DE3711353A1 - Verfahren zum behandeln metallhaltiger stoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln metallhaltiger Stoffe, insbesondere von Abfallstoffen.

Metallhaltige, umweltbelastende Nebenprodukte fallen sowohl in herkömmlichen Metallherstellungsanlagen, als auch in Abfallvernichtungsanlagen an.

Es ist bekannt, metallhaltige Abfallprodukte in einem geeigneten Reaktor hohen Temperaturen zu unterwerfen, um zu erreichen, daß die verflüchtigbaren Komponenten in die Gasphase übergehen und die restlichen Komponenten den Reaktor im schmelzflüssigen Zustand verlassen.

Die im Reaktor benötigte hohe Temperatur kann dadurch erzielt werden, daß die umweltschädlichen Produkte unter Zusatz von Brennstoffen und oxydierenden Gasen, gegebenenfalls reinem Sauerstoff, verbrannt werden. Durch geeignete Einstellung des Mischungsverhältnisses von Brennstoffen, Sauerstoffträgern und den zu behandelnden Produkten kann die jeweils für die Verflüchtigung am besten geeignete Ofenatmosphäre erzielt werden. Die verflüchtigten metallhaltigen Komponenten werden nach Abkühlung und eventueller Nachoxydation außerhalb des Reaktors aus der Gasphase abgeschieden und weiterverarbeitet.

Gemäß dem Stand der Technik bleibt also eine von den verflüchtigbaren Anteilen nur teilweise befreite Restphase übrig, in der die Metallanteile vorwiegend oxydischen Charakter aufweisen.

Das Ziel der Erfindung war, ein Verfahren vorzuschlagen, das es gestatten soll, auch die restlichen, ebenfalls umweltschädlichen Produkte abzutrennen, sie nach Möglichkeit zu sortieren und somit die metallhaltigen Komponenten in ihrer Gesamtheit wiederverwendbar zu gestalten, wobei die zurückgebliebenen Schlacken ohne Bedenken weiterverwertbar sind.

Dieses Ziel wird erreicht durch das Verfahren nach der Erfindung, bei dem man die schmelzflüssige Restphase weiterbehandelt, wobei die zurückgebliebenen Anteile der an sich verflüchtigbaren Metalle vollständig ausgetrieben werden und die nicht verflüchtigbaren, unter den vorliegenden Bedingungen durch Kohlenstoff reduzierbaren Metallverbindungen reduziert und als Bestandteile eines flüssigen Metallbades abgeschieden werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ist demnach dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Schmelzreaktor im flüssigen Zustand austretende schmelzflüssige Restphase durch ein kohlenstoffhaltiges, eventuell vorgewärmtes Filterbett geführt und dann einem flüssigen Roheisenbad zugeführt wird. Es wurde gefunden, daß bei dieser erfindungsgemäßen Behandlung einerseits die restlichen verflüchtigbaren Metalle hauptsächlich in die Gasphase überführt werden und andererseits die durch Kohlenstoff reduzierbaren Metallverbindungen dem Roheisenbad zugeführt werden, wobei diese auch die letzten Spuren einiger Metalle aufnehmen kann und aus diesem leicht abgeschieden werden können.

Das kohlenstoffhaltige Filterbett kann aus den verschiedensten festen Kohlenstoffträgern bestehen. So hat sich z. B. die Anwendung von Steinkohlenkoks, Holzkohle, niederflüchtiger Kohle, Formkoks, Kohlebriketts, usw. als besonders vorteilhaft erwiesen.

Es wurde gefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, das kohlenstoffhaltige Filterbett auf dem Roheisenbad schwimmen zu lassen.

Erfindungsgemäß wird das Roheisenbad vorteilhafterweise in Bewegung gehalten, wobei diese Bewegung durch Einblasen von Gasen bzw. durch Induktionsströme erfolgen kann.

Die von umweltschädlichen Stoffen befreite schmelzflüssige Endschlacke sammelt sich auf dem Roheisenbad und kann dort kontinuierlich oder intermittierend abgezogen werden. Das während des Prozesses kontinuierlich gebildete Roheisen kann ebenfalls kontinuierlich oder intermittierend abgelassen oder abgestochen werden, wobei Fremdmetalle wie z. B. Blei, sich am Boden des Roheisenbehälters ablagern und so periodisch entfernt werden können.

Es ist in den meisten Fällen erforderlich, den das Roheisen enthaltenden Behälter zu heizen, wobei gefunden wurde, daß diese Beheizung vorteilhafterweise durch Induktion erfolgen kann, wobei diese Induktionsbeheizung gleichzeitig die erforderliche Badbewegung des Roheisens und der Endschlacke bewerkstelligen kann.

Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, im Reaktionsgefäß eine stark reduzierende Atmosphäre aufrechtzuerhalten, wobei gleichzeitig in einem möglichst schroffen Übergang unter dem Reaktionsgefäß eine möglichst stark oxydierende Atmosphäre zu erzeugen ist. Die im kohlenstoffhaltigen Filterbett normalerweise bereits auftretende reduzierbare Atmosphäre wird vorteilhafterweise durch in das Filterbett selbst einzuleitende reduzierende Gase unterstützt. Als besonders vorteilhaft haben sich wasserstoffhaltige Gase herausgestellt.

Diese im Filterbett entstehenden bzw. eingeleiteten reduzierenden Gase können erfindungsgemäß im oberen Teil des Filterbettes bzw. über dem Filterbett abgesaugt werden und als Verbrennungsgase dem Reaktionsgefäß zugeführt werden.

Der ideale Ablauf des gesamten Verfahrens ist also folgender:

• 1. reduzierende Atmosphäre im Schmelzreaktor
• 2. oxydierende Atmosphäre am Auslauf, bzw. unterhalb des Auslaufs des Schmelzreaktors
• 3. stark reduzierende Atmosphäre im Bereich des kohlenstoffhaltigen Filterbettes und selbstverständlich des Roheisenbades.

Auf diese Weise wird der allergrößte Anteil der verflüchtigbaren Nichteisenmetalle in der Gasphase ausgetrieben, sei es unter oxydischer bzw. metallischer Dampfform, wobei die letzten Spuren schwer verflüchtigbarer Metalle wie z. B. Blei in metallischer Form im Roheisenbad zurückgewonnen werden. Wie gezeigt, werden die Eisenoxyde vollständig zu Roheisen reduziert, wobei die Schlacke ohne Begleitelemente ihrer üblichen Verwendung zugeführt werden kann. Selbstverständlich können bei Bedarf die Schlackeneigenschaften durch geeignete Zuschlagstoffe günstig beeinflußt werden. (wie Viskosität, Schmelzverhalten und chemische Zusammensetzung, usw.).

Die Erfindung wird anhand der schematisierten Zeichnung erläutert, wobei die Fig. 1 in nicht einschränkender Weise einen Schnitt durch eine mögliche Ausgestaltung einer geeigneten Anlage zeigt.

Man erkennt den Schmelzreaktor (1), in den gemäß dem Stand der Technik ein Gemisch von metallhaltigen Abfällen (W) mit Kohlenstoffträgern (C) und Sauerstoff (O) eingeführt wird.

Der Schmelzreaktor (1) ist erfindungsgemäß Bestandteil eines Ofens (10), in dem sich ein Eisenbad (30) befindet.

Beim Behandeln der Abfallstoffe (W) im Reaktor (1) entstehen mit Metallpartikeln beladene Gase (G), die durch den Abzug (13) den Ofen verlassen und dann nachverbrannt, abgekühlt und filtriert werden, wie es dem Stand der Technik entspricht. Es entsteht ferner eine schmelzflüssige Restschlacke (20), die aus dem Reaktor (1) in den Ofen (10) abfließt.

Erfindungsgemäß trifft die Restschlacke im Ofen auf ein Filterbett (5), das aus einem festen Kohlenstoffträger, vorzugsweise aus Koks besteht. Hierbei gerät die Restschlacke (20), im Sinn der Erfindung, aus einem oxydierenden in ein reduzierendes Medium. Beim Durchdringen des Filterbettes, das aus stückigem Material besteht, werden die überwiegend oxydischen Metallverbindungen zu Metallen reduziert und verdampft bzw. im Eisenbad (30) aufgenommen.

Zwischen dem Filterbett (5) und dem Eisenbad (30) befindet sich die Endschlacke (21), die dank dem erfindungsgemäßen Verfahren frei von jeglichen umweltschädlichen Metallen ist und die man ohne Bedenken weiter verwenden kann.

Sowohl die Endschlacke (21) wie überschüssiges Badmaterial (30) werden durch das Stichloch (12) abgelassen. Das überschüssige Bad-Material kann auch durch das Stichloch (15) und die schweren Nichteisenmetalle wie Blei durch das Stichloch (16) abgelassen werden.

Erfindungsgemäß ist der Ofen (10) mit einem elektromagnetischen Induktor (11) versehen, der Heizzwecken dient und der ebenfalls eine Bewegung im Bad (30) sowie in der Endschlacke (21), im Sinne der Pfeile hervorruft. Die Vorteile dieser Bewegungen liegen auf der Hand.

