-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines zinkhaltigen Sinters als Einsatzstoff für die thermische
Zinkgewinnung, insbesondere für
die Zinkgewinnung nach dem IS-Verfahren, wobei zur Herstellung des
Sinters wenigstens ein zinkhaltiger Sekundärrohstoff in einem in einer
Sinteranlage ablaufenden Sinterprozeß gesintert wird und wobei
der zinkhaltige Sekundärrohstoff
im wesentlichen schwefelarm oder schwefelfrei ist. Darüber hinaus
betrifft die vorliegende Erfindung eine Sinteranlage zur Herstellung
eines zinkhaltigen Sinters 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 für den Sinterprozeß dient.
Während
des Sinterprozesses verbrennt der in den Primärrohstoffen enthaltene Schwefel
unter Freisetzung von Schwefeldioxid. Da Schwefeldioxid ein Schadstoff
ist und die zulässigen
Schwefeldioxidemissionen einer strikten gesetzlichen Regelung unterliegen,
wird Schwefeldioxid in der Schwefelsäureanlage zu Schwefelsäure umgesetzt,
in der Regel nach dem Kontaktverfahren.
-
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 Verarbeitung von zinkhaltigen Materialien anfallende Abfall-
und Reststoffe. Zu den Sekundärrohstoffen
zählen
beispielsweise zinkhaltige Stahlwerkstäube, Zinkasche, Filterstäube, Filterschlämme oder
Wälzoxide.
Die gemeinsame Sinterung von Sekundär- und Primärrohstoffen ist aufgrund der
unterschiedlichen Zusammensetzung dieser Einsatzstoffe jedoch aufwendig
und zum Teil bei hohen Anteilen an Sekundärrohstoffen gar nicht möglich.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu
stellen, daß es
ermöglicht,
zinkhaltige Sekundärrohstoffe
in größeren Anteilen
gemeinsam mit zinkhaltigen Primärrohstoffen
zu sintern, um den im Sinterprozeß entstehenden Sinter zur thermischen Zinkgewinnung
einzusetzen.
-
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe
ist bei einem Verfahren mit den Oberbegriffsmerkmalen des Patentanspruchs
1 vorgesehen, daß dem
zur Sinterung vorgesehenen Sekundärrohstoff wenigstens ein schwefelhaltiger
Sekundärenergieträger zur
Sinterung zugegeben wird, daß der
Schwefelanteil des Sekundärenergieträgers im
Sinterprozeß verbrannt wird
und daß der
Energiebedarf des Sinterprozesses zumindest zum Teil durch die bei
der Verbrennung des Schwefelanteils des Sekundärenergieträgers freigesetzte Energie gedeckt
wird, wobei der Sekundärenergieträger im wesentlichen
zinkfrei ist und wobei der Heizwert des Sekundärenergieträgers im wesentlichen durch
den Schwefelanteil des Sekundärenergieträgers bestimmt
wird.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, daß im
Gegensatz zu zinkhaltigen Primärrohstoffen zinkhaltige
Sekundärrohstoffe
geringere Schwefelkonzentrationen enthalten und zum Teil sogar schwefelfrei
sind. Werden daher Mischungen aus zinkhaltigen Sekundär- und Primärrohstoffen
gemeinsam gesintert, ist der in der Mischung enthaltene Schwefelgehalt
in der Regel zu gering, um den Energiebedarf des Sinterprozesses
aus der Verbrennung des Schwefelanteils des Primärrohstoffs zu decken. Daher
ist die gemeinsame Sinterung von zinkhaltigen Primär- und Sekundärrohstoffen
bzw. der zulässige Anteil
von Sekundärrohstoffen
in solchen Mischungen begrenzt. Hier setzt nun die Erfindung an,
wobei durch die Verbrennung des in einem dem Sinterprozeß zugegebenen
sekundären
Energieträger
enthaltenen Schwefelanteils ein zusätzlicher Energiebetrag bereitgestellt
wird, der zum Ausgleich des bei der Verbrennung schwefelarmer Sekundärrohstoffe
entstehenden Energiedefizits im Sinterprozeß genutzt wird. Durch die Zugabe
des schwefelhaltigen Sekundärenergieträgers kann
der Anteil zinkhaltiger Sekundärrohstoffe
mit im Vergleich zu Primärrohstoffen geringeren
Heizwerten am Gesamteinsatzmate rial der Sinteranlage deutlich erhöht werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren
kann sogar erstmals ein zinkhaltiges Sintermaterial ausschließlich durch Sintern
zinkhaltiger Sekundärrohstoffe
erfolgen, ohne daß eine
Modifikation bestehender Anlagen erforderlich ist. Vor dem Hintergrund
der steigenden, zum Wertstoffrecycling zuzuführenden zinkhaltigen Sekundärrohstoffmengen
kommt dem erfindungsgemäßen Verfahren
daher besondere wirtschaftliche Bedeutung zu.
