DE3817845A1 - Verfahren zur umweltfreundlichen einbindung von staub, der wasserloesliche, umweltgefaehrdende verbindungen enthaelt, aus entstaubungsanlagen von stahlwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur umweltfreundlichen Einbindung von Staub, der wasserlösliche, umweltgefährdende Verbindun­ gen enthält, aus Entstaubungsanlagen von Stahlwerken, bei dem der Staub mit der Schlacke vermischt wird und gemeinsam mit dieser erstarrt.

Beim Betrieb von Stahlwerk-Entstaubungsanlagen fallen pro Tonne erzeug­ tem Stahl im Mittel etwa 8 kg staubförmiger Rückstand in den Filteran­ lagen an. Dies entspricht bei einem 25 t-Lichtbogenofen etwa 200 kg pro Charge, bei typischem Betrieb dieses Ofens fallen etwa 1000 Tonnen Staub pro Jahr an.

Der Staub enthält Spuren von verschiedenen Metallen, verschiedenwertige Eisen-Sauerstoff-Verbindungen und Kalkverbindungen sowie Restbestände, die zumindest teilweise wasserlöslich sind. Da der abgeschiedene Staub äußerst fein ist, hat er eine sehr große Oberfläche, dadurch besteht die Gefahr des Auswaschens der wasserlöslichen, umweltgefährdenden Verbindungen, wenn deponierter Staub mit dem Grundwasser in Verbindung kommt. Aus diesem Grunde ist der Staub Sondermüll und darf nur auf besonders gegen Grundwasserzutritt abgedichteten und überwachten Depo­ nien abgelagert werden. Dies ist mit hohen Kosten verbunden.

Bei dem aus der GB-PS 20 82 884 bekannten Verfahren werden Stäube, die aus dem Ofengas beispielsweise eines Hochofens ausgewaschen sind, in einen mit flüssiger Schlacke gefüllten Behälter eingebracht. Ziel ist es, die in den Stäuben enthaltenen Anteile an Eisen, Kalk und Mangan­ oxid in einem LD-Ofen verwerten zu können. Dabei wird durch die Ein­ richtung erreicht, daß die Stäube in Form von Pellets in die Schlacke eingebracht werden.

Zweck dieses vorbekannten Verfahrens ist damit nicht so sehr die Depo­ nierung von Stäuben aus Entstaubungsanlagen, sondern die Rückgewinnung der in diesen Stäuben enthaltenen, wertvollen Bestandteile. Für ein Deponieren sind die in die flüssige Schlacke eingebrachten Stäube auch deshalb schlecht geeignet, weil sie in Form von Pellets in die Schlacke eingegeben werden. Die Stäube liegen also in Form von Zusammenballungen oder Nestern in der Schlacke vor, bei einem späteren Aufbrechen der Schlacke, das auch bei sorgfältiger Deponie nie zu vermeiden ist, kann der Schlackenkörper im Bereich der Pellets aufbrechen, wodurch die nur zusammengepreßten Stäube frei werden und bei Zutritt von Grundwasser die umweltgefährdenden Verbindungen ausgelaugt werden können. Das be­ kannte Verfahren ist daher für ein Deponieren von Filterstäuben unge­ eignet.

Daneben ist aus der US-PS 33 65 340 ein LD-Ofen bekannt, bei dem das abströmende Ofengas durch einen Ofen hindurchgeführt wird, der eine flüssige Quarzschlacke enthält. Der Gasstrom wird beim Überstreichen der Schlacke durch entsprechende angeordnete Prallkörper umgelenkt, damit die im Ofengas enthaltenden Stäube in Richtung auf die Oberfläche der flüssigen Quarzschlacke gelenkt werden und von dieser aufgenommen werden können. Ist die Quarzschlacke genügend mit den eisenhaltigen Stäuben des Ofengases angereichert, läßt man sie erkalten, die festge­ wordene Schlacke wird gebrochen und ebenfalls in einen LD-Ofen einge­ bracht.

Auch bei diesem vorbekannten Verfahren liegt der Grundgedanke der Einbindung des Staubes in die Schlacke darin, die wertvolleren Bestand­ teile der Stäube zurückzugewinnen. Eine Deponie des in die Schlacke eingebundenen Staubes wird nicht erwähnt. Zudem ist es bei dem vorbe­ kannten Verfahren nachteilig, daß ein separater Ofen zur Erhitzung der Schlacke notwendig ist. Auch bei diesem vorbekannten Verfahren wird der Staub zu Pellets verpreßt und in dieser Form in die Schlacke eingebet­ tet, wodurch die schon beschriebenen Nachteile bei einer eventuellen Deponie der Schlacke auftreten.

