LU87890A1 - Verfahren und vorrichtung zum gewinnen von metallen aus industrie-reststoffen - Google Patents

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM GEWINNEN VON METALLEN AUS

INDUSTRIE-RESTSTOFFEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Metallen aus Reststoffen, insbesondere ein Verfahren zum Extrahieren von Zink und/oder Blei aus Industrie-reststoffen, und eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Bei den bekannten Verfahren zur pyrometallurgischen Behandlung von Reststoffen zwecks Gewinnung von Metallen aus Reststoffen mussen diese Ausgangstoffe stets im trockenen Zustand vorliegen. Deshalb sind diese bekannten Verfahren nur mit einem erheblichen Kostenaufwand für die Behandlung von Hüttenschlämmen, insbesondere Eisen-hüttenschlämme, einsetzbar, da diese Schlamme bekanntlich, wegen ihrer thixotropen Konsistenz, sich nur schwer trocknen lassen.

Gemäss einer dieser bekannten Art von Extraktions-verfahren werden die zu behandelnden Reststoffe in Form von feinkörnigen Stäuben mit einem gasförmigen Energieträger zu einer Suspension vermischt. Bei einer anderen Art von Extraktionsverfahren werden die zu behandelnden Reststoffe zu Briketts oder Pellets geformt, bevor die eigentliche pyrometallurgische Behandlung vorgenommen wird.

Alle diese zum Stand der Technik gehörenden hüttentechnischen Verfahren zur pyrometallurgischen Behandlung von Reststoffen weisen den gemeinsamen Nachteil auf, dass zur Gewinnung des oder der Metalle mehrere Verfahrensschritte erforderlich sind, was notgedrungender-weise zu hohen Apparate- und Energiekosten führt. So mussen beispielsweise die zu behandelnden Einsatzstoffe, vor deren Eintragung in die pyrometallurgische Anlage, im vollkommen getrockneten Zustand vorliegen. Bei der zuletzt erwähnten bekannten Verfahrensart kommt noch hinzu, dass der pyrometallurgischen Einrichtung eine Brikettier- bzw Pelletieranlage vorgeschaltet sein muss. Die Brikettierung bzw. Pelletierung der Einsatzstoffe bedingt, desweiteren den Einsatz von Bindemittel, die wiederum nachher in den Abgasen nach der pyrometallurgischen Behandlung vorhanden sind.

Desweiteren weisen alle diese bekannten hütten-technischen Verfahren zur pyrometallurgischen Behandlung von Reststoffen den Nachteil auf, dass die Feststoffe in allen Fallen während dem Ablauf des Vefahrens einer Bewegung unterworfen werden. Dies gilt ebenfalls für die mit Briketts und Pellets arbeitenden Verfahren. Hierbei kommt es zu Staubbildungen (bei den Briketts und Pellets durch Abrieb) und die so entstandenden Stäube verursachen einerseits eine Verunreinigung des extrahierten Gutes und andererseits werden sie mit den Abgasen mitgerissen. All dies bedingt eine Nachreinigung des extrahierten Gutes bzw. des zu gewinnenden Metalls, sowie aufwendige Abgasreinigungsanlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Durchführung metallurgischer Prozesse zum Gewinnen von Metallen aus Reststoffen zu schaffen, das einerseits energiesparend und andererseits umweltfreundlich bezüglich der bei der Behandlung auftretenden Abgase ist. Das erfindungsgemässe Verfahren soil ebenfalls im Stande sein, Hüttenschlämme, insbesondere Eisenhüttenschlamme ohne zusätzlichen grossen Aufwand zu behandeln. Weiter besteht die Aufgabenstellung darin, neben den aus den Einsatzstoffen extrahierten Metallen ebenfalls ein Restprodukt zu erzeugen, das unmittelbar wieder einem Verhüttungsprozess zugeführt werden kann; dies soil insbesondere der Fall bei der Behandlung von Eisen-hüttenschlämmen sein.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelost, dass aus den vorhandenen Reststoffen in Vermischung mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel Pellets hergestellt werden, die einen üeberschuss an diesem Reduktionsmitel mit Bezug auf das in den Reststoffen vorhandene und zu extrahierende Metall bzw. Metalle beinhalten und einen Restfeuchtigkeitsgrad von bis zu 20 % aufweisen, dass die genannten Pellets einer Temperatur von mindestens der Grössenordnung ausgesetzt werden, welche die Reduktion des bzw. der zu extrahierenden Metalle bewirkt, wobei diese in Form von Metalldämpfen aus der Pellets entweichen und dass die so entstandenen Metalldämpfe einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt werden, in der das bzw. die in den Dämpfen vorhandenen Metalle oxydiert werden und sich als Oxydationsprodukte in Form von Kristallen absetzen.

Entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren werden die nassen Hüttenschlämme nur teilweise entwässert bzw. entfeuchtet. Dagegen werden staubförmige Einsatzstoffe befeuchtet, was ihre Handhabung wesentlich erleichtert. Es ist ebenfalls möglich Pellets herzustellen, die sich aus einem Gemisch aus staubförmigen Einsatzstoffen aus ggf. teilweise entwässerten Hüttenschlämmen und einem geeigneten Reduktionsmittel zusammensetzen. Während der thermischen Behandlung werden die Pellets in gegenseitiger Ruhestellung belassen, urn jedwede Staubentwicklung zu vermeiden, und moglichst rasch auf eine Temperatur von 1000 bis 1200 °C erhitzt. Die Wärmezufuhr geschieht dabei moglichst auf indirekte Weise urn Konvektionsströmungen im Behandlungsraum zu vermeiden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäss durch eine Anlage gekennzeichnet, die eine in ringförmige Abteile unterteilte, urn eine Achse drehbare Platte aufweist, auf die die zu behandelnden Pellets abgelegt werden und vorzugsweise kontinuierlich in einen mit Hitzestrahlern ausgestatteten Behandlungsraum eingeführt und anschliessend herausgeführt werden, wobei die Abteile der drehbaren Platte mit konzentrisch zur Drehachse verlaufenden Graten aus feuerfestem Material versehen sind, an denen die Kristalie des bzw. der Oxydationsprodukte sich absetzen bzw. bilden können.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der einzelnen Massnahmen dieser Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen :

Figur 1 : einen Teilschnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung

Figur 2 : eine Draufsicht auf die erfindungsgemässe Vorrichtung, und

Figur 3 : einen Schnitt durch einen Teil der mit Abteilen versehenen Platte zur Aufnahme der zu behandelnden Pellets.

In der in den Figuren gezeigten Vorrichtung ist die Anlage zur Herstellung der, für die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens benötigten Pellets bzw. Briketts der Einsatzstoffe nicht dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine herkömmliche Anlage bekannter Bauart. Die in dieser Anlage hergestellten Pellets werden nach Zwischenlagerung entweder von Hand Oder aber mechanisch der in. den Figuren dargestellten erfindungsgemässen Vorrichtung zugeführt.

Diese begreift eine zentrale Tragsäule 1 an der über eine Anzahl von radial verlaufenden Trägerarmen 2 eine aus feuerfestem Material bestehende ringförmige Platte 20 angeordnet ist. Die Tragsäule 1 ist über nicht gezeigte Mittel drehbar in einem Fundament fest verankert und kann über einen, ebenfalls nicht gezeigten Antrieb bekannter Bauart, in eine Drehbewegung versetzt werden. Durch die Drehbewegung der Tragsäule 1 um deren Achse a-a' wird die Platte 20 ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt.

Wie insbesonders aus der Figur 3 hervorgeht ist der obéré Teil der ringförmigen Platte 20 durch Grate 21 in eine Mehrzahl (siehe Figur 2) konzentrische Abteile 22 zur Aufnahme der zu behandelnden Pellets 6 unterteilt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung begreift desweiteren einen feststehenden Reaktor 3, der ebenfalls ringförmig ausgebildet ist und die Drehplatte 20 segmentförmig umschliesst, wobei sich das Reaktorsegment über einen Winkel von mindestens 300° über die Drehplatte 20 erstreckt. Der Reaktor 3 begreift ein an Trägern 4 aufgehängtes Stahlgehäuse 10, dessen Innenwand mit einer feuerfesten Auskleidung 8 versehen ist. Ein oder mehrere Gas-Abzugsrohre 5 durchdringen die Reaktorwand bis zum Ofeninnern. Zur Aufheizung der Pellets dienen an der Reaktorinnenwand angebrachte, in der Figur 1 schematisch dargestellte, elektrische Strahler 30, die über den wesentlichen Teil des Reaktorsegmentes angeordnet sind und dafür sorgen, dass die zu behandelnden Pellets 6 (Figur 3) während ihrer Durchwanderung des Reaktors 3 auf eine Temperatur von 1000 bis 1200 °C aufgeheizt werden.

