DE69520122T2

DE69520122T2 - Verfahren zur Aufbereitung von zinkhaltigen Stäuben

Info

Publication number: DE69520122T2
Application number: DE69520122T
Authority: DE
Inventors: Johannes Geleijn Bernard; Hendrikus Koenraad A. Meijer; Cornelis Pieter Teerhuis
Original assignee: Corus Staal BV
Current assignee: Tata Steel Ijmuiden BV
Priority date: 1994-06-09
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2015-05-25
Also published as: CA2151195C; NL9400936A; CA2151195A1; ATE199265T1; ES2156187T3; US5567225A; EP0686703B1; EP0686703A1; DE69520122D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen durch eine In-Bad-Direktreduktion, bei der Zink aus einem zinkhaltigen Staub zurückgewonnen wird, insbesondere einem zinkhaltigen Staub aus der Stahlindustrie wie beispielsweise Gebläseofenstaub oder Konverterstaub.
In der Stahlindustrie werden große Mengen von zink- und eisenhaltigen Stäuben erzeugt. Es ist wünschenswert, Zink von diesen zurückzugewinnen und ebenso den Eisengehalt zu nutzen. Es wurden diesbezüglich einige Vorschläge gemacht.
Aus der EP-A-94 114 ist bekannt, daß der Staub, nachdem die gröbsten Staubpartikel des Gebläseofengases in einem sogenannten Staubfänger abgeschieden wurden, einer Naßgaswäsche unterzogen wird, wonach der Schlamm durch einen Waschzyklon in einen groben Anteil mit geringem Zinkgehalt, der in dem Gebläseofen als eisenhaltiges Rohmaterial wiederverwendet werden kann, und einen feinen Anteil mit hohem Zinkgehalt getrennt wird. Der feine Anteil weist einen zu geringen Zinkgehalt auf, um hier für eine Zinkwiedergewinnung von Interesse zu sein, und muß, abhängig von den vorherrschenden Umweltbestimmungen als Abfall entfernt oder als chemischer Abfall gelagert werden.
Die DE-A-35 36 635 beschreibt ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Eisen, Zink und anderen Metallen aus Stäuben der Stahlindustrie durch die Anreicherung des Staubes mit Sauerstoff in Abwärtsrichtung in einem sogenannten Schmelzzyklon, in dem unter Reduzierungsbedingungen ein Eisenoxid gebildet wird, das Schlacke enthält, die kein Zink aufweist. Das Zink verdampft. Das von dem Boden des Schmelzzyklons ausgelassene Gas wird mit Luft und Brennstoff für eine Nachbrennung gemischt, und aus dem sich ergebenden Gas werden durch einen Kühlvorgang Zinkoxidpartikel gewonnen. Die Eisenoxidschlacke wird in einer Kammer unterhalb des Schmelzzyklons gesammelt und von dort aus einem teilweise mit Roheisen gefüllten Stahlkonverter zugeführt, in dem sie durch den Kohlenstoff in dem Roheisen reduziert wird.
Im Zusammenhang mit der im folgenden beschriebenen, vorliegenden Erfindung sollte klar sein, daß es aus der NL 257 692 bekannt ist, Eisenerz konzentriert in einem Schmelzzyklon vorzureduzieren. Das vorreduzierte und geschmolzene Eisenerz läuft langsam die Wand des Schmelzzyklons hinunter in einen zweiten metallurgischen Behälter, in dem das vorreduzierte Eisenerz unter Zuführung von Sauerstoff und Brennstoff weiter zu Roheisen reduziert wird. Während der Reduktion in dem zweiten metallurgischen Behälter wird ein heißes, CO-haltiges Reduktionsgas erzeugt, das aus dem zweiten metallurgischen Behälter aufwärts in den Schmelzzyklon strömt. Unter Zufuhr von Sauerstoff wird dieses Reduktionsgas weiter in dem Schmelzzyklon verbrannt, wodurch das Eisenerz vorreduziert und geschmolzen wird. Zum Schluß wird das Gas aus dem oberen Ende des Schmelzzyklons als Abgas ausgelassen. Stell Times International (GB), 17. März (1993), Nr. 2, Seite 24 beschreibt ebenfalls dieses Bad-Direktreduktionsverfahren unter Verwendung eines Schmelzzyklons.