WO2025003290A1 - Method for processing a residue mixture containing the elements iron and/or calcium, and corresponding processing plant - Google Patents
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Definitions
- the invention is based on a method for processing a residue mixture containing the elements iron and/or calcium for industrial use by at least partially separating at least one volatile element, in particular the following list of elements: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P, from this residue mixture in a furnace, wherein this residue mixture is designed as a granular residue mixture or at least has a granular portion.
- the invention is further based on a corresponding computer program product for carrying out the method and a corresponding processing plant for processing a residue mixture containing the elements iron and/or calcium for industrial use, comprising a furnace for at least partially separating at least one volatile element, in particular the following list of elements: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P, from this residue mixture, wherein this residue mixture is designed as a granular residue mixture or at least has a granular portion.
- blast furnace dust and converter dust are at least partially recycled by adding them to the initial sinter mixture, and mill scale, which has a high iron content, serves mainly as an iron carrier in sinter production.
- blast furnace dust and converter dust are recycled in the steelworks in this way, unwanted metals such as zinc, lead and alkali metals accumulate, which limits the internal circulation of these materials.
- blast furnace dust and converter dust are recycled by adding them to sinter, these unwanted metals accumulate in the blast furnace through the sinter, which leads, for example, to the formation of deposits on and in the furnace wall of the blast furnace, thereby reducing its performance and the duration of the furnace cycle.
- granular mixture in connection with the present Invention is understood to mean a mixture of a large number of solid particles which in turn are heterogeneously permeated by an environmental medium, such as air or water, so that bulk material properties arise.
- the document EP 2 458 021 A1 describes a processing plant for processing a residue mixture containing the element iron for use in the metallurgical industry, with a rotary hearth furnace for at least partially separating the volatile metal elements zinc (Zn), lead (Pb), sodium (Na) and/or potassium (K) and for reducing the element iron from the residue mixture, whereby this residue mixture for processing in the furnace is present as a granular residue mixture of carbon composite agglomerates that were previously created from ironworks dust and other components, at least one of which provides the carbon.
- the said document also describes a corresponding method for processing a residue mixture containing the element iron for use in the metallurgical industry. However, the additional step of agglomerating the ironworks dust with other components to form the carbon composite agglomerates alone results in increased expenditure.
- the furnace is designed as a drum or rotary kiln and a process gas with a hydrogen portion is fed to the furnace for processing the residue mixture of more than 5% by volume, in particular more than 50% by volume.
- a drum or rotary kiln with a hydrogen-containing atmosphere is used to process the residue mixture.
- a drum furnace or rotary kiln is a cylindrical furnace for process processes that usually rotates continuously around its own axis during operation.
- the rotary kiln often has a slight inclination of the axis of rotation, which together with the rotational movement ensures product or fuel transport.
- the particle size of the individual particles of the granulate can be significantly smaller than with a rotary hearth furnace, so that a preparatory step of agglomerating waste particles in the form of dust particles or similar can be omitted. Handling such a drum furnace or rotary kiln is also much easier than that of a rotary hearth furnace.
- the hydrogen content in the atmosphere - especially in combination with a small particle size of the granulate particles - also enables a chemical reduction of chemical components of the granulate material, for example the element iron (Fe) in a waste mixture containing this element.
- the volatile elements are in particular the elements from the following list: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P.
- the granular residue mixture or the granular portion of the residue mixture consists of particles whose particle size is 85% by weight smaller than 10 millimeters (10 mm).
- more than 50% by weight, in particular more than 80% by weight, of the granular residue mixture or the granular portion of the residue mixture is in the form of dust and/or - preferably dried - sludge when it is filled into the drum or rotary kiln.
- the particle size of the particles of the dust and/or - preferably dried - sludge is in the micrometer range, i.e. less than 1.0 mm, preferably less than 400 pm.
- the residue mixture contains not only the elements iron and/or calcium but also the element carbon (C), preferably of biogenic origin. Carbon of biogenic origin comes from a renewable raw material and not from a fossil raw material, and therefore has no fossil origin.
- the atmosphere in the furnace is enriched with carbon monoxide (CO) during the processing of the residue mixture and preferably has a carbon monoxide content of more than 5% by volume.
- the carbon monoxide is formed by the reduction of water vapor produced in the process to carbon and thus reduces the hydrogen required for the process.
- the drum or rotary kiln is operated at a kiln temperature of 830 °C to 1030 °C, preferably 880 °C to 990 °C, during the processing of the residue mixture.
- This temperature range of the kiln temperature has proven to be advantageous both for the separation process and for an optional reduction process.
- the residue mixture is exposed to the furnace temperature in the drum or rotary kiln for a period of 15 minutes to 150 minutes during its processing in the furnace.
- Such a period of time, in combination with the furnace temperature mentioned, has proven to be advantageous both for the separation process and for an optional reduction process.
- this at least one volatile element is discharged via the atmosphere/a gas phase in the drum or rotary kiln and separated in a filter device.
- the invention further relates to a computer program product which comprises instructions which, when executed by a processor of a control and/or regulating device, cause this processor to carry out an above-mentioned method.
- the processing plant according to the invention for processing a the elements Iron and/or calcium-containing residue mixture for industrial use which has a furnace for at least partially separating at least one volatile element from this residue mixture, wherein this residue mixture is designed as a granular residue mixture or at least has a granular portion
- the furnace is designed as a drum or rotary kiln and the processing plant comprises a device for supplying a process gas to the drum or rotary kiln, which has a hydrogen portion of more than 5% by volume, in particular of more than 50% by volume.
- the volatile elements are in particular the elements from the following list: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P.
- the device for supplying the process gas comprises a dosing system for providing a selectable hydrogen content in the process gas.
- the processing plant has gas-tight components for using the process gas with a hydrogen content, at least one of which is a component of the device for feeding the process gas into the drum or rotary kiln.
- the gas-tightness referred to here also relates in particular to the hydrogen content, i.e. the H2 in the process gas.
- the furnace preferably has a heating device for direct or indirect heating, via which a furnace temperature inside the furnace of up to 1030 °C can be achieved.
- a heating device for direct or indirect heating, via which a furnace temperature inside the furnace of up to 1030 °C can be achieved.
- the furnace is operated during the processing process at a furnace temperature of 830 °C to 1030 °C, preferably from 880 °C to 990 °C.
- the treatment plant shall have a control and/or
- Control device for controlling or regulating the operation of the processing plant This preferably has a processor, i.e. is computer-based.
- the processing plant has a gas outlet with a filter device for separating the at least one volatile element discharged via the atmosphere/a gas phase in the drum or rotary kiln.
- Fig. 1 shows a processing plant for processing an iron- and/or calcium-containing residue mixture for industrial use according to a preferred embodiment of the invention.
- Fig. 1 shows a processing plant 10 for processing a residual material mixture 12 containing iron and/or calcium for industrial use.
- the central unit of this processing plant 10 is a furnace 14 in the form of a drum or rotary kiln 16 for at least partially separating at least one volatile element from the following selection of elements: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P from the said residual material mixture 12.
- the residual material mixture 12 which contains the elements iron and/or calcium, is referred to simply as residual material mixture 12.
- the drum or rotary kiln 16 shown here is designed as a typical rotary kiln (DRO), i.e. as a kiln 14 with a rotary tube 20 that is rotatably mounted about its longitudinal axis 18, which is shown in section in the figure so that the interior of the rotary tube 20 with the residual material mixture 12 located therein is visible.