-
Darüber hinaus hat sich gezeigt,
daß der zum
Teil sehr geringe Schwefelgehalt in zinkhaltigen Sekundärrohstoffen
dazu führen
kann, daß die Schwefeldioxidkonzentration
der bei dem Sinterprozeß freigesetzten
Abgase bei hohen Anteilen zinkhaltiger Sekundärrohstoffe zu gering ist, um
einen wirtschaftlichen Betrieb der Schwefelsäurenanlage zu ermöglichen.
Der dem Sinterprozeß erfindungsgemäß zugegebene
schwefelhaltige Sekundärrohstoff erfüllt somit
eine Doppelfunktion. Neben der Bereitstellung von Energie für den Sinterprozeß wird durch die
Verbrennung des in dem Sekundärenergieträger enthaltenen
Schwefels die Schwefeldioxidkonzentration im Abgas des Sinterprozesses
erhöht,
so daß der
Umsatz der an der Schwefelsäureerzeugung
beteiligten Reaktionen zunimmt und die Schwefelsäureanlage wirtschaftlicher
betrieben werden kann. Im Vergleich zur Herstellung eines zinkhaltigen
Sinters allein aus Primärrohstoffen
kann somit durch Zugabe des schwefelhaltigen Sekundärenergieträgers auch bei
hohen Konzentrationen schwefelarmer Sekundärrohstoffe auf die Modifikation
bestehender Anlagen zur thermischen Zinkgewinnung, insbesondere auf
die Modifikation der Sinteranlage bzw. der vorgesehenen Schwefelsäure- bzw.
Gasreinigungsanlage verzichtet werden, wobei die Schwefeldioxidkonzentration
im Abgas des Sinterprozesses in Abhängigkeit von der zugegebenen
Menge des schwefelhaltigen Sekundärenergieträgers bzw. dessen Schwefelkonzentration
einstellbar ist.
-
Vorzugsweise kann als Sekundärenergieträger elementarer
Schwefel und/oder eine sulfidische Verbindung, insbesondere ein
sulfidisches Erz, vorzugsweise Pyrit, eingesetzt werden. Dabei ist
es so, daß als
schwefelhaltiger Sekundärenergieträger vorzugsweise
ein Material ausgewählt
wird, dessen Bezugskosten gering sind. In diesem Zusammenhang bietet
sich an der Stelle von Pyrit oder zusätzlich beispielsweise auch
der Einsatz schwefelhaltiger Abfallprodukte als Sekundärenergieträger an,
vorzugsweise schwefelhaltiger Abfallprodukte der petrochemischen
Industrie. Die bei der üblicherweise
vorgesehenen Entsorgung derartiger Produkte anfallenden Kosten können bei
der Verwertung als Sekundärenergieträger in einem
Prozeß zur
thermischen Zinkgewinnung bzw. im Sinterprozeß als quasi Gutschrift verbucht
werden und dazu beitragen, die Wirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens
zu erhöhen.
-
Während
es bei der Erfindung grundsätzlich möglich und
auch bevorzugt ist, daß zur
Herstellung des zinkhaltigen Sinters ausschließlich zinkhaltige Sekundärrohstoffe
eingesetzt werden, ist es auch möglich,
daß dem
Sinterprozeß zusätzlich zum
Sekundärrohrstoff
wenigstens ein zinkhaltiger Primärrohstoff,
vorzugsweise ein sulfidisches zinkhaltiges Erz, zugeführt wird.
-
Das Mengenverhältnis von Sekundärenergieträger zu Primärenergieträger bzw.
Primärrohstoff an
der Gesamteinsatzmenge des Sinterprozesses wird daher vorzugsweise
in Abhängigkeit
von der bei der Verbrennung des im Sekundärrohstoff und/oder im Primärrohstoff
enthaltenen Schwefels freigesetzten chemischen Energie bzw. Reaktionsenthalpie festgelegt.