Schließlich bezieht sich auch die GB-PS 20 46 677 auf die Aufbereitung von Schlacke, um ein Recycling von eisenhaltigen Stäuben zu ermögli­ chen. Dabei wird u. a. auch Kehricht und Schmutz als kohlenstoffhal­ tiges Material zusammen mit aus dem Ofengas entfernten Partikeln in die Schlacke eingebracht. Auch dieses Verfahren dient zur Wiederge­ winnung der Bestandteile der Stäube und nicht zum Deponieren.

Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, die in einem Stahlwerk in verhältnismäßig großen Mengen anfallenden, wasserlösliche und umweltgefährdende Verbindung enthaltenden Filter­ stäube so deponierfähig in Schlacke einzubinden, daß die einzelnen Staubkörner von Schlacke umhüllt sind und nicht in Form von Nestern vorliegen, so daß auch bei einem für den Transport und die Deponie notwendigen Brechen der Schlacke nicht die Gefahr besteht, daß nicht mit der Schlacke verbundener Filterstaub frei wird und beim Zutritt von Grundwasser dieses belastet.

Ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Staub zunächst in einen Luftstrom eingebracht wird und anschließend durch ein in der flüssigen Schlacke endendes Rohr dieser zugemischt wird.

Im Luftstrom werden die einem Sammelbehälter entnommenen, kompakten Stäube zunächst vereinzelt und zugleich transportiert, wobei vorzugs­ weise eine Dickstromförderung angestrebt wird. Die im Luftstrom enthal­ tenen, vereinzelten Staubkörnchen werden durch das Rohr in die flüssige Schlacke eingeleitet, wo sie sich fein dispers verteilen. Anschließend läßt man die Schlacke erstarren. Da die einzelnen Staubpartikel bei erwünschter Verfahrensführung separat voneinander, jedenfalls nicht in Nestern, Klumpen oder dergleichen, in der Schlacke eingebunden sind, kann die erstarrte Schlacke später gebrochen und deponiert werden. Auch bei Zutritt von Grundwasser können die umweltgefährdenden Verbindungen aus den Stäuben nicht ausgewaschen werden, da die Schlacke die Stäube umschließt und den Zutritt von Grundwasser behindert. Die einzelnen Staubkörnchen werden also bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung separat voneinander in die Schlacke eingeglast.

Um einen Zutritt von Grundwasser in die Schlacke weitgehend auszu­ schließen, also ein Durchströmen der Schlackebrocken durch Grundwasser zu verhindern, wird vorgeschlagen, daß die Schlacke so stark verdichtet wird, daß die einzelnen Schlackebrocken vom Grundwasser nicht durchströmt, sondern nur umströmt werden. Dies wird erreicht, wenn die K_f-Werte der Schlackebrocken bei 10^-8 m/s oder darunter liegen.

Um die Schlacke entsprechend zu verdichten, also eine Schlacke mit möglichst wenig Poren zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß der Schlacke ein geeignetes Salz zugegeben wird. Dieses kann mit dem Staub kontinu­ ierlich in den Luftstrom eingebracht und damit in die flüssige Schlacke eingetragen werden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, mit basischen Schlacken zu arbeiten, da diese auch im Alkali-Wasserbereich unlöslich sind. In einer bevorzugten Ausbildung wird mit einer kombinierten Phosphor- Schwefel-Schlacke im Temperaturbereich von 1530 bis 1590°C gearbeitet, bei Versuchen hat es sich herausgestellt, daß diese Schlackenart und der Temperaturbereich günstig für das Einbringen und das umweltfreund­ liche Umschließen der Stäube sind. Diese Schlacke bildet eine Matrix, die vom Grundwasser nicht aufgeschlossen wird, so daß sie die dispers eingebetteten Stäube wirksam und dauerhaft umschließt.