- This interior of the rotary tube 20 essentially forms the interior 22 of the drum or rotary kiln 16.
- the rotary tube 20 is rotatably mounted via bearings 24, whereby the kiln 16 also has a drive 26 for rotating the rotary tube 20 about the longitudinal axis 18.
- the rotary tube 20 can be heated directly or indirectly via a heating device (not shown) and serves to receive and circulate the residual material mixture 12 in its interior 22.
- a slight inclination (of a few degrees) of the longitudinal axis 18 relative to the horizontal determines the direction in which the residual material mixture 12 flows through the drum or rotary kiln 16 from an inlet 28 to an outlet 30 of the kiln 16 (arrow 32).
- the processed residual material mixture 12 leaves the drum or rotary kiln 16 and is transferred to a - preferably closed - container 34.
- the processing plant 10 also has a feed device 36 for feeding residual material mixture 12 into the kiln 16, a device 38 for feeding a process gas into the interior 22 of the kiln 16 and a control and/or regulating device 40 for controlling or regulating the operation of the processing plant 10.
- the feed device 36 for feeding residual material mixture 12 into the drum or rotary kiln 16 in turn comprises a storage container 42 for holding residual material mixture 12 and a conveyor device 44 with a conveyor screw (not shown), via which the residual material mixture 12 can be transported or is transported from the storage container 40 to the inlet 28 of the drum or rotary kiln 16.
- the device 38 for supplying a process gas comprises several gas storage units 46, 48 and a metering system 50 for metered supply of the gases from these gas storage units 46, 48 to the outlet 30 of the drum or rotary kiln 16.
- the gas storage units 46, 48 are representative examples of various gas sources.
- One of the gases is hydrogen (H2), another is, for example, methane (CH4) or ammonia (NH3).
- the hydrogen content of the process gas or the atmosphere in the interior 22 of the drum or rotary kiln 16 can be adjusted via the metering system 50 of the device 38.
- the control and/or regulating device 40 for controlling or regulating the operation of the processing plant 10 controls components 26, 44, 50 of the drum or rotary kiln 16, the feed device 36 and/or the device 38 for supplying the process gas.
- the drum or rotary kiln 16 is used in countercurrent operation, in which the residue mixture 12 and the gas inside 22 of the kiln 16 move in opposite directions through the kiln 16.
- a gas outlet 52 with a filter device 54 in which the said volatile elements accumulate.
- a direct current operation with a corresponding structure can also be used. be provided.
- the processing plant 10 and in particular its drum or rotary kiln 16 is now operated in such a way that at least one volatile chemical element, in particular at least one chemical element from the following list of elements: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P, is at least partially separated from the residual material mixture 12.
- the drum or rotary kiln 16 is operated at a furnace temperature of 830 °C to 1030 °C, preferably 880 °C to 990 °C, during the processing of the residual material mixture 12 and it is ensured that the residence time of the residual material mixture 12 in the interior 22 of the drum or rotary kiln 16 at this furnace temperature is 15 minutes to 150 minutes.
- These parameters have proven to be particularly favorable for the separation of the said elements.
- An optional chemical reduction via the hydrogen in the atmosphere can also be easily implemented with these parameters.
- the process gas supplied by device 38 has a hydrogen content of at least 5% by volume.
- HBI hot briquetted iron
- cold briquetted iron from waste materials
- the filter residues can optionally be further processed, in particular by washing or thermal treatment under oxidizing conditions, for example in the drum and/or rotary kiln 16, in order to separate the alkalis and the chlorine from the Zn and Pb oxides.
- the Zn and Pb oxides can optionally be further processed in a subsequent process under reducing conditions to metallic Zn and Pb (previously mentioned recovery of Zn and Pb).
- the reduced reaction product is collected in a closed container/collecting vessel 34 and protected from undesirable reoxidation.
- the material is then compacted, preferably hot or cold briquetted. This enables the product to be transported and stored as an HBI-like feedstock.
- the atmosphere inside 22 of the drum and/or rotary kiln 16 may contain, in addition to H2, the following components: CO, CO2, H2O, CH4
- composition of the gas introduced into the drum furnace/rotary kiln comprises reactive components, preferably either
- H2O a mixture of H2 and H2O, where the hydrogen content is > 70 vol. %, advantageously > 80 vol. %, especially advantageously > 90 vol. %, accordingly H2O less than 30 vol. %, advantageously ⁇ 20 vol. %, especially advantageously ⁇ 10 vol. %, or
- the CO content is advantageously limited to ⁇ 30 vol.%
- the temperature in the furnace 16 is 830°C to 1030 °C, preferably 880°C to 990 °C; the throughput time of the feedstocks in the reduction area is 15 to 150 minutes.
- waste materials can be used as input materials:
- the residues have increased contents of Zn of > 2.5 wt.%, of alkalis (K2O and Na2 ⁇ ) of > 0.5 wt.% and of CI of > 0.15 wt.%.
- the residues contain oil residues
- the rest may be oversize grain
- Fe content of the final product must not be less than 50 wt.%. reference sign
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Abstract
Description
Verfahren zur Aufbereitung eines die Elemente Eisen und/oder Calcium aufweisenden Reststoffgemenges und entsprechende Aufbereitungsanlage Process for the treatment of a residue mixture containing the elements iron and/or calcium and corresponding treatment plant
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Aufbereitung eines die Elemente Eisen und/oder Calcium aufweisenden Reststoffgemenges für eine industrielle Nutzung durch zumindest teilweises Abscheiden mindestens eines volatilen Elements, insbesondere der folgenden Aufzählung von Elementen: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F und P, aus diesem Reststoffgemenge in einem Ofen, wobei dieses Reststoffgemenge als granuläres Reststoffgemenge ausgebildet ist oder zumindest einen granulären Anteil aufweist. The invention is based on a method for processing a residue mixture containing the elements iron and/or calcium for industrial use by at least partially separating at least one volatile element, in particular the following list of elements: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P, from this residue mixture in a furnace, wherein this residue mixture is designed as a granular residue mixture or at least has a granular portion.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem entsprechenden Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens und einer entsprechenden Aufbereitungsanlage zur Aufbereitung eines die Elemente Eisen und/oder Calcium aufweisenden Reststoffgemenges für eine industrielle Nutzung, umfassend einen Ofen zum zumindest teilweisen Abscheiden mindestens eines volatilen Elements, insbesondere der folgenden Aufzählung von Elementen: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F und P, aus diesem Reststoffgemenge, wobei dieses Reststoffgemenge als granuläres Reststoffgemenge ausgebildet ist oder zumindest einen granulären Anteil aufweist. The invention is further based on a corresponding computer program product for carrying out the method and a corresponding processing plant for processing a residue mixture containing the elements iron and/or calcium for industrial use, comprising a furnace for at least partially separating at least one volatile element, in particular the following list of elements: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P, from this residue mixture, wherein this residue mixture is designed as a granular residue mixture or at least has a granular portion.
Sowohl im Hochofen, im Konverter als auch im Walzwerk eines integrierten Stahlwerks fallen in der Regel Stäube/Schlämme mit einem hohen Gehalt an Eisen- und/oder Calciumoxid an. Von diesen Stäuben/Schlämmen werden Hochofenstaub und Konverterstaub zumindest teilweise recycelt, indem sie der Ausgangsmischung des Sinters zugesetzt werden, und Walzzunder, der einen hohen Eisengehalt aufweist, dient vorwiegend als Eisenträger in der Sinterproduktion. In the blast furnace, converter and rolling mill of an integrated steelworks, dusts/sludges with a high content of iron and/or calcium oxide are usually produced. Of these dusts/sludges, blast furnace dust and converter dust are at least partially recycled by adding them to the initial sinter mixture, and mill scale, which has a high iron content, serves mainly as an iron carrier in sinter production.