Ein nicht unbedeutender Vorteil der Anordnung, so wie sie im Ofen vorliegt, nämlich von unten her gesehen: Eisenbad - Endschlacke - Filterbett - zu reduzierende Restschlacke - Gasphase, besteht in den Schutzwirkungen die die einzelnen Stoffe bzw. Phasen gegeneinander ausüben.

So bildet die Restschlacke (20) einen wirksamen Schutz des Filterbettes (5) gegenüber der Gasphase unterhalb des Reaktors (1). Das Filterbett wird ferner durch die Endschlacke (21) gegen Einflüsse des Eisenbades (30) geschützt.

Erfindungsgemäß soll die Gasphase unterhalb des Reaktors (1) bzw. oberhalb der Restschlacke (20) oxydisch sein, während das Filterbett (5) selbstverständlich reduzierend wirken soll. Um letzteres zu gewährleisten, ist der Ofen (10) in Höhe des Filterbettes (5) mit Düsen (14) ausgestattet, durch die man einen Strom eines reduzierenden oder inerten Gases in das Filterbett leitet.

Beispiel Verarbeitung von eisen-, zink- und bleihaltigen Nebenprodukten der Metallindustrie (alle angegebenen Mengen beziehen sich auf eine Stunde). 1. Stufe Verflüchtigung von Zink und Blei im Schmelzreaktor

Aufgabemischung des Schmelzreaktors
10 t Stäube:34,65% Fe; 4,69% Zn; 1,13% Pb 1,48 t Kohle:80,8% C 3000 Nm³O₂:98% O₂

Produkte nach Reaktion bei 1900° K:
7,2 t Schlacke mit4,5 t FeO; 3 kg PbO; 45 kg ZnO 6000 Nm³ Abgas mit13,60% CO; 47,5% CO₂ 2,18% H₂; 33,99% H₂O

sowie nach Nachverbrennung
und Abkühlung:536 kg ZnO; 120 kg PbO Freiwerdende Wärme im
Schmelzreaktor:4104 kWh

2. Stufe Eisenoxydreduktion und Austreibung der restlichen Zink- und Bleimenge

Zur Reduktion der 7,2 t Schlacke werden 0,94 t Koks benötigt, dabei entstehen:

3,54 t Roheisen mit ca. 3% C
1450 Nm³ Gas mit 99,12% CO; 0,86% Zn; 0,02% Pb

Der Wärmebedarf für diese Verfahrensstufe beträgt bei einer Reaktionstemperatur von 1800°K: 2260 kWh

Dieser Wärmebedarf kann gedeckt werden:

• - zum einen durch partielle Nachverbrennung der Reaktionsgase mit Luft oberhalb des Koksbettes wobei ein CO/CO₂ Verhältnis gleich dem der Schmelzreaktorabgase angestrebt wird: Luftmenge (298°K):2610 Nm³ Freiwerdende Wärme:2210 kWh
• - zum anderen kann die noch fehlende Wärme dem Roheisenbad durch induktive Beheizung zugeführt werden, in diesem Falle noch: 50 kWh.

Claims (6)

1. Verfahren zum Behandeln metallhaltiger Stoffe, insbesondere Reststoffe aus der abfallbeseitigenden und der metallherstellenden Industrie, bei dem die Reststoffe in an und für sich bekannter Weise zusammen mit Kohlenstoffträgern und Sauerstoff in einen Schmelzreaktor eingeführt und dort erhitzt werden, wobei Abgase sowie eine Restschlacke entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Restschlacke in einen Ofen leitet, in welchem sich ein Eisenbad und ein auf dessen Oberfläche schwimmendes, aus stückigem, reduzierendem Material bestehendes Filterbett befinden, wobei die Restschlacke das Filterbett durchquert und hierbei die aus Verbindungen umweltschädlicher Metalle bestehenden Komponenten reduziert und die Reduktionsprodukte verdampfen bzw. im Eisenbad aufgenommen werden, während die nicht reduzierten Anteile der Restschlacke eine umwelttechnisch unbedenkliche Endschlacke bilden, die man abzieht und weiter verwendet.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Ofen oberhalb des Filterbettes eine oxydierende Atmosphäre einstellt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in das Filterbett einen Strom eines reduzierenden oder zumindest inerten Gases einleitet und so im Filterbett eine reduzierende Atmosphäre einstellt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Eisenbad induktiv beheizt und bewegt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Durchsatz an Restschlacke durch den Ofen bzw. durch das Filterbett so einstellt, daß sich oberhalb des Filterbettes stets eine Schicht an Schlacke befindet, die das Filterbett vor dem Einfluß der oxydierenden Gasphase schützt.

6. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reststoffe im Schmelzreaktor in einer möglichst reduzierenden Atmosphäre erhitzt und beim Vorliegen einer Schmelze eine oxydierende Atmosphäre einstellt.