DE1508054A1

DE1508054A1 - Verfahren zum Gewinnen von Eisen und Zink aus Abfallmaterialien

Info

Publication number: DE1508054A1
Application number: DE19661508054
Authority: DE
Inventors: Ban Thomas Eugene
Original assignee: Mcdowell Wellman Engineering Co
Current assignee: Mcdowell Wellman Engineering Co
Priority date: 1966-07-18
Filing date: 1966-07-18
Publication date: 1969-10-02

Description

McDowell-Wellman Engineering Co., 113 St. Clair Avenue, N.E., Cleveland, Ohio / U.S.A.

Verfahren zum Gewinnen von Eisen und Zink aus Atfallmat erialien

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gewinnen von Eisen und Zink aus Abfallmaterialien, die im allge- ^ meinen bei der Stahlherstellung anfallen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, mit dem Zink und Eisen getrennt voneinander aus den genannten Abfallmaterialien gewonnen werden können.

Bei der Eisen- und Stahlherstellung wird Rauchgas entwickelt, welches eine Quelle für unangenehme und mühsam zu beherrschende Luftverschmutzungsprobleme ist. Es ist deshalb üblich, Vorrichtungen oder Geräte zum Ver- A

ringern der Rauchabgase bei der Eisen- und Stahlherstellung zu betreiben, so daß die atmosphärische Verschmutzung auf einem Minimum gehalten wird und dabei außerdem wertvolle Materialien rückgewonnen werden können, welche andernfalls in der Atmosphäre verlorgen gingen.

Es ist bekannt, daß gewöhnlich bei der Stahlherstellung der Charge eine bestimmte Menge Schrott

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zugegeben wird. Da ein Teil des Schrotts aus galvanisiertem Metall besteht, enthält das aus den Vorrichtungen zum Vermindern der Rauchabgase gewonnene Material gewöhnlich sowohl etwas Zink als auch Eisenoxyd. Dies ist wegen der gegenüber Eisen relativ geringen Verdampfungstemperatur von Zink der Fall.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Gewinnen sowohl von brauchbarem Eisen als auch von brauchbarem Zink aus Abfallmaterialien, welche in bei der Stahlherstellung verwendeten Rauchgasreinigungsanlagen anfallen, zu schaffen.

Kurz gesagt, umfaßt das Verfahren der vorliegenden Erfindung folgende Schritte:

1. Zunächst wird ein Gemisch aus Kohle, Kalkstein und dem bei der Stahlherstellung anfallenden Abfallmaterial hergestellt, woraufhin

2. dieses Gemisch in Pellete oder kleine Kügelchen geformt wird, woraufhin

3. diese Pellete in Wanderrost-Sintermaschinen gesintert werden und woraufhin schließlich

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4. die gesinterten Pellets einem bekannten elektrischen Lichtbogenofen zugeführt werden, in dem Zink verdampft und als hochgestiegenes Gas abgezogen und Eisen und Schlacke in bekannter Weise in flüssigem Zustand aus dem Ofen entfernt und voneinander getrennt werden.

In der Zeichnung ist ein schematisches Diagramm über ^j den Verfahrensablauf eines bevorzugten Ausführungsbeispieles des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt, und die Erfindung wird nachstehend an Hand dieses Diagrammes beschrieben.

Pein zerkleinerte (beispielsweise mit einer Partikelgröße im Bereich von etwa 3,2 bi3 etwa 0,15 mm) Kohle und Kalkstein werden mit fein zerkleinertem Abfallmaterial, welches von einer Vorrichtung zum Reinigen bzw. Verringern der Rauchabgase wie beispielsweise einem nicht gezeigten elektrostatischen Ausfällapparat gewonnen wird, vermischt. Die grob gemischten Materialien werden dann in einen bekannten Mischzerkleinerer wie eine Kugelmühle eingegeben, wo sie innig miteinander vermischt werden. Der Ausstoß der Mühle wird in gesteuerter Menge in das obere Ende einer bekannten, an ihrem oberen Ende offenen und leicht aus der vertikalen zu dem offenen Ende