Darüber
hinaus kommt es bei hohen Temperaturen selbstverständlich auch
zur Verbrennung weiterer im Sekundärenergieträger enthaltener brennbarer
Bestandteile, woraus ein zusätzlicher
Energiebeitrag resultiert. Wesentlich dabei ist, daß der bei
der Verbrennung des Sekundärenergieträgers freigesetzte
Energieanteil ausreichend hoch ist, um den Energiebedarf des Sinterprozesses
bzw. die zum Sintern erforderlichen Temperaturen sicherzustellen und
darüber
hinaus der Schwefelanteil im Sekundärenergieträger vorzugsweise so groß ist, daß die Schwefeldioxidkonzentration
im Abgas ausreichend hoch ist, um einen wirtschaftlichen Betrieb
der Schwefelsäureanlage
sicherzustellen.
-
Vorzugsweise wird der Energiebedarf
des Sinterprozesses im wesentlichen allein durch die bei der Verbrennung
des Schwefelanteils des Sekundärenergieträgers freigesetzte
Energie gedeckt. Das bedeutet, daß der Sekundärenergieträger als
brennbaren Bestandteil überwiegend
Schwefel aufweist. Auch hier gilt natürlich wieder, daß neben
den Schwefelanteilen auch andere brennbare Komponenten zur Deckung
des Energiebedarfs beitragen können.
-
Weiter ist es von Vorteil, daß dem Sinterprozeß als Energieträger ausschließlich der
Sekundärenergieträger und
ggf. der zinkhaltige Primärrohstoff zuge geben
werden. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn der Schwefelanteil
des Sekundärenergieträgers und
ggf. des Primärrohstoffs
ausreichend hoch ist, um den Energiebedarf des Sinterprozesses zu
decken bzw. der Anteil des zinkhaltigen Primärrohstoffes am Gesamteinsatzmaterial
zur Herstellung des zinkhaltigen Sinters nicht zu gering ist. Falls der
Energiebedarf des Sinterprozesses nicht gedeckt werden kann, ist
es unter Umständen
notwendig, einen oder mehrere weitere Sekundärenergieträger in den notwendigen Anteilen
dem Sinterprozeß zuzugeben.
In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, daß jeder Sekundärenergieträger von
einer derartigen Beschaffenheit bzw. Zusammensetzung und/oder Stückigkeit
sein muß,
daß eine
weitgehend homogene Vermischung der zinkhaltigen Einsatzstoffe mit
dem Sekundärenergieträger möglich ist. Bei
einer gleichmäßigen Vermischung
des Sekundärenergieträgers mit
dem zinkhaltigen Sekundär-
bzw. Primärrohstoff
kann ein homogenes Temperaturprofil über dem Einsatzmaterial gewährleistet
werden, was sich positiv auf den Sinterprozeß auswirkt. Anderenfalls kann
es dazu kommen, daß der
hergestellte zinkhaltige Sinter eine unterschiedliche Brüchigkeit aufweist
bzw. der Rohstoff nicht oder nur schlecht während des Sinterprozesses versintert.
-
Die Schwefeldioxidkonzentration in
dem während
des Sinterprozesses freigesetzten Abgas sollte vorzugsweise zwischen
4 bis 7 Vol.-%, vorzugsweise ca. 5,5 Vol.-% betragen. Dementsprechend
ist der Anteil des zuzugebenden Sekundärenergieträgers zu wählen. Durch eine entsprechende Meßeinrichtung
im Abgas kann die zuzugebende Menge gesteuert oder geregelt werden.
Bei Schwefeldioxidkonzentrationen dieser Höhe ist der Betrieb der Schwefelsäureanlage
bzw. der Umsatz der bei der Schwefelsäureherstellung beteiligten
Reaktionen besonders hoch. Es sind grundsätzlich jedoch auch höhere oder
niedrigere Schwefeldioxidkonzentrationen im Abgas des Sinterprozesses
möglich,
insofern die Herstellung von Schwefelsäure aus dem schwefeldioxidhaltigen
Abgas noch durchführbar
ist. Grundsätzlich
kann bei sehr geringen Schwefelkonzentrationen im Abgas jedoch auch
eine andere Form der Schwefelrückgewinnung
vorgesehen werden, beispielsweise über geeignete aus dem Stand der
Technik bekannte Gasreinigungsverfahren.