Wenn Hochofenstaub und Konverterstaub auf besagte Weise im Stahlwerk recycelt werden, sammeln sich unerwünschte Metalle wie Zink, Blei und Alkalimetalle an, was eine Führung dieser Stoffe im internen Kreislauf begrenzt. Insbesondere wenn Hochofenstaub und Konverterstaub recycelt werden, indem sie Sinter zugesetzt werden, reichern sich diese unerwünschten Metalle im Hochofen durch den Sinter an, was beispielsweise zur Bildung von Ablagerungen an und in der Ofenwand des Hochofens führt, wodurch dessen Leistungsfähigkeit und die Dauer der Ofenreise herabgesetzt wird. When blast furnace dust and converter dust are recycled in the steelworks in this way, unwanted metals such as zinc, lead and alkali metals accumulate, which limits the internal circulation of these materials. In particular, when blast furnace dust and converter dust are recycled by adding them to sinter, these unwanted metals accumulate in the blast furnace through the sinter, which leads, for example, to the formation of deposits on and in the furnace wall of the blast furnace, thereby reducing its performance and the duration of the furnace cycle.
Unter dem Begriff „granuläres Gemenge“ wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Gemisch aus einer Vielzahl von festen Partikeln verstanden, die ihrerseits heterogen von einem Umweltmedium, wie zum Beispiel Luft oder Wasser, durchsetzt sind, sodass sich Schüttgut-Eigenschaften einstellen. The term “granular mixture” in connection with the present Invention is understood to mean a mixture of a large number of solid particles which in turn are heterogeneously permeated by an environmental medium, such as air or water, so that bulk material properties arise.
Das Dokument EP 2 458 021 A1 beschreibt eine Aufbereitungsanlage zur Aufbereitung eines das Element Eisen aufweisenden Reststoffgemenges für eine Nutzung in der Hüttenindustrie, mit einem Drehherdofen zum zumindest teilweisen Abscheiden der volatilen Metallelemente Zink (Zn), Blei (Pb), Natrium (Na) und/oder Kalium (K) und zur Reduktion des Elements Eisen aus dem Reststoffgemenge, wobei dieses Reststoffgemenge für die Aufbereitung im Ofen als granuläres Reststoffgemenge aus Kohlenstoff-Verbundagglomeraten vorliegt, die zuvor aus Eisenhüttenstäuben und anderen Komponenten erstellt wurden, von denen zumindest eine den Kohlenstoff einbringt. Das besagte Dokument beschreibt weiterhin ein entsprechendes Verfahren zur Aufbereitung eines das Element Eisen aufweisenden Reststoffgemenges für die Nutzung in der Hüttenindustrie. Allein durch den zusätzlich benötigten Schritt einer Agglomeration des Eisenhüttenstaubs mit anderen Komponenten zu den Kohlenstoff- Verbundagglomeraten ergibt sich jedoch ein erhöhter Aufwand. The document EP 2 458 021 A1 describes a processing plant for processing a residue mixture containing the element iron for use in the metallurgical industry, with a rotary hearth furnace for at least partially separating the volatile metal elements zinc (Zn), lead (Pb), sodium (Na) and/or potassium (K) and for reducing the element iron from the residue mixture, whereby this residue mixture for processing in the furnace is present as a granular residue mixture of carbon composite agglomerates that were previously created from ironworks dust and other components, at least one of which provides the carbon. The said document also describes a corresponding method for processing a residue mixture containing the element iron for use in the metallurgical industry. However, the additional step of agglomerating the ironworks dust with other components to form the carbon composite agglomerates alone results in increased expenditure.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Aufbereitungsanlage zur Aufbereitung eines die Elemente Eisen und/oder Calcium aufweisenden Reststoffgemenges für eine industrielle Nutzung, insbesondere in der Hüttenindustrie, anzugeben, über die die Aufbereitung besonders einfach realisierbar ist. It is an object of the invention to provide a method and a processing plant for processing a residue mixture containing the elements iron and/or calcium for industrial use, in particular in the metallurgical industry, by means of which the processing can be carried out particularly easily.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. The object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims, which can each represent an aspect of the invention individually or in combination.
Bei der erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufbereitung eines die Elemente Eisen und/oder Calcium aufweisenden Reststoffgemenges für eine industrielle Nutzung durch zumindest teilweises Abscheiden mindestens eines volatilen Elements aus diesem Reststoffgemenge in einem Ofen, bei dem dieses Reststoffgemenge als granuläres Reststoffgemenge ausgebildet ist oder zumindest einen granulären Anteil aufweist, ist vorgesehen, dass der Ofen als Trommel- oder Drehrohrofen ausgebildet ist und dem Ofen für die Aufbereitung des Reststoffgemenges ein Prozessgas mit einem Wasserstoffanteil von mehr als 5 Volumen-%, insbesondere mehr als 50 Volumen-%, zugeführt wird. Mit anderen Worten wird für die Aufbereitung des Reststoffgemenges ein Trommel- oder Drehrohrofen mit einerwasserstoffhaltigen Atmosphäre verwendet. In the method according to the invention for processing a residue mixture containing the elements iron and/or calcium for industrial use by at least partially separating at least one volatile element from this residue mixture in a furnace in which this residue mixture is designed as a granular residue mixture or at least has a granular portion, it is provided that the furnace is designed as a drum or rotary kiln and a process gas with a hydrogen portion is fed to the furnace for processing the residue mixture of more than 5% by volume, in particular more than 50% by volume. In other words, a drum or rotary kiln with a hydrogen-containing atmosphere is used to process the residue mixture.
Ein Trommelofen beziehungsweise ein Drehrohrofen (DRO) ist ein zylindrischer Ofen für Verfahrensprozesse, der sich in der Regel im Betrieb kontinuierlich um die eigene Achse dreht. Der Drehrohrofen weist oftmals eine leichte Neigung der Rotationsachse auf, die zusammen mit der Drehbewegung für einen Produkt- oder Brennstofftransport sorgt. A drum furnace or rotary kiln (DRO) is a cylindrical furnace for process processes that usually rotates continuously around its own axis during operation. The rotary kiln often has a slight inclination of the axis of rotation, which together with the rotational movement ensures product or fuel transport.
Es hat sich herausgestellt, dass bei der Verwendung eines Trommelofens oder eines Drehrohrofens für die Aufbereitung des Reststoffgemisches die Partikelgröße der einzelnen Partikel des Granulats deutlich kleiner sein kann als bei dem Drehherdofen, sodass ein vorbereitender Schritt einer Agglomeration von Reststoff-Partikeln, die in Form von Staubpartikeln oder ähnlichem vorliegen, entfallen kann. Auch das Handling eines solchen Trommel- oder Drehrohrofens ist deutlich einfacher als das eines Drehherdofens. Durch den Wasserstoffanteil in der Atmosphäre kann man - insbesondere in Kombination mit einer geringen Partikelgröße der Granulat-Partikel - zusätzlich eine chemische Reduktion von chemischen Komponenten des Granulat-Materials, zum Beispiel des Elements Eisen (Fe) bei einem dieses Element aufweisenden Reststoffgemenge, erreichen. It has been found that when using a drum furnace or a rotary kiln to process the waste mixture, the particle size of the individual particles of the granulate can be significantly smaller than with a rotary hearth furnace, so that a preparatory step of agglomerating waste particles in the form of dust particles or similar can be omitted. Handling such a drum furnace or rotary kiln is also much easier than that of a rotary hearth furnace. The hydrogen content in the atmosphere - especially in combination with a small particle size of the granulate particles - also enables a chemical reduction of chemical components of the granulate material, for example the element iron (Fe) in a waste mixture containing this element.
