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Projekt 1.6

Sustainable processing of solid residue streams

Einleitung

Um eine nachhaltige Stahlindustrie zu erreichen, ist die Kreislaufwirtschaft eine der wichtigsten Säulen. Feinkörnige Stäube aus der Eisen- und Stahlerzeugung stellen sekundäre Ressourcen mit beträchtlichen Mengen an wertvollen Metallen dar, so dass die Notwendigkeit besteht, Metallfraktionen intern (im Stahlherstellungsprozess) und extern wiederzuverwenden. Das aktuelle Projekt konzentriert sich auf die Metallrückgewinnung durch pyrometallurgische und biohydrometallurgische Behandlung. Die Staubagglomeration für eine direkte Wiederverwendung ist ein weiteres Tätigkeitsfeld.

Das pyrometallurgische RecoDust-Verfahren zur selektiven Rückgewinnung von Eisen und Zink aus Stahlwerksstäuben wird eingesetzt, um die Auswirkung eines breiten Zinkinputs auf die Qualität der Endprodukte (eisenreiche RecoDust-Schlacke und Zinkoxid) zu untersuchen.

Ein nicht-pyrometallurgisches Biolaugungskonzept unter Verwendung von Mikroorganismen zur selektiven Metallrückgewinnung wird ebenfalls erforscht. Feinkörnige Rückstände aus der Stahlerzeugung, wie Hochofenstaub, Gießhallenstaub und Müllverbrennungsasche, sollen behandelt werden. Ziel ist es, den Biolaugungsprozess nach weiterer Optimierung in Laborreaktoren hochzuskalieren und eine Biolaugungs-Pilotanlage zu betreiben. Die im Leachingwasser gelösten Metalle sollen durch Fällung oder (bio)-elektrochemisch zurückgewonnen werden, wobei der Schwerpunkt auf dem Zink liegt.

Darüber hinaus soll die mechanische Aufbereitung (Agglomeration durch Brikettierung) von Konverterstaub stabile Briketts erzeugen. Das erforderliche Bindemittelsystem und dessen Menge sowie der optimale Anlagentyp werden definiert. Die Brikettierungsparameter sollten entsprechend der erwarteten industriellen Verwendung der agglomerierten Produkte angepasst werden. Die mechanische Stabilität (z. B. Druckfestigkeit) und die metallurgischen Eigenschaften werden bewertet. Darüber hinaus werden die Briketts auch hinsichtlich ihres Lagerverhaltens bewertet.

Ziele und Motivation

  • RecoDust-Behandlung von Konverter- und Elektrolichtbogenofenstäuben mit stark variierenden Zinkkonzentrationen (3-30 Gew.-% Zink)
  • Vergleichende Analyse der RecoDust-Technologie mit alternativen Technologien zur Extraktion oder Sublimation von Zink (FASTMET, Primus®, Waelz)
  • Definition und Optimierung eines Agglomerationsprozesses für BOF-Staub unter Verwendung des Konzepts der Heißbrikettierung und der kaltgebundenen Brikettierung
  • Modifizierung der Brikettier-Technologie zur Herstellung stabiler Briketts für ein stahlwerksinternes Recycling
  • Biolaugung von Hochofenrückständen und Müllverbrennungsflugaschen
  • Erforderlicher Nachbearbeitungsaufwand für das Auslaugungsprodukt aus der Behandlung von Stahlwerksstäuben unter Berücksichtigung spezifischer Anforderungen für eine interne Wiederverwendung im Stahlwerksprozess (z.B.: Feuchtigkeit, Phosphorgehalt)

Vorgehensweise

  • Schmelzkampagnen mit der RecoDust-Pilotanlage (Flash-Reaktor)
  • Analyse und Charakterisierung der Endprodukte (eisenreiche RecoDust-Schlacke und Zinkoxid)
  • Weiterentwicklung eines industriellen Konzepts für die Konverterstaub-Brikettierung
  • Brikettierungsversuche von Konverterstäuben (Heißbrikettierung und kaltgebundene Brikettierung) mit unterschiedlichen Staubzusammensetzungen und Festlegung geeigneter Brikettierungsparameter einschließlich der Auswahl der Brikettiertechnologie
  • Analyse der mechanischen und thermischen Stabilität der Staubbriketts (Festigkeit, Dichte, etc.) und begleitende spektroskopische und mikroskopische Brikettanalysen mittels Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Raman-Spektroskopie
  • Auswahl und Kultivierung geeigneter Mikroorganismen sowie Biolaugungsversuche von Stahlwerksstäuben, Müllverbrennungsflugaschen und Konverterschlacke unter verschiedenen Prozessbedingungen (Temperatur, pH-Wert, Verweilzeit)
  • Rückgewinnung von Zink aus dem Leachingwaser, z.B.: durch Fällung oder durch einen (bio)elektrochemischen Schritt

Ergebnisse und Anwendung

Um mit dem RecoDust-Verfahren aus Stahlwerksstäuben hochwertige eisen- und zinkhaltige Produkte zu gewinnen, sollen Kenntnisse darüber vorliegen, wie Elektrolichtbogenofenstäube mit unterschiedlichen Zinkgehalten behandelt werden können. Eine detaillierte Bewertung der Einsatzmöglichkeiten der RecoDust-Produkte für die weitere stahlwerksinterne und -externe Wiederverwendung soll vorliegen.

Es wird ein optimiertes Brikettierverfahren für Konverterstaub unter Verwendung eines effizient arbeitenden Bindemittels erwartet. Dieses Bindemittel soll in einem weiterentwickelten kaltgebundenen Brikettierverfahren eingesetzt werden, um Agglomerate mit ausreichender mechanischer und thermischer Festigkeit herzustellen.

Darüber hinaus wird ein hochskalierter Biolaugungsprozess für feinkörnige Stahlwerksrückstände in Abhängigkeit des verwendeten Einsatzmaterials erwartet. Es sollen optimierte Prozessparameterbereiche für eine maximale Metallrückgewinnung definiert und potentielle Wiederverwendungsmöglichkeiten der abgetrennten Metalle sowie des metallfreien ausgelaugten Rückstandes aus Konverterschlacke und Müllverbrennungsaschen quantifiziert werden. Anschließend sollen Erkenntnisse über den erforderlichen Nachbearbeitungsaufwand von Auslaugprodukten aus Stahlwerksstäuben gewonnen werden.