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geneigten Pelletierpfanne eingegeben. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um diese Pfanne mit einer verhältnismäßig hohen Umfangsgeschwindigkeit zu drehen. Dann wird eine bestimmte Menge Wasser in die Pfanne durch deren offenes Ende eingespritzt. Beim Drehen der Pfanne agglomeriert das Material zu kleinen Kügelchen oder Pellets, welche ständig über das Material rollen, das aus dem Mischer zugegeben wird, wodurch die Kügelchen fortlaufend größer werden. Wenn die Kügelchen oder Pellets eine genügende Größe erlangt haben, rollen sie von selbst aus dem offenen Ende der Pfanne heraus. Diese sogenannten "frischen Pellets" werden gesammelt und einer bekannten Wanderrost-Sintermaschine zugeführt.

Wanderrost-Sintermaschinen werden auf dem Gebiet der Metallurgie vielfach verwendet, und ihre Arbeitsweise ist allgemein bekannt. Allgemein gesprochen enthalten derartige Maschinen eine kontinuierliche Reihe von Platten in Form eines aus einer Vielzahl von Rostteilen hergestellten Bandes. Dieses Band ist angetrieben und läuft kontinuierlich durch eine geschlossene Kammer hindurch, welche mit Gasabsaugeinrichtungen wie einem Sauggebläse versehen ist, um ein Hindurchströmen von Gas durch die geschlossene Kammer sicherzustellen. Gewöhnlich sind Einrichtungen vorgesehen, um den Rostteilen beim Hindurchtritt durch die Kammer Hitze zuzuführen.

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Im Betrieb wird die der Sintermaschine zugegebene Charge oder Beschickung gleichmäßig auf dem Rost in der gewünschten Schichtdicke verteilt. Die aus der Maschine austretenden Pellets fallen vom Rost an dessen Umkehrstelle, von der aus der Rost zum Eingangsende der Maschine zurückwandert, herab.

In der Sintermaschine werden die frischen Pellets

getrocknet, und es wird eine teilweise Verbrennung ^j

der in den Pellets befindlichen Kohle eingeleitet. Dies führt zu einer teilweisen Verkohlung der Kohle, wodurch das in den Pellets enthaltene Eisenoxyd teilweise reduziert wird. Während dieses Vorganges wird der Kalkstein kalziniert, und die Pellets werden durch Verbrennung der Kohle gebrannt und erhalten damit in sich eine feste Bindung. Die Pellets enthalten dann eine Menge Kalk, welcher als Fluxmaterial dient, und sie können ohne weitere Behändlung direkt in einen elektrischen Lichtbogenofen ein gegeben werden· In diesem Ofen wird das in den Pellets enthaltene Eisenoxyd mittels der Pluxwirkung dee Kalkes und der reduzierenden Wirkung der Kohle in Eisen umgewandelt. Die Schlacke und der Stahl bzw. das Eisen werden dann in bekannter Weise aus dem Ofen abgeführt, öle ichzeitig wird das gesamte in den Pellets enthaltene Zink bei der im Lichtbogenofen erzielten Temperatur verdampft, und der hocheteigende 909840/0522 „₆-

Zinkdampf kann vom oberen Ende des Ofens abgeführt werden. Dieser Dampf wirddann kondensiert, und man erhält ein verhältnismäßig minderwertiges Zinkmetall.

Das Abfallmaterial, welches eines der für das vorgeschlagene Verfahren brauchbaren Rohmaterialien ist, sollte wenigstens 0,5 Gewichtsprozent Zink enthalten; im allgemeinen übersteigt der Zinkgehalt des Abfallmateriales nicht 50 Gewichtsprozent· Der Rest des Abfallmateriales ist vorzugsweise Eisenoxyd. Das Abafallmaterial wird in der oben angegebenen Weise mit Kohle und Kalkstein mit veränderbaren Anteilen vermischt. Im allgemeinen enthält das fertige Gemisch etwa 25 bis 35 Gewichtsprozent Kohle und zwischen 0 und 10 Gewichtsprozent Kalkstein.

