Einleitung
Eine möglichst hochentwickelte Kreislaufwirtschaft, d.h. die Schließung von Stoffkreisläufen, ist eine der wichtigen Säulen für eine nachhaltige metallurgische Industrie. Rückstände aus Prozessen der Eisen- und Nichteisenmetallurgie stellen Sekundärrohstoffe mit teils beträchtlichen Anteilen an Wertmetallen dar. Daher ist es das Bestreben, Prozesse zu entwickeln bzw. zu betreiben, um diese Reststoffe wiederzuverwerten. Die Benefits dieser Technologien liegen in einer Verringerung des Primärrohstoffbedarfs und des Deponievolumens für die Reststoffablagerung. Diese Vorteile münden in wirtschaftliche Einsparungen für die Betreiber metallurgischer Anlagen.
Im gegenständlichen Projekt 1.3 sollen Konzepte zur Behandlung und Verwertung von Reststoffen aus der eisen- und nichteisenmetallurgischen Industrie mit dem Ziel, Wertstoffe zurückzugewinnen bzw. diese Reststoffe im Prozess wiedereinzusetzen, weiterentwickelt werden. Neben der Prozessentwicklung stehen auch die Untersuchung der Schüttgutcharakteristik feinkörniger Reststoffe und deren stoffliches Verhalten bei der Agglomeration im Fokus.
Ziele und Motivation
- Konzept für ein RecoDust-Modul zur Verwertung von LD-Konverterstaub mit einer Kapazität von 1.000 kg/h
- Einblasfähige Sekundärrohstoffmischungen und stabile Agglomerate für die Kupferraffination
- Aufbereitungskonzept für kupferhaltige Sekundärrohstoffe zur Abtrennung von Störstoffen und Verunreinigungen
- Einfluss der Schüttguteigenschaften metallurgischer Stäube auf das Verhalten bei der Lagerung und Förderung
Vorgehensweise
Die geplante Methodik umfasst theoretische Arbeiten (Literaturstudien, Strömungssimulationen) sowie umfassende experimentelle Studien im Labor- und Pilotmaßstab. LD-Konverterstaub kann bis zu 15 Gew.-% Zink und über 50 Gew.-% Eisen enthalten. Um diese zurückzugewinnen, wurde der RecoDust-Prozess, ein pyrometallurgisches Verfahren, entwickelt. Im gegenständlichen Projekt werden experimentelle Schmelzkampagnen an der Flash-Reaktor Pilotanlage durchgeführt. CFD-Simulationen sollen die Auslegung der Komponenten eines RecoDust-Konzepts für einen LD-Staubdurchsatz von 1.000 kg/h unterstützen. Die beim RecoDust erzeugten Produkte (Zinkoxidstaub und eisenreiche Schlacke) werden analysiert und hinsichtlich ihrer Weiterverwendung bewertet.
Neben dem LD-Konverterstaub stehen auch weitere Prozessstäube im Fokus des Projektes 1.3. Reststoffe aus Abgasreinigungsanlagen von Sinteranlagen, Hochöfen und Elektrolichtbogenöfen (EAF) werden im Labor hinsichtlich ihrer Fließeigenschaften und der zeitabhängigen Koagulation mittels einer Ringscherzelle untersucht. Weitere, für die Fließfähigkeit wichtige Parameter wie der Schüttwinkel, die Schüttdichte und die Korngrößenverteilung werden gemessen. Die erhaltenen Daten werden hinsichtlich möglicher Zusammenhänge und Korrelationen analysiert. Reststoffe aus der Abgasreinigung einer Sinteranlage werden im Labormaßstab gelaugt. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Charakterisierung des nach der Laugung verbleibenden Rückstandes hinsichtlich seiner Zusammensetzung und der Eignung zur Rückführung in den Sinterprozess. Daneben wird das bei der Laugung erzeugte Abwasser bezüglich der weiteren notwendigen Behandlung analysiert. Zur Quantifizierung des Einflusses von EAF-Staub auf die Eigenschaften von Agglomeraten aus unterschiedlichen Reststofffraktionen mit und ohne EAF-Staub werden Agglomeratfestigkeiten unter bestimmten Betriebsbedingungen des Agglomerationsprozesses bestimmt.
Auch in der Nichteisenmetallurgie spielt Kreislaufwirtschaft eine bedeutende Rolle. Sekundärrohstoffe für die Kupferraffination enthalten oftmals unerwünschte Begleitelemente und müssen daher vor einem Einsatz aufbereitet werden. Ein Aufbereitungskonzept soll erstellt und getestet werden. Begleitende Literaturrecherchen sollen den notwendigen theoretischen Input liefern. Die aufbereiteten Materialien sollen anschließend einerseits agglomeriert werden. Andererseits geht es auch darum, feinkörnige Mischungen zu erzeugen, die in den Kupferraffinationsofen eingeblasen werden können. Resultate aus Laboruntersuchungen hinsichtlich der Festigkeit von Agglomeraten bzw. dem Lager- und Transportverhalten von feinkörnigen Materialien in pneumatischen Systemen bilden die Basis für ein Up-Scaling und für geplante Versuche am realen Raffinationsofen.
Ergebnisse und Anwendung
Am Ende des gegenständlichen Projektes 1.3 sollen Verfahrenskonzepte zur Rückführung und Nutzung feinkörniger Reststoffe aus metallurgischen Anlagen der Eisen- und Nichteisenindustrie vorliegen, um eine gesteigerte Reststoffeffizienz im Sinne der Kreislaufwirtschaft zu erzielen (Schließung von Stoffkreisläufen). Konkret soll das Konzeptdesgin eines industriell einsetzbaren RecoDust-Moduls zur Behandlung von LD-Konverterstaub mit einem Durchsatz von 1.000 kg/h vorliegen.
Eine verbesserte Auslegung von Komponenten zum Handling von Reststoffen aus Abgasreinigungsanlagen wird erwartet. Dies führt zu einer Verringerung des mit Lagerung und Transport verbundenen sicherheitstechnischen Risikos. Eine breitere Wissensbasis in der Laugung von Reststoffen aus der Sinterabgasreinigung erleichtert eine Konzeption dieses Prozesses für verschiedene Sinteranlagenbetreiber. Ein besseres Verständnis der Auswirkung von EAF-Stäuben in Mischungen zur Reststoffbrikettierung bildet die Basis für die Verwertung von EAF-Stäuben über diese Route.
Eine Rezeptur wird erwartet, welche bei der Brikettierung eine verbesserte Festigkeit mit reduzierter Aushärtedauer von kupferhaltigen Sekundärrohstoffen ermöglichen soll. Diese Agglomerate sollen für den Kupferraffinationsbetrieb tauglich sein. Daneben wird erwartet, dass eine problemlos pneumatisch förderbare Mischung feinkörniger kupferhaltiger Einsatzstoffe für den jeweiligen Ofenbetrieb zur Verfügung steht. Dies inkludiert auch all jene Parameter, welche den pneumatischen Transport charakterisieren. Daneben soll eine Machbarkeitsstudie zur Entfernung von Verunreinigungen aus kupferhaltigen Sekundärmaterialien vorliegen.