Die volatilen Elemente, von denen mindestens eines zumindest teilweise abzuscheiden ist, sind insbesondere die Elemente aus der folgenden Auflistung: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F und P. The volatile elements, at least one of which must be at least partially separated, are in particular the elements from the following list: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht das granuläre Reststoffgemenge oder der granuläre Anteil des Reststoffgemenges aus Partikeln, deren Partikelgröße zu 85 Gewichts-% kleiner als 10 Millimeter (10 mm) ist. According to a preferred embodiment of the invention, the granular residue mixture or the granular portion of the residue mixture consists of particles whose particle size is 85% by weight smaller than 10 millimeters (10 mm).
Mit Vorteil liegen dabei mehr als 50 Gewichts-%, insbesondere mehr als 80 Gewichts-%, des granulären Reststoffgemenges oder des granulären Anteils des Reststoffgemenges beim Einfüllen in den Trommel- oder Drehrohrofen in Form von Staub und/oder - vorzugsweise getrocknetem - Schlamm vor. Die Partikelgröße der Partikel des Staubs und/oder - vorzugsweise getrockneten - Schlamms liegt dabei im Mikrometerbereich, ist also kleiner 1,0 mm, vorzugsweise kleiner 400 pm. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Reststoffgemenge neben den Elementen Eisen und/oder Calcium auch das Element Kohlenstoff (C), vorzugsweise biogenen Ursprungs, auf. Kohlenstoff biogenen Ursprungs kommt aus einem nachwachsenden Rohstoff und nicht aus einem fossilen Rohstoff, hat also keinen fossilen Ursprung. Advantageously, more than 50% by weight, in particular more than 80% by weight, of the granular residue mixture or the granular portion of the residue mixture is in the form of dust and/or - preferably dried - sludge when it is filled into the drum or rotary kiln. The particle size of the particles of the dust and/or - preferably dried - sludge is in the micrometer range, i.e. less than 1.0 mm, preferably less than 400 pm. According to a further preferred embodiment of the invention, the residue mixture contains not only the elements iron and/or calcium but also the element carbon (C), preferably of biogenic origin. Carbon of biogenic origin comes from a renewable raw material and not from a fossil raw material, and therefore has no fossil origin.
Durch den Kohlenstoff im Reststoffgemenge reichert sich die Atmosphäre im Ofen bei der Aufbereitung des Reststoffgemenges mit Kohlenmonoxid (CO) an und weist mit Vorteil einen Anteil an Kohlenmonoxid von mehr als 5 Volumen-% auf. Das Kohlenmonoxid bildet sich durch die Reduktion von im Prozess entstehendem Wasserdampf an Kohlenstoff und verringert dadurch den für den Prozess notwendigen Wasserstoffbedarf. Due to the carbon in the residue mixture, the atmosphere in the furnace is enriched with carbon monoxide (CO) during the processing of the residue mixture and preferably has a carbon monoxide content of more than 5% by volume. The carbon monoxide is formed by the reduction of water vapor produced in the process to carbon and thus reduces the hydrogen required for the process.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Trommeloder Drehrohrofen bei der Aufbereitung des Reststoffgemenges mit ein Ofentemperatur von 830 °C bis 1030 °C, vorzugsweise von 880 °C bis 990 °C, betrieben. Dieser Temperaturbereich der Ofentemperatur hat sich sowohl für den Abscheideprozess als auch für einen optionalen Reduktionsprozess als vorteilhaft herausgestellt. According to yet another preferred embodiment of the invention, the drum or rotary kiln is operated at a kiln temperature of 830 °C to 1030 °C, preferably 880 °C to 990 °C, during the processing of the residue mixture. This temperature range of the kiln temperature has proven to be advantageous both for the separation process and for an optional reduction process.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Reststoffgemenge bei seiner Aufbereitung im Ofen der Ofentemperatur im Trommel- oder Drehrohrofen für eine Zeitdauer von 15 Minuten bis 150 Minuten ausgesetzt ist. Eine derartige Zeitdauer hat sich in Kombination mit der genannten Ofentemperatur sowohl für den Abscheideprozess als auch für einen optionalen Reduktionsprozess als vorteilhaft herausgestellt. In particular, it is intended that the residue mixture is exposed to the furnace temperature in the drum or rotary kiln for a period of 15 minutes to 150 minutes during its processing in the furnace. Such a period of time, in combination with the furnace temperature mentioned, has proven to be advantageous both for the separation process and for an optional reduction process.
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass beim Abscheiden des mindestens einen volatilen Elements aus dem Reststoffgemenge dieses mindestens eine volatile Element über die Atmosphäre/eine Gasphase im Trommel- oder Drehrohrofen ausgetragen und in einer Filtereinrichtung abgeschieden wird. Preferably, it is further provided that when separating the at least one volatile element from the residue mixture, this at least one volatile element is discharged via the atmosphere/a gas phase in the drum or rotary kiln and separated in a filter device.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Prozessor einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung diesen Prozessor veranlassen, ein vorstehend genanntes Verfahren auszuführen. The invention further relates to a computer program product which comprises instructions which, when executed by a processor of a control and/or regulating device, cause this processor to carry out an above-mentioned method.
Bei der erfindungsgemäßen Aufbereitungsanlage zur Aufbereitung eines die Elemente Eisen und/oder Calcium aufweisenden Reststoffgemenges für eine industrielle Nutzung, die einen Ofen zum zumindest teilweisen Abscheiden mindestens eines volatilen Elements aus diesem Reststoffgemenge aufweist, wobei dieses Reststoffgemenge als granuläres Reststoffgemenge ausgebildet ist oder zumindest einen granulären Anteil aufweist, ist vorgesehen, dass der Ofen als Trommel- oder Drehrohrofen ausgebildet ist und die Aufbereitungsanlage eine Einrichtung zum Zuführen eines Prozessgases in den Trommel- oder Drehrohrofen umfasst, das einen Wasserstoffanteil von mehr als 5 Volumen-%, insbesondere von mehr als 50 Volumen-%, aufweist. Es ergeben sich auch hier die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Aufbereitungs-Verfahren genannten Vorteile: Wegfall des Agglomerationsschrittes, einfaches Handling und Möglichkeit zur Reduktion von Komponenten per Wasserstoff aus der Atmosphäre im Ofen. In the processing plant according to the invention for processing a the elements Iron and/or calcium-containing residue mixture for industrial use, which has a furnace for at least partially separating at least one volatile element from this residue mixture, wherein this residue mixture is designed as a granular residue mixture or at least has a granular portion, it is provided that the furnace is designed as a drum or rotary kiln and the processing plant comprises a device for supplying a process gas to the drum or rotary kiln, which has a hydrogen portion of more than 5% by volume, in particular of more than 50% by volume. The advantages mentioned in connection with the processing method according to the invention also arise here: omission of the agglomeration step, simple handling and the possibility of reducing components by means of hydrogen from the atmosphere in the furnace.