Eines der wichtigeren Merkmale der Erfindung bezieht sich auf die Wassermenge, welche in die Pelletiervorfichtung eingegeben wird. Wenn zuviel Wasser zugegeben wird, neigen die hergestellten Pellets dazu, weich und blasig zu sein; wenn andererseits nicht genügend Wasser zugegeben wird, können sich die Pellets nur unter Schwierigkeiten bilden* Es wurde gefunden, daß der optimale Wasseranteil im Bereich zwischen 12, vorzugsweise 13_f bis 17 3* des Gewichtes dea fertigen Gemiaehes liegt.

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Ein anderes wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Temperatur, welcher die Pellets in der Sintermaschine ausgesetzt werden. Diese Temperatur sollte im allgemeinen im Bereich zwischen 9^0 bis 1265°C liegen. Die Pellets werden dieser Temperatur für eine Zeit ausgesetzt, die größenordnungsmäßig zwischen 5 und 15 Min. liegt. Die Entzündungshitze für die Sintermaschine kann von außen durch Einrichtungen wie

Gasbrenner geliefert werden, jedoch wird ein Teil j

der Hitze auch von den Pellets selbst wegen der teilweisen Verbrennung der in ihnen enthaltenen Kohle erzeugt. Ein Verfahren zum Betreiben der Sintermaschine besteht darin, die Entzündungshitze aus einer äußeren Quelle wie Gasbrennern zuzuführen und, wenn die Verbrennung der Kohle begonnen hat, Luft durch den Wanderrost hindurchzusaugen.

In einigen Fällen, in denen die Pellets nicht sofort in den elektrischen Lichtbogenofen eingegeben werden, ^

ist es notwendig, eine indirekte Kühlung der Pellets durchzuführen, um diese lagern zu können. Wenn das Verfahren jedoch kontinuierlich durchgeführt werden soll, werden die Pellets ohne Zwischenkühlung sofort in den elektrischen Lichtbogenofen eingegeben. Der elektrische Lichtbogenofen arbeitet in bekannter Weise, und es sind im allgemeinen Kohle-Elektroden vorgesehen, um die notwendigen Lichtbogen zu erzeugen.

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Gemäß der Zeichnung wird Kohle entsprechend dem Pfeil 1, Kalkstein entsprechend dem Pfeil 2 und ein Eisen und Zink enthaltender Staub entsprechend dem Pfeil 3 zugeführt. Diese drei Stoffe werden miteinander grob vermischt und dann in einen Mischer 4 wie beispielsweise einen Kugelmühlenmischer eingegeben. Von dort gelangt das feingemischte Material in eine Pelleti-

aus siervorrichtung 5> in welchem/dem Material die gewünschten Pellets geformt werden. Diese Pellets werden in eine Wanderrost-Sintermaschine 6 eingegeben und dort gesintert. Die gesinterten Pellets gelangen in einen elektrischen Lichtbogenofen 7» in welchem das in den Pellets enthaltene Zink verdampft und entsprechend dem Pfeil 8 in Dampfform abgezogen und einem Kondensator 9 zugeführt wird. In diesem Kondensator wird das Zink niedergeschlagen und entsprechend dem Pfeil 10 abgeführt. Das im elektrischen Lichtbogenofen 7 in der oben angegebenen Weise gewonnene geschmolzene Eisen wird aus diesem Ofen an seinem unteren Ende zur weiteren Verwendung entsprechend dem Pfeil 11 abgeführt.

