "zerplatzen".
Die Erfindung wird nachfolgend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur thermischen Zinkgewinnung nach dem IS-Verfahren unter Einsatz zinkhaltiger Formsteine,
2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen zinkhaltigen Formsteins zur Verwendung als Einsatzmaterial in der thermischen Zinkgewinnung und
3 eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs der Herstellung zinkhaltiger Formsteine zur Verwendung als Einsatzmaterial in der thermischen Zinkgewinnung.
In 1 ist ein Verfahrensfließbild zur thermischen Zinkgewinnung nach dem IS-Verfahren in einer entsprechenden Vorrichtung bzw. IS-Hütte schematisch dargestellt, wobei wenigstens ein zinkhaltiger Sekundärrohstoff 1 als Einsatzmaterial zur Erzeugung von metallischem Zink einem Ofen 2, bei dem es sich gemäß der 1 um einen Schachtofen handelt, zugegeben wird. Erfindungsgemäß wird der Sekundärrohstoff 1 in Form von zinkhaltigen Formsteinen 3 dem Ofen 2 zugeführt. Gemäß der 1 ist vorgesehen, daß dem Ofen ein weiteres Reduktionsmittel 4, beispielsweise Koks, und ggf. weitere zinkhaltige Einsatzmaterialien 5, beispielsweise Altbatterien, zugegeben werden. Bei den weiteren zinkhaltigen Einsatzmaterialien 5 kann es sich grundsätzlich auch um zinkhaltige Primärrohstoffe handeln.
Über nicht im einzelnen dargestellte Düsen wird in den Ofen zusätzlich zinkhaltiger Staub 6, bei dem es sich ebenfalls um einen zinkhaltigen Sekundärrohstoff handelt, in den Ofen 2 eingeblasen. Der Anteil zinkhaltiger Formsteine 3 an dem zur thermischen Zinkgewinnung vorgesehenen Gesamteinsatzmaterial liegt oberhalb von 50 %, wobei dem Ofen 2 auch ausschließlich Formsteine 3 als Einsatzmaterial zugegeben werden können. In diesem Fall werden weder weitere zinkhaltige Einsatzmaterialien 5 noch zinkhaltiger Staub 6 dem Ofen 2 zugegeben. Von wesentlicher Bedeutung ist in diesem Zusammenhang, daß bei ausschließlicher Nutzung zinkhaltiger Sekundärrohstoffe die Zinkgewinnung unter Verzicht auf die bei IS-Hütten üblicherweise vorgesehene Sinteranlage und ggf. auch unter Verzicht auf die Schwefelsäureanlage und/oder auf die Heißbrikettierungsanlage durchgeführt werden kann.
Im Gegensatz zu anderen metallurgischen Prozessen erfolgt beim IS-Verfahren die Zinkgewinnung über die Gasphase. Bei der thermischen Zinkgewinnung im Ofen 2 wird ein zink- und bleihaltiges Produktgas 7 freigesetzt wird, welches anschließend in einem Kondensator 8 gekühlt wird. Während das Produktgas 7 im Ofen 2 eine Temperatur von ca. 1.000 °C aufweist, liegt die Kondensationstemperatur bleihaltiger Produktgase 7 im Kondensator 8 bei ca. 500 °C. In einer Trenneinrichtung 9, die beispielsweise nach dem Kontaktverfahren oder ähnlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Trennverfahren zur Auftrennung von blei- und zinkhaltigen Gasen arbeitet, erfolgt die Auftrennung in einen Produktstrom 10 mit hohem Zinkgehalt einer Reinheit von bis zu größer als 99,995 % und in einen weiteren Produktstrom 11 mit hohem Bleigehalt.
Der nicht kondensierte Anteil des Produktgases 7 wird als Abgas 12 einer Gasreinigungsanlage 13 zugeführt, wobei brennbares Fackelgas 14 einer nicht im einzelnen dargestellten Fackel zugeführt wird. Nach der Gasreinigung wird das gereinigte Produktgas 7 als Brenngas 15 zusammen mit einem Verbrennungsluftstrom 16 dem Ofen 2 zugeführt.