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Wiedergewinnung von Zink aus zinkhaltigem Staub in einem Eisenherstellungsverfahren zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen durch eine In-Baddirektreduktion geschaffen, die in einem metallurgischen Behälter durchgeführt wird, über dem ein Schmelzzyklon vorgesehen ist, in dem eisenoxidhaltiges Material, das diesem Behälter zugeführt wird, durch einen Heißreduzierungsvorgang vorreduziert wird. Das geschmolzene Material strömt aus dem Schmelzzyklon abwärts in den Behälter. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Wiedergewinnung von Zink aus einem zink- und/oder zinkoxidhaltigem Staub (i) dieser Staub zu Kügelchen geformt wird, (ii) die Kügelchen dem Schmelzzyklon zugeführt werden, (iii) Zink aus dem Staub in dem Schmelzzyklon in das heiße Gas verdampfen kann, (iv) das zinkhaltige, heiße Gas durch eine Auslaßöffnung am oberen Ende des Schmelzzyklons ausgelassen wird und (v) zinkhaltiges Material aus dem heißen Gas, das aus dem Schmelzzyklon ausgelassen wird, ausgeschieden wird.
Überraschend wurde festgestellt, daß das aus dem Schmelzzyklon ausgelassene Gas einen hohen Zinkgehalt aufweist. Durch das Verfahren kann ein Zinkanteil erzielt werden, der, verglichen mit dem anfänglichen Staub, einen hohen Zinkgehalt aufweist.
In dem Verfahren gemäß der Erfindung wird dem Schmelzzyklon vorzugsweise eine Mischung von Eisenerz und dem zinkhaltigen Staub zugeführt. Der zinkhaltige Staub kann auch Eisenmischungen, wie beispielsweise Eisenoxid, aufweisen, und kann dem Schmelzzyklon in diesem Fall auch ohne Eisenerz zugeführt werden. Vorzugsweise ist der zinkhaltige Staub ein Staub, der in der Stahlindustrie erzielt wird, wie beispielsweise Blasofenstaub oder Konverterstaub.
Der Zinkstaub kann sehr fein sein. Beispielsweise ist sekundärer Konverterstaub kleiner als 50 um und 80% von diesem kleiner als 20 um. Durch die Umformung von diesem in Mikrokügelchen, vorzugsweise mit einer Größe, die im wesentlichen weniger als 3 mm ist, bevor er dem Schmelzzyklon zugegeben wird, kann das Material gut in dem Schmelzzyklon verarbeitet werden, wodurch verhindert wird, daß viel Staub zusammen mit dem heißen Gas, das aus dem Schmelzzyklon ausströmt, mitgerissen wird.
Vorzugsweise werden die Mikrokügelchen dem Schmelzzyklon im Grünzustand zugegeben, d. h. unverbrannt. Dies hat den Vorteil, daß der Verbrennungsschritt der Mikrokügelchen ausgelassen werden kann.
Das zinkhaltige Material wird vorzugsweise in wenigstens zwei Schritten aus dem heißen Gas ausgeschieden. Vorzugsweise können wenigstens ein grober Anteil mit einem relativ geringen Zinkgehalt und ein feiner Anteil mit einem relativ hohen Zinkgehalt erzielt werden, und der feine Anteil des Staubes kann aus dem Gas unter Verwendung eines Gasreinigers, eines Elektrofilters oder eines Beutelfilters von dem Gas getrennt werden. Dadurch wird das Zink weiter in dem feinen Anteil konzentriert, wodurch ein feiner Anteil mit einem besonders hohen Zinkgehalt erzeugt wird. Das heiße Gas kann gekühlt werden, um die Ablagerung des zinkhaltigen Materials hervorzurufen.
Die Erfindung wird im folgenden mit Hilfe eines nicht begrenzenden Beispieles unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen
zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung zur Herstellung von Roheisen unter Verwendung eines Schmelzzyklons, in dem das Verfahren gemäß der Erfindung angewendet wird;
zeigt Fig. 2 eine experimentelle Vorrichtung mit einem Schmelzzyklon, in dem die Versuchsverarbeitung des zinkhaltigen Staubes mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