Das folgende Beispiel ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung:

682,2 kg Kohle mit einer Partikelgröße im Bereich von

etwa 0,23 bis etwa 5 mm (65 bis 0 Prüfsieb US-Standard), 909840/0522

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215,91 kg Kalkstein mit derselben Partikelgröße und 1477,8 kg feinzerkleinertes, aus einem elektrostatischen Ausfällapparat gewonnenes Abfallmaterial mit einem Gehalt von 59,5 Gewichtsprozent Eisen- und 2 Gewichtsprozent Zinkoxyd wurden innig miteinander vermischt und einer Pelletisiermaschine zugeführt, in welcher das Gemisch zu Kügelchen oder Pellets mit einer Durchschnittsgröße von etwa 12,7 mm Durchmesser und einem Wassergehalt von etwa 15 Gewichtsprozent verformt wurde. Die entstandenen Pellets wurden dann einer Wanderrost-Sintermaschine zugeführt, in welcher sie einer Maximaltemperatur von etwa 1O94°G für eine Zeitdauer von 10 Min. ausgesetzt wurden. Die gesinterten Pellets wurden dann in einen elektrischen Lichtbogenofen eingegeben, in welchem sie für etwa 10 Min. einer Temperatur von etwa 1540 C ausgesetzt wurden. So wurden schließlich 23,587 kg Zink zusammen mit 907,19 kg Roheisen | folgender Analyse

C	3,5
Si	2,0
Mn	1,6
P	0,05
S	0,04

gewonnen. Auch wurde Schlacke aua dem elektrischen 909840/0522 ~¹⁰~

Lichtbogenofen entnommen, welche abgetrennt und für mit der vorliegenden Erfindung nicht zusammenhängende Zwecke verwendet wurde.

Aus der vorstehenden Beschreibung und dem angegebenen Beispiel geht hervor, daß das Verfahren gemäß der Erfindung sehr gut zum Gewinnen von brauchbaren Metallen aus Abfallmaterialien geeignet ist und zahlreiche Abwandlungen erfahren kann.

Es kann ein mit Kohle ausgelegter Elektroofen verwendet werden, um die durch Zinkdämpfe zu erwartenden Zerstörungen normaler feuerfester Materialien zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist der Elektroschmelzofen bevorzugt anwendbar. Ein Schmelzofen wie ein bekannter Hochofen oder Gebläseschachtofen würde bei mit einer Zink-Eisenöharge durchgeführten Vergleichen große Schwierigkeiten besitzen, da 1.) durch die Zinkdämpfe eine fortschreitende Abnutzung des feuerfesten Materiales stattfinden würde und da 2.) die wieder verflüssigten Zinkdämpfe in dem porösen Fuchs bzw. Schornstein niedergeschlagen werden und möglicherweise die öffnungen oder Poren in der Charge verstopfen, wodurch das für die Schmelzreaktionen erforderliche Hindurchtreten von Saugluft durch die Charge behindert werden würde.

Patentansprüche t 909840/0522

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gewinnen von brauchbarem Eisen und Zink aus Abfallmaterial, welches eisenhaltiges Oxyd und Zink enthält und bei der Stahlherstellung angefallen ist, dadurch gekennzei ehnet, daß zunächst das Abfallmaterial mit Kohle und Kalkstein gemischt

wird, woraufhin das entstandene Gemisch zu A

frischen Pellets oder Ktigelchen geformt wird, die verkokt werden, so daß eine Brennbindung der Pellets entsteht, wobei gleichzeitig der Kalkstein kalziniert und das eisenhaltige Oxyd teilweise reduziert wird, woraufhin die durch Brennen oder Verkoken gebundenen Pellets in einen elektrischen Lichtbogenofen eingegeben und dort den zur Eisenerzeugung erforderlichen Bedingungen unterworfen werden, so daß Zink als

Dampf hochsteigt und aus dem Ofen abgezogen und \

gewonnen und Eisen in flüssiger Form aus dem Ofen abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch aus Abfallmaterial, Kohle und Kalkstein Wasser mit einem Anteil zwischen 12 bis 16 % oder sogar 17 $ des Gewichtes des fertigen Gemisches zugegeben und dieses naase Gemisch zu den frischen

Pellets verformt wird.
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ORIGINAL INSPECTED

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der am oberen Ende des Ofens abgesaugte Zinkdampf kondensiert wird, so daß sich das Zink niederschlägt.

G/VM
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