-
Um den Eisengehalt der bei der thermischen Zinkgewinnung
aus dem zinkhaltigen Sinter entstehenden Schlacke zu regulieren,
ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
daß die
Zusammensetzung und/oder der Mengenanteil der jeweiligen dem Sinterprozeß zugebenen
zinkhaltigen Primärrohstoffe und/oder
der zinkhaltigen Sekundärrohstoffe
anhand der Gesamteinsatzmenge des Sinterprozesses in Abhängigkeit
von dem Eisengehalt des Sekundärenergieträgers festgelegt
wird. Dabei ist es grundsätzlich
so, daß bei
hohen Eisengehalten des Sekundärenergieträgers vorzugsweise
Primär-
und/oder Sekundärrohstoffe
eingesetzt werden sollten, die einen entsprechend geringen Eisengehalt
aufweisen. Dies gilt selbstverständlich
auch umgekehrt.
-
Vorzugsweise wird der zinkhaltige
Sekundärrohstoff
dem Sinterprozeß in
einer solchen Menge zugegeben, daß der Mengenanteil des zinkhaltigen Sekundärrohstoffs
an dem zinkhaltigen Sinter mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise mehr
als 90 Gew.-%, und insbesondere 100 Gew.-% beträgt. Grundsätzlich sollte der Anteil des
zinkhaltigen Sekundärrohstoffes
an der zur Herstellung des zinkhaltigen Sinters der Sinteranlagen
zugeführten
Gesamteinsatzmenge möglichst
hoch sein, um die Wirtschaftlichkeit weiter zu steigern. Dem gleichen
Ziel dient es im übrigen,
daß der
zinkhaltige Sekundärrohstoff
dem Sinterprozeß in
einer solchen Menge zugegeben wird, daß der Zinkgehalt des zinkhaltigen
Sintermaterials zu mehr 50 Gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 90 Gew.-%
und insbesondere zu 100 Gew.-% durch den Zinkanteil des zinkhaltigen
Sekundärrohstoffes
bestimmt wird.
-
Die Erfindung wird nachfolgend ohne
Beschränkung
des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, wobei
die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
zur thermischen Zinkgewinnung nach dem IS-Verfahren unter Einsatz
eines zinkhaltigen Sintermaterials bzw. Sinters zeigt.
-
In der Figur ist ein Verfahrensfließbild zur thermischen
Zinkgewinnung nach dem IS-Verfahren in einer entsprechenden Vorrichtung
bzw. IS-Hütte schematisch
dargestellt, wobei zinkhaltiger Sinter 1 als Einsatzmaterial
zur Erzeugung von metallischem Zink einem Ofen 2, bei dem
es sich gemäß der Figur um
einen Schachtofen handelt, zugegeben wird. Zur Herstellung des zinkhaltigen
Sinters 1 wird ein zinkhaltiger Sekundärrohstoff 3, ggf.
ein zinkhaltiger Primärrohstoff 4 und
ein schwefelhaltiger Sekundärenergieträger 5 in
einem Sinterprozeß in
einer nicht im einzelnen dargestellten Sinteranlage 6 gesintert.
-
Bei dem Sekundärenergieträger 5 handelt es sich
um einen separaten, unabhängig
vom Sekundärrohstoff
und Primärrohrstoff
dem Sinterprozeß zuzugebenden
Anteil. Beim Sinterprozeß verbrennt
der Schwefelanteil des zinkhaltigen Sekundärenergieträgers 5, so daß der Energiebedarf
des Sinterprozesses, zumindest aber der Energiebedarf zur Sinterung des
Sekundärrohstoffes,
durch die bei der Verbrennung des im Sekundärenergieträger 5 enthaltenen Schwefels
gedeckt wird. Der Sekundärenergieträger 5 ist
zumindest im wesentlichen zinkfrei, wobei der Heizwert des Sekundärenergieträgers 5 vorzugsweise
allein durch den Schwefelanteil des Sekundärenergieträgers 5 festgelegt
wird. Der Begriff "Sekundärenergieträger" dient
zur Klarstellung, da zumindest der Schwefelanteil des Primärrohstoffes 4 ebenfalls als
Energieträger
im Sinterprozeß verbrannt
wird.