In einer weiteren Verbesserung wird vorgeschlagen, daß der Staub mög­ lichst trocken in den Luftstrom eingegeben wird. Hierdurch wird die erwünschte Vereinzelung der Staubkörner erreicht und vermieden, daß im Luftstrom Klumpen, Brocken und dergleichen enthalten sind.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren dergestalt durchgeführt, daß der den Staub mitführende Luftstrom in die auslaufende Schlacke eingeleitet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise für den Einsatz von Entstaubungsanlagen für Elektroöfen bestimmt. Beim Ablaufen der Flüssigschlacke aus dem E-Ofen in den darunterstehenden Schlackenkübel wird vorzugsweise zentrisch und gleichachsig zum Gießstrahl der mit dem Staub beladene Luftstrom durch das Rohr eingeleitet. Da die Schlacke das für die Einleitung benutzte Rohr allseitig umfließt, ist ausge­ schlossen, daß durch Thermik, Seitenwinde oder dergleichen Staub aus dem Luftstrom herausgetragen und damit zwangsläufig eingebunden wird. Durch die zentrische Zufuhr ist es ausgeschlossen, daß der Staub ander­ weitig als in die flüssige Schlacke gelangen kann.

In einer alternativen Verfahrensführung wird vorgeschlagen, daß der mit dem Filterstaub beladene Luftstrom mittels einer Tauchlanze, die das Rohr bildet, in die in einem Behälter befindliche, flüssige Schlacke eingeblasen wird. Derartige Verfahren sind im Bereich der Pfannenmetal­ lurgie für das Einblasen von Spülgasen oder Feststoffen in Rohstahl ansich bekannt, die dort benutzten Techniken und Verfahrensführungen werden für das erfindungsgemäße Einbinden von Filterstäuben in die flüssige Schlacke eingesetzt. Das Verfahren ermöglicht eine hohe Bela­ dung der Schlacke mit Staub, es muß darauf geachtet werden, daß die Staubbeladung nicht so hoch getrieben wird, daß Staub sedimentieren kann oder sich in der flüssigen Schlacke Nester bilden, also Staub­ körnchen zusammenballen.

Beide Verfahrensführungen (Eingabe in den Schlackengießstahl oder Einblasen in einen Schlackenbehälter) haben den Vorteil, daß der Staub zwangsweise eingebunden wird, durch Thermik oder störende Luft nicht beeinflußt werden kann und fein dispers in der erstarrten Schlacke vorliegt.

Die Verfahrensführung kann schließlich noch dadurch verbessert werden, daß der Staub mittels eines Dosiergerätes kontrolliert in das Trägerme­ dium Luft eingegeben wird. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Beladung des Luftstromes mit dem Filterstaub erreicht.

Die Erfindung ermöglicht also, daß im Schlackenkuchen der an und für sich als Sondermüll zu behandelnde Filterstaub praktisch nicht mehr vorhanden ist. Der chemisch-physikalisch veränderte Schlackenteil ist selbst im Alkali-Wasserbereich unlöslich und stellt daher auch für das Grundwasser, ohne Erfordernis einer Plastik- oder Lehmschichtabdeckung, keinerlei Gefahr dar.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übri­ gen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von zwei nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen für die Verfahrens­ durchführung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Zugabe des mit dem Filterstaub beladenen Luftstroms in den Auslaufkegel flüssiger Schlacke und

Fig. 2 eine schematische Darstellung für die Einleitung des Filterstau­ bes in flüssige Schlacke, die sich in einem Schlackenbehälter befindet, die Einleitung erfolgt mittels einer Tauchlanze.

Die Filterstäube aus Entstaubungsanlagen von Stahlwerken befinden sich in einem Sammelbehälter 20, dessen Boden an seiner tiefsten Stelle eine längliche Öffnung aufweist, die sich oberhalb eines Förderbandes 22 befindet. Dieses hat kleine Vorsprünge, die nach außen weisen und aufgrund ihrer Größe nur kleinstückiges Staubmaterial in eine rechts und staubdicht an den Sammelbehälter 20 anschließende Rutsche 24 för­ dern. Von dort fällt das Material auf ein Flügelrad 26, durch das es verteilt und zugleich nach rechts beschleunigt wird. Dieses Flügelrad befindet sich in einem Luftkanal 28, in den im Sinne eines Pfeiles 30 von links eine Luftströmung eingegeben wird. Hinter dem Flügelrad 26 ist der Filterstaub in der Luftströmung dispers verteilt und wird von der Luftströmung mitgerissen, es findet eine Dickstromförderung statt.