Die volatilen Elemente, von denen mindestens eines zumindest teilweise abzuscheiden ist, sind insbesondere die Elemente aus der folgenden Auflistung: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F und P. The volatile elements, at least one of which must be at least partially separated, are in particular the elements from the following list: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufbereitungsanlage ist vorgesehen, dass die Einrichtung zum Zuführen des Prozessgases ein Dosiersystem zur Bereitstellung eines wählbaren Wasserstoffanteils im Prozessgas umfasst. According to a preferred embodiment of the processing plant according to the invention, it is provided that the device for supplying the process gas comprises a dosing system for providing a selectable hydrogen content in the process gas.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufbereitungsanlage weist diese gasdichte Komponenten zur Nutzung des Prozessgases mit Wasserstoffanteil auf, von denen zumindest eine eine Komponente der Einrichtung zum Zuführen des Prozessgases in den Trommel- oder Drehrohrofen ist. Die hier angesprochene Gasdichtigkeit bezieht sich dabei insbesondere auch auf den Wasserstoffanteil, also das H2 im Prozessgas. According to a further preferred embodiment of the processing plant according to the invention, it has gas-tight components for using the process gas with a hydrogen content, at least one of which is a component of the device for feeding the process gas into the drum or rotary kiln. The gas-tightness referred to here also relates in particular to the hydrogen content, i.e. the H2 in the process gas.
Der Ofen weist bevorzugt eine Heizeinrichtung zur direkten oder indirekten Heizung auf, über die eine Ofentemperatur im Inneren des Ofens von bis zu 1030 °C erreichbar ist. Mittels dieser Heizeinrichtung wird der Ofen beim Aufbereitungsprozess mit einer Ofentemperatur von 830 °C bis 1030 °C, vorzugsweise von 880 °C bis 990 °C, betrieben. The furnace preferably has a heating device for direct or indirect heating, via which a furnace temperature inside the furnace of up to 1030 °C can be achieved. By means of this heating device, the furnace is operated during the processing process at a furnace temperature of 830 °C to 1030 °C, preferably from 880 °C to 990 °C.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Aufbereitungsanlage eine Steuer- und/oderIn particular, it is intended that the treatment plant shall have a control and/or
Regeleinrichtung zur Steuerung oder Regelung des Betriebs der Aufbereitungsanlage aufweist. Diese weist bevorzugt einen Prozessor auf, ist also computergestützt. Control device for controlling or regulating the operation of the processing plant This preferably has a processor, i.e. is computer-based.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Aufbereitungsanlage einen Gasauslass mit einer Filtereinrichtung zum Abscheiden des mindestens einen über die Atmosphäre/eine Gasphase im Trommel- oder Drehrohrofen ausgetragenen volatilen Elements aufweist. Furthermore, it is preferably provided that the processing plant has a gas outlet with a filter device for separating the at least one volatile element discharged via the atmosphere/a gas phase in the drum or rotary kiln.
Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Aufbereitungsanlage explizit zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens vorgesehen ist. Finally, it is advantageous that the treatment plant is explicitly designed to carry out the above-mentioned process.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen: The invention is explained below by way of example with reference to the attached drawing using a preferred embodiment, wherein the features shown below can represent an aspect of the invention both individually and in combination. They show:
Fig. 1 eine Aufbereitungsanlage zur Aufbereitung eines eisen- und/oder calciumhaltigen Reststoffgemenges für eine industrielle Nutzung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Fig. 1 shows a processing plant for processing an iron- and/or calcium-containing residue mixture for industrial use according to a preferred embodiment of the invention.
Die Fig. 1 zeigt eine Aufbereitungsanlage 10 zur Aufbereitung eines eisen- und/oder calciumhaltigen Reststoffgemenges 12 für eine industrielle Nutzung. Zentrale Einheit dieser Aufbereitungsanlage 10 ist ein Ofen 14 in Gestalt eines Trommel- oder Drehrohrofens 16 zum zumindest teilweisen Abscheiden mindestens eines volatilen Elements der folgenden Auswahl an Elementen: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F und P aus dem besagten Reststoffgemenge 12. Im Folgenden wird das Reststoffgemenge 12, welches die Elemente Eisen und/oder Calcium aufweist nur kurz Reststoffgemenge 12 genannt. Fig. 1 shows a processing plant 10 for processing a residual material mixture 12 containing iron and/or calcium for industrial use. The central unit of this processing plant 10 is a furnace 14 in the form of a drum or rotary kiln 16 for at least partially separating at least one volatile element from the following selection of elements: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P from the said residual material mixture 12. In the following, the residual material mixture 12, which contains the elements iron and/or calcium, is referred to simply as residual material mixture 12.
Der hier dargestellte Trommel- oder Drehrohrofen 16 ist als typischer Drehrohrofen (DRO) ausgebildet, also als ein Ofen 14 mit einem um seine Längsachse 18 drehbargelagerten Drehrohr 20, welches hier in der Figur geschnitten dargestellt ist, sodass der Innenraum des Drehrohrs 20 mit dem darin befindlichen Reststoffgemenge 12 sichtbar ist. Dieser Innenraum des Drehrohrs 20 bildet im Wesentlichen das Innere 22 des Trommel- oder Drehrohrofens 16. Die drehbare Lagerung des Drehrohrs 20 erfolgt über Lager 24, wobei der Ofen 16 weiterhin einen Antrieb 26 zum Drehen des Drehrohrs 20 um die Längsachse 18 aufweist. Das Drehrohr 20 ist über eine (nicht gezeigte) Heizeinrichtung direkt oder indirekt beheizbar und dient zur Aufnahme und Umwälzung des Reststoffgemenges 12 in seinem Innenraum 22. Durch eine leichte Neigung (von wenigen Grad) der Längsachse 18 gegenüber der Horizontalen wird eine Durchlaufrichtung des Reststoffgemenges 12 durch den Trommel- oder Drehrohrofen 16 von einem Einlauf 28 bis zu einem Auslauf 30 des Ofens 16 vorgegeben (Pfeil 32). Am Auslauf 30 verlässt das aufbereitete Reststoffgemenge 12 den Trommel- oder Drehrohrofen 16 und wird in einen - vorzugsweise geschlossenen - Behälter 34 verbracht. The drum or rotary kiln 16 shown here is designed as a typical rotary kiln (DRO), i.e. as a kiln 14 with a rotary tube 20 that is rotatably mounted about its longitudinal axis 18, which is shown in section in the figure so that the interior of the rotary tube 20 with the residual material mixture 12 located therein is visible. This interior of the rotary tube 20 essentially forms the interior 22 of the drum or rotary kiln 16. The rotary tube 20 is rotatably mounted via bearings 24, whereby the kiln 16 also has a drive 26 for rotating the rotary tube 20 about the longitudinal axis 18. The rotary tube 20 can be heated directly or indirectly via a heating device (not shown) and serves to receive and circulate the residual material mixture 12 in its interior 22. A slight inclination (of a few degrees) of the longitudinal axis 18 relative to the horizontal determines the direction in which the residual material mixture 12 flows through the drum or rotary kiln 16 from an inlet 28 to an outlet 30 of the kiln 16 (arrow 32). At the outlet 30, the processed residual material mixture 12 leaves the drum or rotary kiln 16 and is transferred to a - preferably closed - container 34.