Am Boden des Ofens 2 wird ein bleihaltiger Schlackestrom 17 abgeführt, der über übliche Trennverfahren in einen bleihaltigen Produktstrom 18 und in einen Schlackestrom 19 aufgetrennt wird. Die Zusammensetzung der Formsteine 3 sollte so gewählt werden, daß die bei der Zinkgewinnung entstehende Schlacke selbstgängig bzw. fließfähig ist und es zu keiner Blockierung durch nicht fließfähige Schlacke im Bodenbereich des Ofens 2 kommt.
In der 2 ist beispielhaft ein Formstein 3 dargestellt, der aus einem Reaktionsgemisch aus dem zinkhaltigen Sekundärrohstoff 1 und wenigstens einem Binder 20 und ggf. weiteren Komponenten erhältlich ist. Bei dem Binder 20 handelt es sich vorzugsweise um Zement. Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, daß zur Herstellung des Formsteins 3 ausschließlich zinkhaltige Sekundärrohstoffe 1 verwendet werden und auf die Zugabe zinkhaltiger Primärrohstoffe vollständig verzichtet wird.
Der zinkhaltige Sekundärrohstoff 1 sollte einen Zinkgehalt von größer als 20 Gew.-%, vorzugsweise größer als 30 Gew.-% aufweisen. Der Formstein 3 als solcher dagegen kann einen Gesamtzinkgehalt von größer als 10 Gew.-%, vorzugsweise von größer als 15 Gew.-% aufweisen. Der Bleigehalt des Formsteins 3 sollte dagegen vorzugsweise größer als 10 Gew.-% und kleiner als 20 Gew.-% sein, während der Schwefelgehalt des Formsteins 3 kleiner als 3 Gew.-%, vorzugsweise kleiner als 2 Gew.-% und insbesondere kleiner als 1 Gew.-% betragen sollte. Der Schwefelgehalt des Formsteins 3 ist vor allem deshalb von Bedeutung, da es bei hohen Schwefelgehalten zu einer Schädigung des Ofens 2 kommen kann. Zudem steigen die Anforderungen an die Gasreinigungsanlage, um die im Produktgas 7 enthaltenen Schwefelverbindungen abzuscheiden bzw. umzusetzen.
Optional kann dem Formstein 3 ein Reduktionsmittel 21 und zur Einstellung der gewünschten Formfeuchtigkeit ein Befeuchtungsmittel 5, beispielsweise Wasser, zugegeben werden. Bei dem Reduktionsmittel 21 kann es sich um Kohle oder Koks handeln, wobei Kohle aufgrund der geringeren Kosten bevorzugt ist. Gemäß der in der 2 dargestellten Ausführungsform des zinkhaltigen Formsteins 3 weist dieser einen sechseckigen Querschnitt mit einer Höhe von etwa 20 bis 30 cm auf. Grundsätzlich ist jedoch jedes Steinformat möglich, wobei zur Herstellung der Formsteine 3 vorzugsweise aus dem Stand der Technik bekannte Maschinen eingesetzt werden können.
Die 3 zeigt den Verfahrensablauf zur Erzeugung von kalkgebundenen Agglomeraten bzw. Formsteinen 3 aus zinkhaltigen Sekundärrohstoffen 1. Die zur Herstellung der Formsteine 3 benötigten zinkhaltigen Sekundärrohstoffe 1 können beispielsweise mit Lkw angeliefert und in Leitbodenbunkern entladen bzw. aus Kesselwagen in Feinstaubsilos eingeblasen werden. Der zinkhaltige Sekundärrohstoff 1 wird dann in einem Mischvorgang 23 vermischt, mit dem Binder 20 und – optional – mit dem Reduktionsmittel 21 versetzt und durch die Zugabe eines Befeuchtungsmittels 22 auf die entsprechende Formfeuchtigkeit gebracht. Bei dem anschließenden Preßvorgang 24 wird aus dem Reaktionsgemisch ein Formling 25 gepreßt, der in dem nachfolgenden Abbindevorgang 26 aushärtet bzw. abbindet. Zur Trocknung kann dabei die Abwärme des Ofens 2 genutzt werden. Nach dem Aushärten des Formlings 25 liegt ein zinkhaltiger Formstein 3 vor, der nach dem Absieben nicht gebundener zinkhaltiger Sekundärrohstoffe 1 in einem Siebvorgang 27 zur weiteren Einlagerung in ein Freilager 28 bzw. als Einsatzmaterial zur thermischen Zinkgewinnung dem Ofen 2 zugeführt wird.