In dem in Fig. 1 dargestellten Schmelzzyklon 1 wird Staub, der Zink sowie Eisenmischungen enthält, durch das Zuführelement 2 zugeführt. Die Eisenmischungen in dem Staub werden in dem Schmelzzyklon 1 vorreduziert und laufen die Wand 3 des Schmelzzyklons 1 hinunter in den unterhalb angeordneten metallurgischen Behälter 4. Durch die Zufuhr von Sauerstoff durch eine Lanze 5 und Brennstoff, wie beispielsweise Kohle, durch eine Öffnung 6 werden die Eisenmischungen in diesem metallurgischen Behälter weiter zu Roheisen reduziert, das zusammen mit der gebildeten Schlacke durch die Öffnung 7 ausgeschüttet wird. Während der In-Bad-Reduzierung der Eisenmischungen in dem metallurgischen Behälter 4 wird ein heißes, CO- (und H&sub2;-)haltiges Gas erzeugt, das aufwärts in den Schmelzzyklon 1 strömt, in dem es, durch die Öffnung(en) 8 zur Erzeugung der zyklonischen Rotation mit Sauerstoff angereichert, zur Verbrennung kommt, so daß das Zink aus dem zinkhaltigen Staub verdampft. Das heiße Gas wird dann durch eine Öffnung 9 am oberen Ende des Schmelzzyklons ausgelassen. Der Staub wird mit dem heißen Gas mitgerissen. Dieser Staub wird von dem Gas (durch Mittel, die im folgenden beschrieben werden und nicht in Fig. 1 gezeigt sind) als ein Material, das Zink in einer höheren Konzentration als der zugegebene Staub enthält, getrennt.
Weiterhin nicht gezeigt sind Mittel zum Bilden von Kügelchen, um den zugegebenen Staub vor dem Eintritt in den Schmelzzyklon 1 zu Kügelchen zu formen.
Fig. 1 zeigt weiterhin die Möglichkeit, die Schmelze am Boden des metallurgischen Behälters 4 durch Erzeugung von Blasenbildung unter Verwendung eines Inertgases, wie beispielsweise Argon, das durch Öffnungen 10 in den Bodenbereich des metallurgischen Behälters eingeleitet wird, zu rühren (zu bewegen).
Die Temperatur bei der Vorreduktion in dem Schmelzzyklon kann 1500ºC oder mehr betragen.
Die Versuchsvorrichtung in Fig. 2 umfaßt unter anderem einen Schmelzzyklon 1, eine Verbrennungskammer 11 und einen Sammelbehälter 12 für die reduzierten Eisenmischungen 21. Die Versuchsvorrichtung umfaßt keinen metallurgischen Behälter entsprechend des Behälters 4 der Fig. 1. In der Verbrennungskammer 11 erzeugen das durch Öffnungen 13 zugeführte natürliche Brenngas und der Sauerstoff ein Reduktionsgas mit einer Temperatur und einer Zusammensetzung, die mit dem in der In-Bad-Direktreduktion in dem metallurgischen Behälter 4 der Fig. 1 erzeugten Gas vergleichbar sind. Zinkhaltiger Staub, wie im folgenden genauer beschrieben wird, wird zusammen mit Sauerstoff durch Öffnungen 2 und 8 in den Schmelzzyklon eingeleitet. Mit Staub gesättigtes Abgas wird gemäß des Pfeiles 14 abgelassen. Wasser, das bei 15 zugeführt wird, kühlt das Abgas auf 600ºC. Das Kühlwasser scheidet das grobe Material durch den Auslaß 23 ab. Mittelfeiner Staub wird durch den Auslaß 24 mit einem Zyklon 16 abgeschieden. Feiner Staub wird durch den Auslaß 25 mit Hilfe einer Wasserzuführvorrichtung 18 zum (beim) Lufttrichtergaswascher 17 abgeschieden. Abschließend wird das gereinigte Abgas bei 19 abgelassen. Es kann dem Schmelzzyklon durch den Auslaß 22 eine Probe des tropfenden, vorreduzierten Eisengemisches entnommen werden.
Es wurden Versuche mit Blasofenstaub und Konverterstaub durchgeführt, deren Zusammensetzungen in Tabelle l dargestellt sind. Tabelle 1
Tabelle 1 umfaßt nicht weitere Elemente, die in geringen Mengen vorhanden sind, und auch kein Wasser in Form von gelöstem Wasser oder Wasser in kristallisierter Form. Das Wasser wird vor der Verarbeitung in dem Schmelzzyklon durch eine Ofenbehandlung entfernt.
Der Blasofenstaub umfaßt den feinen Anteil des Staubes aus einem Blasofengasreiniger, der in einem Filtervorgang gesammelt wird. Der Filterkuchen wurde aufgebrochen, getrocknet und auf eine Größe von 3,150 um gesiebt.
Der Konverterstaub umfaßt Staub aus dem sekundären Staubentfernungssystem, der in einem elektrostatischen Filter gesammelt wurde. Der Staub ist sehr fein, kleiner als 50 um. Für zwei Versuche wurde der Konverterstaub zuerst in Mikrokügelchen umgewandelt.
Tabelle 2 zeigt die Korngrößenverteilung. Tabelle 2