Wie aus der Figur 1 ersichtlich sind die Innenabmessungen des Reaktors 3 so gewählt, dass nur wenige Zentimeter die Oberkante der Grate 21 von den Strahlern 30 trennen. Hierdurch werden die Energieverluste auf ein Minimum beschränkt.

Die Bestückung der Drehplatte 20 mit Pellets geschieht an dem freiliegenden Teil (siehe Figur 2), dasgleiche gilt für die Entnahme der behandelten Pellets. In beiden Fallen können geeignete mechanische, vorzugsweise robotisierte Geräte bekannter Bauart eingesetzt werden.

Die Figur 3 zeigt, wie die Pellets 6 in den einzelnen nach oben geöffneten Abteilungen oder Kompartimenten 22 der Drehplatte 20 angeordnet sind.

Die Pellets 6, deren Durchmesser in dem beschriebenen Beispiel zwischen 6 und 28 mm liegt, werden bis zu einer gewissen Höhe zwischen je zwei angrenzenden Graten 21 aufgestapelt, wobei der Stapel die Halfte der Gesamthöhe der Graten 21 nicht überschreiten soil. Die Grate 21 weisen gemäss einer zweckmässigen Ausbildungsform einen Abstand von 2 bis 5 cm untereinander auf und haben eine Höhe, die zwischen 5 und 10 cm liegt. Die Platte 20 und die Gratwände 21 bestehen aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus Porzellan. Der derart gestaltete Raum 22 kann nach Belieben ebenfalls radial verlaufende Abgrenzungen haben.

Gemäss einer weiteren Ausbildungsform kann die Platte 20 zweiteilig ausgebildet sein und aus einem an den Armen 2 befestigten Traggerüst bestehen, auf dem keramische nach oben geöffnete Gefässe oder Tiegel angeordnet sind, die ähnlich wie die Räume 22 ausgebildet sind.

Nach dem Einfüllen der Pellets 6 in den Raum bzw. die Räume 22 verharren diese stationär d.h. ohne gegenseitige Bewegung, in diesem geometrisch abgegrenzten Raum, während des gesamten Behandlungsprozesses im Reaktor 3. Durch die Drehung der Platte, beispielsweise im Uhrzeigersinn, treten die Pellets 6 (ohne Eigenbewegung) über eine geeignete, in der Zeichnung nicht dargestellte Einschleusvorrichtung in den Reaktor ein, wo sie sehr schnell auf die erwähnte Temperatur aufgeheizt werden, Durch die thermische Einwirkung wird das als Reststoff vorhandene Metalloxyd durch den in den Pellets eingebundenen Kohlenstoff zu Metall reduziert, das aus den Pellets heraus verdampft und in den oberen Teil der Räume 22 eintritt. ünmittelbar nach dem Verdampfen wird das austretende Metall wieder oxydiert und bildet Oxydkristalie, die sich in Form von Nadein 60 an den Gratwänden 21, insbesonders an deren oberen Randnähe niederschlagen.

Das während diesem Prozessablauf entstehende Gas besteht hauptanteilig aus Wasserdampf, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd. Es kann über den bzw. die Abgasrohre 5 entweichen, da es ausser einer eventuellen C0-Nachverbrennung keiner weiteren Reinigung bedarf, weil der Staubanteil praktisch null ist.

Die Drehgeschwindigkeit der Platte 20 wird so gewählt, dass die Verweilzeit der Pellets 6 im Reaktor 3 genügend lang ist, um eine möglichst vollkommene Reduktion der in den Pellets 6 vorhandenen Metalloxyde zu erzielen. In einer praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Prozesses wurde die Drehgeschwindigkeit der Platte 20 so gewählt, dass diese eine vollkommene Drehung von 360° in einer Zeit von 45 Minuten vollführte.