Neben dem Trommel- oder Drehrohrofen 16 weist die Aufbereitungsanlage 10 weiterhin eine Zuführvorrichtung 36 zum Zuführen von Reststoffgemenge 12 in den Ofen 16, eine Einrichtung 38 zum Zuführen eines Prozessgases in das Innere 22 des Ofens 16 sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 40 zur Steuerung oder Regelung des Betriebs der Aufbereitungsanlage 10. Die Zuführvorrichtung 36 zum Zuführen von Reststoffgemenge 12 in den Trommel- oder Drehrohrofen 16 umfasst ihrerseits einen Vorratsbehälter 42 zum Vorhalten von Reststoffgemenge 12 und eine Fördereinrichtung 44 mit einer (nicht gezeigten) Förderschnecke, über die das Reststoffgemenge 12 aus dem Vorratsbehälter 40 zu dem Einlauf 28 des Trommel- oder Drehrohrofens 16 transportiert werden kann, beziehungsweise transportiert wird. Die Einrichtung 38 zum Zuführen eines Prozessgases umfasst hier im Beispiel mehrere Gasspeicher 46, 48 sowie ein Dosiersystem 50 zum dosierten Zuführen der Gase dieser Gasspeicher 46, 48 zu dem Auslauf 30 des T rommel- oder Drehrohrofens 16. Die Gasspeicher 46, 48 stehen stellvertretend als Beispiele für diverse Gasquellen. Eines der Gase ist Wasserstoff (H2), ein anderes ist beispielsweise Methan (CH4) oder Ammoniak (NH3). Über das Dosiersystem 50 der Einrichtung 38 kann der Wasserstoffanteil des Prozessgases beziehungsweise der Atmosphäre im Inneren 22 des Trommel- oder Drehrohrofens 16 eingestellt werden. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 40 zur Steuerung beziehungsweise Regelung des Betriebs der Aufbereitungsanlage 10 steuert Komponenten 26, 44, 50 des Trommel- oder Drehrohrofens 16, der Zuführvorrichtung 36 und/oder der Einrichtung 38 zum Zuführen des Prozessgases an. In addition to the drum or rotary kiln 16, the processing plant 10 also has a feed device 36 for feeding residual material mixture 12 into the kiln 16, a device 38 for feeding a process gas into the interior 22 of the kiln 16 and a control and/or regulating device 40 for controlling or regulating the operation of the processing plant 10. The feed device 36 for feeding residual material mixture 12 into the drum or rotary kiln 16 in turn comprises a storage container 42 for holding residual material mixture 12 and a conveyor device 44 with a conveyor screw (not shown), via which the residual material mixture 12 can be transported or is transported from the storage container 40 to the inlet 28 of the drum or rotary kiln 16. In this example, the device 38 for supplying a process gas comprises several gas storage units 46, 48 and a metering system 50 for metered supply of the gases from these gas storage units 46, 48 to the outlet 30 of the drum or rotary kiln 16. The gas storage units 46, 48 are representative examples of various gas sources. One of the gases is hydrogen (H2), another is, for example, methane (CH4) or ammonia (NH3). The hydrogen content of the process gas or the atmosphere in the interior 22 of the drum or rotary kiln 16 can be adjusted via the metering system 50 of the device 38. The control and/or regulating device 40 for controlling or regulating the operation of the processing plant 10 controls components 26, 44, 50 of the drum or rotary kiln 16, the feed device 36 and/or the device 38 for supplying the process gas.
Hier im gezeigten Beispiel wird der Trommel- oder Drehrohrofens 16 im Gegenstrombetrieb genutzt, bei dem sich das Reststoffgemenge 12 und das Gas im Inneren 22 des Ofens 16 in entgegengesetzte Richtung durch den Ofen 16 bewegen. Am Einlauf 28 befindet sich daher ein Gasauslass 52 mit einer Filtereinrichtung 54, in der sich die die besagten volatilen Elemente anreichern. Alternativ zum hier gezeigten Gegenstrombetrieb kann auch ein Gleichstrombetrieb mit entsprechendem Aufbau vorgesehen sein. In the example shown here, the drum or rotary kiln 16 is used in countercurrent operation, in which the residue mixture 12 and the gas inside 22 of the kiln 16 move in opposite directions through the kiln 16. At the inlet 28 there is therefore a gas outlet 52 with a filter device 54 in which the said volatile elements accumulate. As an alternative to the countercurrent operation shown here, a direct current operation with a corresponding structure can also be used. be provided.
Die Aufbereitungsanlage 10 und insbesondere deren Trommel- oder Drehrohrofen 16 wird nun derart betrieben, dass aus dem Reststoffgemenge 12 mindestens ein volatiles chemisches Element, insbesondere mindestens ein chemisches Element der folgenden Aufzählung von Elementen: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F und P zumindest teilweise abgeschieden wird. Dazu wird der Trommel- oder Drehrohrofen 16 bei der Aufbereitung des Reststoffgemenges 12 mit ein Ofentemperatur von 830 °C bis 1030 °C, vorzugsweise von 880 °C bis 990 °C, betrieben und dafür gesorgt, dass die Verweilzeit des Reststoffgemenges 12 im Innenraum 22 des Trommel- oder Drehrohrofens 16 bei dieser Ofentemperatur 15 Minuten bis 150 Minuten beträgt. Diese Parameter haben sich als besonders günstig für das Abscheiden der besagten Elemente herausgestellt. Auch eine optionale chemische Reduktion über den Wasserstoff in der Atmosphäre lässt sich mit diesen Parametern gut realisieren. Das von der Einrichtung 38 zugeführte Prozessgas hat einen Wasserstoffgehalt von mindestens 5 Volumen-%. The processing plant 10 and in particular its drum or rotary kiln 16 is now operated in such a way that at least one volatile chemical element, in particular at least one chemical element from the following list of elements: Zn, Pb, Na, K, CI, S, F and P, is at least partially separated from the residual material mixture 12. For this purpose, the drum or rotary kiln 16 is operated at a furnace temperature of 830 °C to 1030 °C, preferably 880 °C to 990 °C, during the processing of the residual material mixture 12 and it is ensured that the residence time of the residual material mixture 12 in the interior 22 of the drum or rotary kiln 16 at this furnace temperature is 15 minutes to 150 minutes. These parameters have proven to be particularly favorable for the separation of the said elements. An optional chemical reduction via the hydrogen in the atmosphere can also be easily implemented with these parameters. The process gas supplied by device 38 has a hydrogen content of at least 5% by volume.
Im Folgenden sollen gegebene Randbedingungen, mögliche Anwendungen, besonders günstige Verfahrensparameter und mögliche Vorteile der Erfindung und ihrer diversen Ausgestaltungen noch einmal mit anderen Worten beschrieben werden: In the following, given boundary conditions, possible applications, particularly favorable process parameters and possible advantages of the invention and its various embodiments will be described again in other words:
Es ergibt sich die Möglichkeit zum Recycling beziehungsweise zur Verwertung von: This creates the opportunity to recycle or utilize:
(a) eisenhaltigen Reststoffen mit einer Korngröße vorzugsweise < 10 mm, (a) iron-containing residues with a grain size preferably < 10 mm,
(b) kalkhaltigen Reststoffen mit einer Korngröße vorzugsweise < 10 mm, (b) calcareous residues with a grain size preferably < 10 mm,
(c) kohlenstoffhaltigen Reststoffen und insbesondere Biokohle mit einer Korngröße vorzugsweise < 10 mm, (c) carbonaceous residues and in particular biochar with a grain size preferably < 10 mm,
- Verwertung minderwertiger (Bio-) C-T räger (hoher Aschegehalt, geringer C-Gehalt von < 85 Gewichts%), - Utilisation of low-quality (bio-) C-carriers (high ash content, low C content of < 85% by weight),
- Verwertung von Walzzunder und anderen eisenhaltigen Stoffe, bspw. Späne, vorzugsweise mit einer Korngröße < 10 mm, wobei die Reststoffe insbesondere folgende Begleitelemente enthalten/ enthalten können (als chemische Elemente in diversen Verbindungen): - Utilisation of mill scale and other iron-containing materials, e.g. chips, preferably with a grain size < 10 mm, whereby the residual materials contain/can contain in particular the following accompanying elements (as chemical elements in various compounds):
Zn, Pb, Na, K, CI, F, Cu, P, Mn, V, Cr im Reststoffgemenge 12. Zn, Pb, Na, K, CI, F, Cu, P, Mn, V, Cr in the residue mixture 12.