Der Blasofenstaub und der Konverterstaub wurden mit Eisenerzkonzentrat gemischt, wie es in Tabelle 3 gezeigt ist. Bei dem Konzentrat handelte es sich um Carol Lake Konzentrat mit einem Eisengehalt von 66 Gew.-% (Gewichtsprozent) und einer Partikelgröße von 50 bis 500 um. Tabelle 3
Mit diesen Mischungen wurden in der Versuchsvorrichtung der Fig. 2 Versuche durchgeführt, um die Zinkwiedergewinnung mit dem Verfahren der Erfindung zu simulieren. Von den vorreduzierten Eisenmischungen wurden bei 21, von dem tropfenden Material bei 22, von dem groben Staub bei 23, von dem mittelfeinen Staub bei 24 und von dem feinen Staub bei 25 Proben entnommen, und es wurde der Zinkgehalt dieser Proben bestimmt. Es wurden bei 23, 24 und 25 Anteile entsprechend der Größenordnung von 1, 1 und 4 %wt. (Gewichtsprozent) der Mischungsmenge zugeführt. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse. Das Zink wird im wesentlichen in Form von ZnO wiedergewonnen: Tabelle 4
In Tabelle 4 beschreibt die Zink-Entfernungseffizienz der vierten Spalte das Verhältnis des Zinks, das in dem heißen Gas aus dem Schmelzzyklon entweicht, zur Zinkzugabe.
Tabelle 4 zeigt, daß sich das Zink der zugegebenen Mischung hauptsächlich in dem feinen Staub 25 sammelt. Der Zinkgehalt in dem feinen Staub ist 20 bis 35-mal höher als derjenige, der in der zugegebenen Mischung bereitgestellt wird. Somit gibt es eine nützliche Konzentrationswirkung, und die vierte Spalte der Tabelle 4 zeigt, daß der Großteil der zugeführten Zinks zurückgewonnen wird.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen durch eine In-Bad-Direktreduktion, die in einem metallurgischen Behälter (4) durchgeführt wird, oberhalb von dem ein Schmelzzyklon (1) vorgesehen ist, in dem eisenoxidhaltiges Material, das diesem zugeführt wird, durch heißes Reduzierungsgas aus einem Behälter (4) vorreduziert wird, wobei geschmolzenes Material abwärts von dem Schmelzzyklon (1) in den Behälter (4) strömt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zinkwiedergewinnung aus einem Staub, der Zink und/oder Zinkoxid enthält, (i) der Staub zu Kügelchen geformt wird, (ii) die Kügelchen dem Schmelzzyklon zugeführt werden, (iii) Zink in dem Schmelzzyklon aus dem Staub in das heiße Gas verdampfen kann, (iv) das heiße, zinkhaltige Gas durch eine Öffnung (9) am oberen Ende des Schmelzzyklons ausgelassen wird und (v) das zinkhaltige Material aus dem heißen Gas, das aus dem Schmelzzyklon ausgelassen wird, ausgeschieden wird.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Staub weiterhin Eisenoxid enthält und dem Schmelzzyklon (1) ohne Eisenerz zugeführt wird.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1, worin dem Schmelzzyklon (1) Eisenerz und die Kügelchen zugeführt werden.

4. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Staub eine eisenoxidhaltiger Staub ist, der in der Stahlindustrie erzeugt wird.

5. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Kügelchen eine Größe von weniger als 3 mm aufweisen.

6. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Kügelchen dem Schmelzzyklon (1) im Grünzustand zugeführt werden.

7. Ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das heiße Gas, das aus dem Schmelzzyklon (1) ausgelassen wird, gekühlt wird, so daß sich das zinkhaltige Material aus diesem ablagert.

8. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das zinkhaltige Material von dem heißen Gas, das aus dem Schmelzzyklon (1) ausgelassen wird, in wenigstens zwei Schritten getrennt wird, um entsprechend einen ersten Anteil von Partikeln mit einem relativ geringen Zinkgehalt und einen zweiten Anteil von Partikeln, die feiner als diejenigen des ersten Anteils sind, mit einem höheren Zinkgehalt als derjenige des ersten Anteils zu erhalten.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, worin der zweite Anteil durch einen Gasreiniger (17), einen Elektrofilter oder einen Beutelfilter von dem heißen Gas getrennt wird.