Wie insbesonders aus der Figur 3 hervorgeht sind nach der Behandlung im Reaktor die Pellets 6 von den Kristallen 60 räumlich mit Abstand voneinander getrennt, so dass nach Austritt aus dem Reaktor sich die Kristalle mittels geeigneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Vorrichtungen von den Gratwanden 21 ablösen bzw. abstreifen und einsammeln lassen, bevor die behandelten Pellets entfernt werden. Wegen des verhältnismässig hohen Eisengehalts bei Pellets aus Eisenhüttenschlamm kann hier die Entfernung der Pellets im Anschluss an eine ausreichende Kühlung mittels Magnetkraft geschehen. Diese letztgenannten Pellets können anschliessend dem Verhüttungsprozess wieder zugeführt werden.

Statt dem Niederschlag der während des Prozesses gebildeten Metalloxydkristalle an den Gratwanden 21, ist es denkbar über die Pellets 6 eine Matte aus keramischer Wolle zu legen, an der die Kristalle sich absetzen und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt aus der Wolle "ausgewaschen" werden.

Die Prozessvorgänge, welche sich im Reaktor 3 abwickeln, sind komplexer Natur und lassen sich wie folgt erklären :

Zuerst kommt es durch die schnell einsetzende Hitzeeinwirkung zu einer schnellen Trocknung, d.h. zu einem raschen Austritt von Wasserdampf aus den Pellets. Dieser bewirkt, dass die Pellets poros werden, was den Austritt des durch Reduktion vermittels Kohlenstoff gebildeten, dampfförmigen Metalls, beispielsweise Zinks, aus den Pellets begunstigt. Es wurde festgestellt, dass unter diesen chemischen sowie räumlichen Bedingungen eine Kristallisation des Metalls bzw. Zinks als Metalloxyd bzw. Zinkoxyd an den Tiegelrändern stattfindet. Die einzelnen

Reaktionen spielen sich mit grosser Wahrscheinlichkeit wie folgt ab : 1 . Das in den Pellets enthaltene Wasser verdampft und erhöht den Porositätsgrad der Pellets; 2. Der in den Pellets enthaltene Kohlenstoff reduziert das Metall, beispielsweise Zinkoxyd, zu Metall bzw. zu metallischem Zink, welches verdampft. Hierbei entstehen CO sowie CO2; 3. Der Metall- bzw. Zinkdampf wird unmittelbar nach seiner Entstehung durch Sauerstoff (aus der Ofenatmosphäre, bestehend aus Luft, und/oder aus Wasserdampf, und/oder aus dem CO2) oxydiert; am Tiegelrand wachsen Metall- bzw. Zinkoxydkristalie. BEISPIEL :

Es wurde ein Gemisch hergestellt aus 45 Gew. % Staub aus dem Elektrofilter eines Stahlkonverters, 45 Gew. % Schlamm aus der Nassreinigungsanlage eines Stahlkonverters (abgelagerter Schlamm mit ca. 20 % Feuchtigkeit) sowie 10 Gew. % Kokstaub.

Das Gemisch wurde pelletiert; der Pelletdurchmesser betrug 8-12 mm.

Die Pellets wurden, ohne vorheriges Trocknen, während 40 Minuten im Reaktor einer Temperatur von 1150-1200°C ausgesetzt; nach der Behandlung waren an den Wanden des Behandlungsraums und zwar bevorzugt an den Rändern, Kristalie entstanden, die sich abkratzen liessen. Die behandelten Pellets liessen sich ebenfalls problemlos aus dem Behandlungsraum entfernen.

CHEMISCHE ANALYSE % Fe tot. % Fe met. % C total % Zn % Pb

Pellets vor

Behandlung 36.08 1.40 14.80 9.16 1.56

Dpi *) pf c Ή Λ Γ"Ή

Behandlung 59.81 46.50 4.35 0.10 0.03

Kristalle (Randnähe) 1.6 - - 76.3 0.01

Kristalle (Wande) 0.1 - - 78.3 0.12

Kristalle (Bodennähe) 1.3 - - 68.0 0.65 Sämtliche Arten der Kristalle lagen klar getrennt von den behandelten Pellets vor.