Der Luftkanal 28 ist nach unten abgeknickt und mündet in einer Düse 32. Lotrecht oberhalb dieser Düse und des darüber befindlichen Teils des Luftkanals 28 befindet sich ein Schieberverschluß 34 einer Schlacken­ wanne 36, in der sich flüssige Schlacke (nicht dargestellt) befindet. Anstelle einer Schlackenwanne kann an dieser Stelle auch der Auslauf eines Elektroofens vorgesehen sein. Die flüssige Schlacke 38 fließt in einem Kegel nach unten und umströmt vollständig die Düse 32. Die Schlacke 38 fällt in einen Aufnahmebehälter 40, wo sie erstarren kann.

Durch die gleichgerichtete und zentrische Zufuhr der mit dem Filter­ staub beladenen Luftströmung in den Auslaufkegel der Schlacke wird erreicht, daß der Filterstaub zwangsläufig in die Schlacke eingebettet wird, jedenfalls nicht seitlich ausweichen kann. Durch die stattfinden­ de Bewegung findet eine innige Durchmischung statt, die es zugleich verhindert, daß sich die Filterstaubkörnchen zu größeren Einheiten zusammenballen können. Der statische Druck der Tragluftströmung ist an der Düse größer als der statische Druck im Schlackenkegel, so daß stets die Tragluftströmung in die Schlacke eintreten kann.

Die im Aufnahmebehälter 40 erkaltete Schlacke, in der sich der Filter­ staub fein verteilt befindet, kann später gebrochen und deponiert werden.

In einer Verbesserung wird in die Rutsche 24 ein geeignetes Salz im Sinne eines Pfeiles 42 eingegeben, durch das das spezifische Gewicht der Schlacke so erhöht wird, daß die erstarrte Schlacke weitgehend unporös ist und vom Wasser nicht mehr durchströmt, sondern weitgehend umströmt wird (Kf-Werte unterhalb 10^-8 ms).

Fig. 2 zeigt eine andere Verfahrensführung für die Einleitung des mit dem Filterstaub beladenen Luftstroms, der im Sinne eines Pfeiles 44 in die Zuführleitung einer Tauchlanze 46 eingegeben wird. In bekannter Weise hat die Tauchlanze eine feuerfeste Ummantelung 48, sie befindet sich innerhalb eines Schlackenkübels 50, seitlich von dessen Mitte und endet kurz oberhalb des Bodens des Schlackenkübels 50. Hierdurch wird im Schlackenkübel 50 eine Strömung 52 erzwungen, die zu einer Feinver­ teilung des Filterstaubes in der Schlacke 38 führt.

Die Einbringung nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 hat den Vorteil, daß die Schlacke stärker mit Filterstaub beladen werden kann, als dies bei dem nur während des Auslaufvorgangs stattfindenden Eintra­ gen im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erfolgen kann.

Alle Verfahrensführungen haben den Vorteil, daß Staubexplosionen ver­ mieden werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur umweltfreundlichen Einbindung von Staub, der wasser­ lösliche, umweltgefährdende Verbindungen enthält, aus Entstaubungs­ anlagen von Stahlwerken, bei dem der Staub mit Schlacke vermischt wird und gemeinsam mit dieser erstarrt, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub zunächst in einen Luftstrom eingebracht wird und anschließend durch ein in der flüssigen Schlacke endendes Rohr (28) dieser zugemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke so stark verdichtet wird, daß der Kf-Wert bei 10^-8 m/s oder darunter liegt, wobei der Schlacke insbesondere ein geeignetes Salz zugegeben wird, das vorzugsweise kontinuierlich in den Luftstrom eingebracht und damit in die flüssige Schlacke eingetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schlacke eine kombinierte Phosphor-Schwefel-Schlacke verwendet wird, deren Temperaturbereich vorzugsweise zwischen 1530 und 1590°C liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub möglichst trocken in den Luftstrom eingegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Staub führende Luftstrom in die auslaufende Schlacke eingeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Filterstaub beladene Luftstrom mittels einer Tauch­ lanze (46), die das Rohr (28) bildet, in die in einem Behälter (50) befindliche, flüssige Schlacke eingeblasen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub mittels eines Dosiergerätes kontrolliert in das Trä­ germedium Luft eingegeben wird.