-
Bei dem zinkhaltigen Primärrohstoff 4 kann es
vorzugsweise um ein sulfidisches zinkhaltiges Erz handeln, während als
zinkhaltige Sekundärrohstoffe 3 beispielsweise
Stahlwerkstäube,
Zinkaschen, Filterstäube,
Filterschlämme
oder Wälzoxide
eingesetzt werden können.
Als Sekundärenergieträger 5 kann elementarer
Schwefel und/oder eine sulfidische Verbindung, insbesondere ein
sulfidisches Erz, vorzugsweise Pyrit, eingesetzt werden. Wesentlich
dabei ist, daß die
Auswahl des Sekundärenergieträger 5 unter den
Gesichtspunkten erfolgt, daß zum
einen der für den
Sinterprozeß notwendige
Energiebedarf teilweise oder sogar vollständig durch den Sekundärenergieträger 5 gedeckt
wird und daß sich
zum anderen die Beschaffenheit bzw. die Stückigkeit des Sekundärenergieträgers 5 auf
die Versinterung der Einsatzstoffe positiv auswirkt. Wird der Sekundärenergieträger 5 als
Schüttgut,
beispielsweise Pyrit, eingesetzt, so muß eine ausreichende Zerkleinerung
und homogene Verteilung zwischen den zinkhaltigen Rohstoffen 3, 4 und
dem Sekundärenergieträger 5 gewährleistet
sein, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung
in dem zur Sinterung vorgesehenen Einsatzmaterial 3, 4, 5 sicherzustellen.
-
Der Sinterprozeß findet in einer Sinteranlage 6 statt,
wobei infolge der Verbrennung schwefelhaltiger Bestandteile das
Abgas 7 des Sinterprozesses eine ausreichend hohe Schwefeldioxidkonzentration aufweist,
um in einer Schwefelsäureanlage 8 zur
Herstellung von Schwefelsäure 9 vorgesehen
zu werden.
-
Gemäß der Figur ist weiter vorzusehen,
daß dem
Ofen 2 ein weiteres Reduktionsmittel 10, beispielsweise
Koks, und ggf. weitere zinkhaltige Einsatzmaterialien 11,
beispielsweise Altbatterien, zugegeben werden können. Bei den weiteren zinkhaltigen Einsatzmaterialien 11 kann
es sich grundsätzlich auch
um zinkhaltige Primärrohstoffe 4 handeln. Über nicht
im einzelnen dargestellte Düsen
kann in den Ofen 2 zusätzlich
zinkhaltiger Staub 12, bei dem es sich ebenfalls um einen
zinkhaltigen Sekundärrohstoff 3 handeln
kann, in den Ofen 2 eingeblasen werden.
-
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 13 freigesetzt,
welches anschließend
in einem Kondensator 14 gekühlt wird. Während das Produktgas 7 im
Ofen 2 eine Temperatur von ca. 1.000 °C aufweist, liegt die Kondensationstemperatur bleihaltiger
Produktgase 13 im Kondensator 14 bei ca. 500 °C. In einer
Trenneinrichtung 15, 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 16 mit hohem Zinkgehalt einer Reinheit von
bis zu größer als
99,995 % und in einen weiteren Produktstrom 17 mit hohem
Bleigehalt.
-
Der nicht kondensierte Anteil des
Produktgases 13 wird als Abgas 18 einer Gasreinigungsanlage 19 zugeführt, wobei
brennbares Fackelgas 20 einer nicht im einzelnen dargestellten
Fackel zugeführt wird.
Nach der Gasreinigung wird das gereinigte Produktgas 13 als
Brenngas 21 zusammen mit einem Verbrennungsluftstrom 22 dem
Ofen 2 zugeführt.
-
Am Boden des Ofens 2 wird
ein eisen- und bleihaltiger Schlackestrom 23 abgeführt, der über übliche Trennverfahren
in einen bleihaltigen Produktstrom 24 und in einen Schlackestrom 25 aufgetrennt wird.
Die Zusammensetzung des Sinters 1 sollte so gewählt werden,
daß die
bei der Zinkgewinnung entstehende Schlacke 23 selbstgängig bzw.
fließfähig ist und
es zu keiner Blockierung durch nicht fließfähige Schlacke 23 im
Bodenbereich des Ofens 2 kommt.