Obwohl sich die Kristalle generell an der Wand ansetzen, könnten theoretisch nach der thermischen Behandlung etliche Kristallverbände den Pellets anhaften. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die behandelten und abgekühlten Pellets sich problemlos mit Flüssigkeit waschen lassen, wobei die Kristalle abgelöst würden. Beim Waschvorgang sowie übrigens auch beim mechanischen Ablösen der behandelten Pellets kann ohne weiteres Kraft angewandt werden; in der Tat bleiben die Pellets im Verlauf der Behandlung nicht nur stabil, sondern gewinnen sogar an Festigkeit.

Der hohe Anteil an metallischem Eisen in den behandelten Pellets legt deren Einsatz im Stahlkonverter nahe. Die Kristalle können, infolge ihres hohen Zinkanteils unmittelbar einem Elektrolyse-Prozess zugeführt werden.

Claims (11)

PATENTAN S P RUECHE

1. Verfahren zur Gewinnung von Metallen aus Reststoffen, insbesondere aus Industrie-Reststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass unter Beimischung eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels aus den Reststoffen Pellets hergestellt werden, die einen Ueberschuss an Reduktionsmittel mit Bezug auf das bzw. die in den Reststoffen vorhandenen, zu extrahierenden Metalle beinhalten und einen Restfeuchtigkeitsgrad von bis zu 20 % aufweisen, dass die so gebildeten Pellets einer Temperatur von mindestens der Grössenordnung ausgesetzt werden, welche die Reduktion des bzw. der zu extrahierenden Metalle bewirkt, wobei diese in Form von Metalldämpfen aus den Pellets entweichen und dass die so entstandenen Metalldämpfe einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt werden, in der das bzw. die in den Dämpfen vorhandenen Metallen oxydiert werden und sich als Oxydationsprodukte in Form von Kristallen absetzen.

2. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzungstemperatur der Pellets zwischen 1000 °C und 1200 °C liegt.

3. Verfahren nach Anspruch (1) Oder (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhr zur Erhitzung der Pellets auf indirekte Weise geschieht, um Konvektionsströmungen zu vermeiden.

4. Vefahren nach einem der Ansprüche (1) bis (3), dadurch gekennzeichnet, dass die oxydierende Atmosphäre, der die Metalldämpfe ausgesetzt werden, sich aus Wasserdampf, CO2 und in der Luft enthaltendem Sauerstoff zusammensetzt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche (1) bis (4), dadurch gekennzeichnet, dass bei der Behandlung von nassen Hüttenschlämmen diese nur teilweise entwässert werden, wobei ein Restfeuchtigkeitsgrad von bis zu 20 % in den Pellets vorhanden bleibt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Anspriiche (1) bis (6), gekennzeichnet durch eine um eine Achse drehbare ringförmige Platte (20), zur Aufnahme der zu behandelnden Pellets (6), einen die Drehplatte (20) teilweise umschliessenden, mit Heizvorrichtungen (8) ausgestatteten Behandlungsraum (3) und Antriebsvorrichtungen zur Drehung der Platte (20).

7. Vorrichtung nach Anspruch (6), dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare ringförmige Platte (20) iiber Tragarme (2) an einer drehbaren, fest verankerten Tragsäule (1) abgestützt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch (6) Oder (7), dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Platte (20) durch Grate (21) in eine Mehrzahl konzentrischer Abteile (22) unterteilt ist, die zur Aufnahme der Pellets (6) dienen.

9. Vorrichtung nach Anspruch (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Grate (21) aus einem keramischen Material ausgebildet sind, die Gratwände in einem Abstand von 2 bis 5 cm untereinander liegen und deren Höhe zwischen 5 und 10 cm beträgt.

10. Vorrichtung nach einem der Anspriiche (6) bis (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsraum (3) als, mit einer feuerfesten Auskleidung (8) versehenem Reaktor ausgebildet ist, der die Drehplatte (20) segmentförmig iiber einem Winkel von mindestens 300° umschliesst.

11. Vorrichtung, nach Anspruch (10), dadurch gekennzeichnet, dass an der Reaktorinnenwand elektrische Strahler (30) zur Aufheizung der Pellets (6) angeordnet sind.