LU86400A1 - Verfahren zum behandeln metallhaltiger stoffe - Google Patents
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Description
-V
st
Verfahren zum Behandeln metallhaltiger Stoffe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln metallhaltiger Stoffe, insbesondere von Abfallstoffen.
5
Die moderne Konsumgesellschaft erzeugt grosse Mengen Abfälle, die selbst in den modernsten Abfallvernichtungsanlagen zu metallhaltigen Restprodukten führen, welche meistens umweltschädlich sind und deshalb nicht ohne weiteres auf Deponien abgelagert werden können.
10
Auch bei den herkömmlichen Metallherstellungsverfahren entstehen metallhaltige umweltbelastende Nebenprodukte.
Es ist bekannt, metallhaltige Abfallprodukte in einem geeigneten 15 Reaktor hohen Temperaturen zu unterwerfen derart, dass die verflüchtigbaren Komponenten in die Gasphase übergehen und die restlichen Komponenten den Reaktor im Schmelzflüssigen Zustand verlassen.
20 Die im Reaktor benötigte hohe Temperatur kann dadurch erzielt werden, dass die umweltschädlichen Produkte eventuell unter Zusatz von Brennstoffen mit oxydierenden Gasen, gegebenenfalls reinem Sauerstoff, verbrannt werden. Durch geeignete Einstellung des Mischungsverhältnisses von Brennstoffen, Sauerstoffträgem und den 25 zu behandelnden Produkten kann die jeweils gewünschte, 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 so der Weiterverarbeitung zugänglich gemacht.
- 2 -
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.
5 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 10 weiterverwertbar sind.
Diese 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 voll-15 ständig ausgetrieben werden und die nicht verflüchtigbaren, unter den vorliegenden Bedingungen durch Kohlenstoff reduzierbaren Metallverbindungen reduziert und als Bestandteile eines flüssigen Metallbades abgeschieden werden.
20 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 erfindungsge-25 müssen Behandlung einerseits die restlichen verflüchtigbaren Metalle hauptsächlich in die Gasphase überführt werden und andererseits die durch Kohlenstoff reduzierbaren Metallverbindungen dem Roheisenbad zugeführt werden, wobei dieses auch die letzten Spuren einiger Metalle aufnehmen kann und aus diesem leicht abgeschieden werden 30 können.
Das kohlenstoffhaltige Filterbett kann aus den verschiedensten festen Kohlenstoffträgem bestehen. So hat sich z.B. die Anwendung von Steinkohlenkoks, Holzkohle, niederfluchtiger Kohle, Formkoks, 35 Kohlebriketts, usw. als besonders vorteilhaft erwiesen.
Es wurde gefunden, dass es besonders vorteilhaft ist, das kohlen- * - 3 - stoffhaltige Filterbett auf dem Roheisenbad schwimmen zu lassen.
Erfindungsgemäss wird das Roheisenbad vorteilhafterweise in Bewegung gehalten, wobei diese Bewegung durch Einblasen von Gasen bzw. durch 5 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 Pro-10 zesses 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.
15 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.
20
Erfindungsgemäss ist es besonders vorteilhaft, im Reaktionsgefäss eine stark reduzierende Atmosphäre aufrechtzuerhalten, wobei gleichzeitig in einem möglichst schroffen Uebergang unter dem Reaktionsgefäss eine möglichst stark oxydierende Atmosphäre zu erzeugen ist. 25 Die im kohlenstoffhaltigen Filterbett normalerweise bereits auftretende reduzierende Atmosphäre wird vorteilhafterweise durch in das Filterbett selbst einzuleitende reduzierende Gase unterstützt. Als besonders vorteilhaft haben sich wasserstoffhaltige Gase herausgestellt.
30
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 35 - 4 - 2. oxydierende Atmosphäre am Auslauf, bzw. unterhalb des Auslaufs des Schmelzreaktors 3. stark reduzierende Atmosphäre im Bereich des kohlenstoffhaltigen Filterbettes und selbstverständlich des Roheisenbades.
5
Auf diese Weise wird der allergrösste Anteil der verflüchtigbaren Nichteisenmetalle in der Gasphase ausgetrieben, sei es unter oxydi-scher bzw. metallischer Dampfform, wobei die letzten Spuren schwer verflüchtigbarer Metalle wie z.B. Blei in metallischer Form im 10 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 15 Viskosität, Schmelzverhalten und chemische Zusammensetzung, usw.).
Die Erfindung wird anhand der schematisierten Zeichnung erläutert, wobei die Fig.l in nicht einschränkender Weise einen Schnitt durch eine mögliche Ausgestaltung einer geeigneten Anlage zeigt.
20
Man erkennt den Schmelzreaktor (1), in den gemäss dem Stand der Technik ein Gemisch von metallhaltigen Abfällen (W) mit Kohlenstoffträgern (C) und Sauerstoff (0) eingeführt wird.
25 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 30 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.
35 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, - 5 - 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.
5
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.
10
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.
15
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 20 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 25 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 30 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 35 (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.
- 6 -
Beispiel
Verarbeitung von eisen-, zink- und bleihaltigen Nebenprodukten der Metallindustrie (alle angegebenen Mengen beziehen sich auf eine 5 Stunde).
1. Stufe : Verflüchtigung von Zink und Blei im Schmelzreaktor
Aufgabemischung des : 10t Stäube : 34,65 % Fe; 4,69 % Zn; 10 Schmelzreaktors 1,13 % Pb 1,48 t Kohle : 80,8 % G 3000 Nm302 : 98 % 02
Produkte nach Reaktion bei 1900° K: 15 7,2 t Schlacke mit 4,5 t FeO; 3 kg PbO; 45 kg ZnO 6000 Nm3 Abgas mit 13,60 Z CO; 47,5 Z C02 2,18 Z H2; 33,99 % H20 20 sowie nach Nachverbrennung
und Abkühlung : 536 kg ZnO; 120 kg PbO
Freiwerdende Wärme im Schmelzreaktor : 4104 kWh 25 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:
30 3,54 t Roheisen mit ca 3 Z C
1450 Nm3 Gas mit 99,12 Z C0 ; 0,86 Z Zn; 0,02 Z Pb
Der Wärmebedarf für diese Verfahrensstufe beträgt bei einer Reaktionstemperatur von 1.800°K : 2260 kWh 35 - 7 -
Dieser Wärmebedarf kann gedeckt werden: - zum einen durch partielle Nachverbrennung der Reaktionsgase mit Luft oberhalb des Koksbettes wobei ein CO/CO2 Verhältnis gleich 5 dem der Schmelzreaktorabgase angestrebt wird:
Luftmenge (298° K) : 2610 Nm^
Freiwerdende Wärme : 2210 kWh 10 - 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
2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man 20 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 25 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. 30
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 v 35 dem Einfluss der oxydierenden Gasphase schützt. i» \ - 2 -
5 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 10 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 15 Eisenbad aufgenommen werden, während die nicht reduzierten Anteile der Restschlacke eine umweittechnisch unbedenkliche Endschlacke bilden, die man abzieht und weiter verwendet.
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. 5
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