Verwertung von zumeist verunreinigten Stäuben und Schlämmen und anderen feinkörnigen Reststoffen mit einer Korngröße vorzugsweise bis 10 mm bei gleichzeitiger zumindest teilweiser Entfernung der unerwünschten Begleitelemente Zn, Pb, Na, K, CI und F im Trommel- oder Drehrohrofens 16 unter einer H2-haltigen Atmosphäre. Eisenhaltige Einsatzstoffe werden dabei reduziert und können im Anschluss für einen erneuten Einsatz in der Stahlindustrie, beispielsweise im Elektrolichtbogenofen, Einschmelzer, Schmelz-Reduktionsofen (SAF: Submerged Arc Furnace) oder Konverter brikettiert werden. Recycling of mostly contaminated dust and sludge and other fine-grained residues with a grain size preferably up to 10 mm with simultaneous at least partial removal of the undesirable accompanying elements Zn, Pb, Na, K, CI and F in the drum or rotary kiln 16 under an H2-containing atmosphere. Iron-containing feedstocks are reduced in the process and can then be briquetted for reuse in the steel industry, for example in the electric arc furnace, smelter, smelting reduction furnace (SAF: Submerged Arc Furnace) or converter.
Es ergeben sich die folgenden Vorteile: wirtschaftliche Verwertung Fe- und/oder Ca-haltiger Reststoffe der Stahlindustrie sowie weiterer Industriezweige, The following advantages arise: economic utilization of Fe and/or Ca-containing residues from the steel industry and other industries,
Herstellung von HBI (heißbrikettiertes Eisen) oder kaltbrikettierten Eisens aus Reststoffen, Production of HBI (hot briquetted iron) or cold briquetted iron from waste materials,
Einsparung von Primärrohstoffen und/oder Saving of primary raw materials and/or
Verwertung minderwertiger (Bio-) C-Träger und Utilization of inferior (organic) C-carriers and
Rückgewinnung von Zn und Pb auch bei geringen Ausgangsgehalten in den Einsatzstoffen. Recovery of Zn and Pb even with low initial contents in the feedstocks.
Auch andere Metalle, die in den Reststoffen sind, können im Drehrohrofen reduziert werden und damit gegebenenfalls einer nachfolgenden Verwertung zugeführt werden. Die über die Gasphase ausgeschiedenen Begleitelemente lassen sich gegebenenfalls auch über Folgeschritte verwerten. Other metals that are in the residual materials can also be reduced in the rotary kiln and thus possibly be used for subsequent recycling. The accompanying elements that are separated out via the gas phase can also be used in subsequent steps if necessary.
Es ergibt sich also ein Verfahren zur Verwertung diverser Reststoffe (insbesondere feinkörnige Stäube, Schlämme und sonstige Reststoffe), wobei als maximale Korngröße eine Korngröße < 10 mm bevorzugt wird (größere Korngrößen bedingen längere Prozesszeiten und senken die Wirtschaftlichkeit). Der Trommel- beziehungsweise Drehrohrofenprozess unter einer H2-haltigen Atmosphäre ermöglicht die Reduktion der enthaltenen Eisenanteile, eine Verwertung auch C-haltiger Einsatzstoffe (sowohl fossiler Kohlenstoff (fossiler C), als auch Bio-Kohlenstoff (Bio-C) und beispielsweise Papier und Plastikanteile) und eine weitgehende Entfernung von K, CI, Zn, Pb, Na und optional F aus Reststoffen. Hierdurch wird die Anreicherung von Zn, Pb, Na, K und CI im Kreislauf auf ein zulässiges Maß begrenzt und die volatilen Stoffe können in der Filtereinrichtung 54 angereichert und anschließend wirtschaftlicher aufbereitet werden. Vorteilhaft werden während der Reduktion folgende Elemente aus dem Reaktionsprodukt über die Atmosphäre/Gasphase ausgetragen und mit den angegeben Abscheidegraden (bezogen auf den Ausgangsgehalt in kg) in der Filtereinrichtung 54 abgeschieden. This results in a process for the utilization of various residual materials (in particular fine-grained dust, sludge and other residual materials), whereby a grain size of < 10 mm is preferred as the maximum grain size (larger grain sizes require longer process times and reduce economic efficiency). The drum or rotary kiln process under an H2-containing atmosphere enables the reduction of the iron content, the utilization of C-containing feedstocks (both fossil carbon (fossil C) and bio-carbon (bio-C) and, for example, paper and plastic components) and the extensive removal of K, CI, Zn, Pb, Na and optionally F from residual materials. This limits the enrichment of Zn, Pb, Na, K and CI in the circuit to a permissible level and the volatile substances can be enriched in the filter device 54 and then processed more economically. Advantageously, during the reduction, the following elements are removed from the reaction product via the atmosphere/gas phase and separated in the filter device 54 with the specified separation degrees (based on the initial content in kg).
Durch das erfindungsgemäße Vorgehen werden die in Tabelle 1 aufgeführten Abscheidegrade für die genannten Elemente erreicht: By the procedure according to the invention, the separation efficiencies listed in Table 1 are achieved for the elements mentioned:
Tabelle 1 : Abscheidegrade ausgewählter volatiler Elemente Table 1: Separation efficiencies of selected volatile elements
Die Filterrückstände können optional insbesondere durch Auswaschung oder thermische Behandlung unter oxidierenden Bedingungen, beispielsweise im Trommel- und/oder Drehrohrofen 16, weiter aufbereitet werden, um die Alkalien und das Chlor von den Zn- und Pb-Oxiden zu trennen. Die Zn- und Pb-Oxide können optional in einem nachfolgenden Prozess unter reduzierenden Bedingungen zu metallischem Zn und Pb weiterverarbeitet werden (zuvor erwähnte Rückgewinnung von Zn und Pb). The filter residues can optionally be further processed, in particular by washing or thermal treatment under oxidizing conditions, for example in the drum and/or rotary kiln 16, in order to separate the alkalis and the chlorine from the Zn and Pb oxides. The Zn and Pb oxides can optionally be further processed in a subsequent process under reducing conditions to metallic Zn and Pb (previously mentioned recovery of Zn and Pb).
Das reduzierte Reaktionsprodukt wird nach dem Durchlauf durch den Trommel- und/oder Drehrohrofen 16 in einem geschlossenen Behältnis/Auffangbehälter 34 gesammelt und vor unerwünschter Rückoxidation geschützt. Anschließend wird das Material kompaktiert, vorzugsweise heiß- oder kaltbrikettiert. Dies ermöglicht den Transport und die Lagerung des Produkts als HBI-ähnlicher Einsatzstoff. After passing through the drum and/or rotary kiln 16, the reduced reaction product is collected in a closed container/collecting vessel 34 and protected from undesirable reoxidation. The material is then compacted, preferably hot or cold briquetted. This enables the product to be transported and stored as an HBI-like feedstock.