Claims

Verfahren zur thermischen Zinkgewinnung, insbesondere zur Zinkgewinnung nach dem IS-Verfahren, wobei wenigstens ein zinkhaltiger Sekundärrohstoff (1) als Einsatzmaterial zur Erzeugung von metallischem Zink einem Ofen (2), vorzugsweise einem Schachtofen, zugegeben wird, dadurch ge kennzeichnet, daß der Sekundärrohstoff (1) in Form von zinkhaltigen Formsteinen (3) dem Ofen (2) zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ofen (2) als zinkhaltiges Einsatzmaterial ein Anteil an Formsteinen (3) von größer als 50 Gew.-%, vorzugsweise von größer als 90 Gew.-%, zugegeben wird und daß, vorzugsweise, dem Ofen (2) ausschließlich Formsteine (3) zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkgewinnung ohne Sintern des Einsatzmaterials durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkgewinnung ohne Einsatz einer Schwefelsäureanlage durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkgewinnung ohne Einsatz einer Heißbrikettierungsanlage durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstein (3) aus einem Reaktionsgemisch aus dem zinkhaltigen Sekundärrohstoff (1) und wenigstens einem Binder (20) und gegebenenfalls weiterer Komponenten erhalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zinkhaltige Sekundärrohstoff (1) dem Reaktionsgemisch in einer solchen Menge zugegeben wird, daß der Zinkanteil des Sekundärrohstoffes (1) zu einem Anteil von mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 90 Gew.-%, insbesondere von 100 Gew.-%, zum Gesamtzinkgehaltes des Formsteins (3) beiträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zinkhaltige Sekundärrohstoff (1) und/oder eine weitere zinkhaltige Komponente dem Reaktionsgemisch in einer solchen Menge zugegeben wird, daß der Gesamtzinkgehalt des Formsteins (3) größer als 10 Gew.-%, vorzugsweise größer als 15 Gew.-% ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zinkhaltige Sekundärrohstoff (1) und/oder eine weitere bleihaltige Komponente dem Reaktionsgemisch in einer solchen Menge zugegeben wird, daß der Gesamtbleigehalt des Formsteins (3) größer als 5 Gew.-% und kleiner als 30 Gew.-%, vorzugsweise größer als Gew.-10% und kleiner als 20 Gew.-% ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zinkhaltige Sekundärrohstoff (1) und/oder eine weitere schwefelhaltige Komponente dem Reaktionsgemisch in einer solchen Menge zugegeben wird, daß der Schwefelgehalt des Formsteins (3) kleiner als 3 Gew.-%, vorzugsweise kleiner als 2 Gew.-% und insbesondere kleiner als 1 Gew.-% ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sekundärrohstoffe (1) Stahlwerkstäube und/oder Zinkaschen und/oder Filterstäube und/oder Filterschlämme und/oder Wälzoxid eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sekundärrohstoffe (1) mit einem Zinkgehalt von größer als 20 Gew.-%, vorzugsweise größer als 30 Gew.-%, eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Produktstrom (10) metallisches Zink in einer Reinheit von größer 99 Gew.-%, vorzugsweise größer 99,995 Gew.-%, gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgemisch als weitere Komponente wenigstens ein Reduktionsmittel (21), vorzugsweise Kohle und/oder Koks und/oder Petrolkoks und/oder Anthrazit, zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ofen (2) ein nicht in den Formsteinen (3) gebundenes weiteres Reduktionsmittel (4) zugegeben wird und daß, vorzugsweise, die Einsatzmenge des weiteren Reduktionsmittels (4) in Abhängigkeit von der Menge des mit den Formsteinen (3) zugegebenen Reduktionsmittels (21) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgemisch als weitere Komponente zur Einstellung der Formfeuchtigkeit ein Befeuchtungsmittel (22), vorzugsweise Wasser, zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgemisch als weitere Komponente wenigstens ein zinkhaltiger Primärrohstoff zugegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Binder (20) eine Mischung aus Sand und/oder kalziumhaltigen Zuschlagstoffen und/oder Zement und/oder weiteren Zuschlagsstoffen eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung vorzugsweise derart zusammengesetzt wird, daß die bei der Zinkgewinnung entstehende Schlacke selbstgängig bzw. fließfähig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zinkhaltig Sekundärrohstoff (1) vor der Reaktion mit dem Binder (20) in einem Mischvorgang (23) vermischt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Reaktionsgemisch vor dem Abbindevorgang (26) in einem Preßvorgang (24) und/oder durch einen Rüttelprozeß ein Formling (25) hergestellt wird und daß der Formling (25) eine zur Durchgasung ausreichende Porosität aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch derart zusammengesetzt wird, daß der Formstein (3) nach dem Abbindevorgang (26) des Binders (20) eine Festigkeit von größer als 2 N/mm², vorzugsweise größer als 3 N/mm² aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch vorzugsweise derart zusammengesetzt wird, daß der Abbindevorgang (26) einen Zeitraum von weniger als 72h, vorzugsweise weniger als 48h, benötigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Formling (25) nach dem Preßvorgang (24) und/oder der Formstein (3) nach dem Abbindevorgang (26) bzw. nach dem Aushärten zur Erhöhung der Festigkeit getrocknet wird, vorzugsweise durch die Abwärme des Ofens (2).
Formstein (3) zur Verwendung als Einsatzmaterial zur Erzeugung von metallischem Zink in einem Ofen (2), insbesondere hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstein (3) zinkhaltige Sekundärrohstoffe (1) enthält.
Formstein nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtzinkgehalt des Formsteins (3) größer als 10 Gew.-%, vorzugsweise größer als 15 Gew.-% ist.
Formstein nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtbleigehalt des Formsteins (3) größer als 5 Gew.-% und kleiner als 30 Gew.-%, vorzugsweise größer als 10 Gew.-% und kleiner als 20 Gew.-% ist.
Formstein nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefelgehalt des Formsteins (3) kleiner als 3 Gew.-%, vorzugsweise kleiner als 2 Gew.-% und insbesondere kleiner als 1 Gew.-% ist.
Formstein nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstein (3) wenigstens ein Reduktionsmittel (21), vorzugsweise Kohle und/oder Koks und/oder Petrolkoks und/oder Anthrazit, enthält.
Formstein nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstein (3) wenigstens einen zinkhaltigen Primärrohstoff enthält.
Formstein nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstein (3) wenigstens einen Binder, vorzugsweise eine Mischung aus Sand und/oder kalziumhaltigen Zuschlagstoffen und/oder Zement und/oder weiteren Zuschlagsstoffen enthält.
Formstein nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstein (3) eine Festigkeit von größer 2 N/mm², vorzugsweise größer 3 N/mm² aufweist.
Formstein nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstein (3) eine zur Durchgasung ausreichende Porosität aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung zinkhaltiger Formsteine (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 25 bis 33.
Anlage zur thermischen Zinkgewinnung, insbesondere zur Zinkgewinnung nach dem IS-Verfahren, mit wenigstens einem zur Erzeugung von metallischem Zink vorgesehenen Ofen (2), vorzugsweise einem Schachtofen, mit wenigstens einer Vorrichtung zur Erzeugung von Formsteinen (3) aus zinkhaltigen Sekundärrohstoffen (1), insbesondere mit einer Vorrichtung nach Anspruch 34.
Anlage zur thermischen Zinkgewinnung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, insbesondere zur Zinkgewinnung nach dem IS-Verfahren, mit wenigstens einem zur Erzeugung von metallischem Zink vorgesehenen Ofen (2), vorzugsweise einem Schachtofen.