Vorteilhaft kann zur Brikettierung (Bio-) C und Kalk zugesetzt werden. Hierdurch wird das Aufschmelzverhalten der Briketts und die Bildung der Schlacke im Aufschmelzaggregat vorteilhaft verbessert. It is advantageous to add (bio-)C and lime to the briquetting process. This improves the melting behavior of the briquettes and the formation of slag in the melting unit.
Es ergeben sich die folgenden weiteren Merkmale: The following additional features arise:
- vorteilhaft Vortrocknung eventuell feuchter Ausgangsstoffe um (a) die Energieeffizienz zu erhöhen und (b) den Abgasvolumenstrom vorteilhaft zu vermindern, wobei sich ein Feuchtigkeitsgehalt von < 10 Gew.-%, vorteilhaft < 5 Gew.-%, gerechnet auf die Summe der Einsatzstoffe, vorteilhaft auf die Reduktionskinetik bei Zugabe von C-haltigen Reststoffen auswirkt und - advantageous pre-drying of possibly moist starting materials in order to (a) increase energy efficiency and (b) to advantageously reduce the exhaust gas volume flow, whereby a moisture content of < 10 wt. %, advantageously < 5 wt. %, calculated on the sum of the feedstocks, has an advantageous effect on the reduction kinetics when adding C-containing residues and
- die Atmosphäre im Inneren 22 des Trommel- und/oder Drehrohrofens 16 kann neben H2 auch folgende Bestandteile enthalten: CO, CO2, H2O, CH4 - the atmosphere inside 22 of the drum and/or rotary kiln 16 may contain, in addition to H2, the following components: CO, CO2, H2O, CH4
Die Zusammensetzung des in den Trommelofen/Drehrohrofen eingeleiteten Gases umfasst reaktive Bestandteile, bevorzugt entweder The composition of the gas introduced into the drum furnace/rotary kiln comprises reactive components, preferably either
- eine Mischung aus H2 und H2O, wobei der Wasserstoffgehalt > 70 Vol.-% beträgt, vorteilhaft > 80 Vol.-%, insb. vorteilhaft > 90 Vol.-% dementsprechend H2O kleiner 30 Vol.- %, vorteilhaft < 20 Vol.-%, insb. vorteilhaft < 10 Vol.-% oder - a mixture of H2 and H2O, where the hydrogen content is > 70 vol. %, advantageously > 80 vol. %, especially advantageously > 90 vol. %, accordingly H2O less than 30 vol. %, advantageously < 20 vol. %, especially advantageously < 10 vol. %, or
- eine Mischung aus 5 bis 90 Gewichts% H2+ H2O, Rest CO und CO2, wobei das Gewichtsverhältnis H2/H2O > 2,3, vorteilhaft > 4, insbesondere vorteilhaft > 8 und der CO2-Anteil im zugeführten Gasstrom auf < 20 Vol.-%, vorteilhaft < 10 Vol.-% und insbesondere vorteilhaft < 5 Vol.-% beschränkt wird - a mixture of 5 to 90% by weight H2+ H2O, the remainder CO and CO2, wherein the weight ratio H2/H2O is > 2.3, advantageously > 4, particularly advantageously > 8 and the CO2 content in the supplied gas stream is limited to < 20 vol.%, advantageously < 10 vol.% and particularly advantageously < 5 vol.%
- Der CO-Gehalt wird vorteilhaft auf < 30 Vol.-% beschränkt - The CO content is advantageously limited to < 30 vol.%
- sonstige mögliche Gasbestandteile beispielsweise N2 < 30 Vol.-%, < 85 Vol.-% NH3 andere in Summe < 10 Vol.-%. weitere Prozessparameter - other possible gas components, for example N2 < 30 vol.%, < 85 vol.% NH3 others in total < 10 vol.%. other process parameters
- die Temperatur im Ofen 16 beträgt 830°C bis 1030 °C, vorzugsweise 880°C bis 990 °C die Durchlaufzeit der Einsatzstoffe im Reduktionsbereich beträgt 15 bis 150 min. - the temperature in the furnace 16 is 830°C to 1030 °C, preferably 880°C to 990 °C; the throughput time of the feedstocks in the reduction area is 15 to 150 minutes.
Als Einsatzstoffe sind folgende Reststoffe nutzbar: The following waste materials can be used as input materials:
- beispielsweise Filterstäube vom EAF, Konverter, Vakuumbehandlung, Hallenentstaubung, Entschwefelung, Hochofen DR-Anlage etc., - for example filter dust from EAF, converter, vacuum treatment, hall dedusting, desulphurisation, blast furnace DR plant etc.,
- ferner Zunder, Flämmschlacken, Späne, Schlämme (beispielsweise Gichtschlamm vom Hochofen, Walzzunderschlämme aus Walzwerken, Schlämme aus dem Stahlwerk),- also scale, flame slag, chips, sludge (e.g. top sludge from blast furnaces, mill scale sludge from rolling mills, sludge from steelworks),
- sonstige Fe-haltige Reststoffe aus nicht stahlwerksinternen Industrieprozessen - other Fe-containing residues from non-steelworks industrial processes
- optional weisen die Reststoffe hierbei erhöhte Gehalte an Zn von > 2,5 Gew.-%, an Alkalien (K2O und Na2Ö) von in Summe > 0,5 Gew.-% und CI von > 0,15 Gew.-% auf.- optionally, the residues have increased contents of Zn of > 2.5 wt.%, of alkalis (K2O and Na2Ö) of > 0.5 wt.% and of CI of > 0.15 wt.%.
- optional weisen die Reststoffe Rückstände an Öl auf, - optionally, the residues contain oil residues,
- Korngröße der Einsatzstoffe liegt zu 85% < 10 mm, Rest kann Überkorn darstellen,- Grain size of the input materials is 85% < 10 mm, the rest may be oversize grain,
- optional: Fe-Gehalt des Endprodukts darf 50 Gew.-% nicht unterschreiten. Bezugszeichen - optional: Fe content of the final product must not be less than 50 wt.%. reference sign
10 Aufbereitungsanlage 10 processing plant
12 Reststoffgemenge 12 residue mixtures
14 Ofen 14 ovens
16 Trommel- oder Drehrohrofen 16 drum or rotary kiln
18 Längsachse 18 Longitudinal axis
20 Drehrohr 20 rotary kilns
22 Innenraum (Ofeninneres) 22 Interior (oven interior)
24 Lager 24 camps
26 Antrieb 26 drive
28 Einlauf 28 inlet
30 Auslauf 30 outlet
32 Pfeil (Durchlaufrichtung) 32 arrow (direction of travel)
34 Behälter 34 containers
36 Zuführvorrichtung 36 feeding device
38 Einrichtung zum Zuführen eines Prozessgases38 Device for supplying a process gas
40 Steuer- und/oder Regeleinrichtung 40 Control and/or regulating device
42 Vorratsbehälter 42 storage containers
44 Fördereinrichtung 44 conveyor system
46 Gasspeicher H2 46 H2 gas storage facilities
48 Gasspeicher (anderes Gas) 48 gas storage facilities (other gas)
50 Dosiersystem 50 dosing system
52 Gasauslass 52 gas outlet
54 Filtereinrichtung 54 filter device
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