Projektmenu

Einleitung

Projekt 1.4 beschäftigt sich mit der Aufbereitung von feindispersen Rückständen aus metallurgischen Anlagen und Prozessen sowie der Aufbereitung feinkörniger Rohstoffe. Forschungsschwerpunkte betreffen die Abtrennung von Wertstoffen (Zink, Eisen) aus metallurgischen Stäuben und Schlämmen sowie die Brikettierung von Stäuben und feinkörniger Kohle, um eine nachhaltige Rückführung von agglomerierten Reststoffen in bestehende Produktionsprozesse zu ermöglichen. Des Weiteren sollen die erzeugten Kohlebriketts in Kokereien eingesetzt werden. Neben der Eisen- und Stahlmetallurgie könnten rezyklierte Reststoffe auch für die Kupfermetallurgie interessante Rohstoffe darstellen, wobei diese Agglomerate vorwiegend in Schachtöfen eingesetzt werden. 

Feinkörnige oxidierende Stäube, aber auch Schlämme aus der trockenen und nassen Prozessgasreinigung können meist noch reaktive Komponenten wie metallisches Eisen und Branntkalk enthalten. Aufgrund des pyrophoren Charakters (mögliche spontane Selbstentzündung bei Kontakt mit Luftsauerstoff) müssen diese Reststoffe daher auch sicherheitstechnisch hinsichtlich deren Verhalten im Entstaubungssystem betrachtet werden. Im Speziellen gilt dies für Stäube des LD-Konvertergases (LD = Linz - Donawitz) bzw. des Abgases aus dem Elektrolichtbogenofen sowie des Weiteren für Reststoffe aus der Erzpelletsproduktion und für Schlämme, die für die Produktion von Hot Briquetted Iron (kurz HBI, Eisenschwammbriketts) verwendet werden. Diesbezüglich sollen Strategien zum sicheren Handling (Transport und Weiterverarbeitung) entwickelt werden.

Ziele und Motivation

  • Die anlagentechnische Optimierung des RecoDust Verfahrens zur Aufbereitung von Rückständen aus der Eisen- und Stahlerzeugung sowie die Konzeptentwicklungen zur Aufbereitung von Rückständen aus der Kupfermetallurgie
  • Eine Prozessentwicklung zur Brikettierung von metallurgischen Reststoffen und Feinkohle
  • Eine Untersuchung von oxidierenden Stäube in Abgasreinigungsaggregaten mit dem Ziel der Erstellung von Richtlinien für ein sicheres Staubhandling

Vorgehensweise

Die Durchführung von Versuchskampagnen im Labor- und Pilotmaßstab stellt eine wichtige Methode im gegenständlichen P 1.4 dar. Die im Zuge der vergangenen K1-MET Förderperioden konzipierte und an der Montanuniversität Leoben in Betrieb genommene Flash-Reaktor-Pilotanlage zur industriellen Umsetzung des RecoDust Verfahrens (Abtrennung von Zink und Eisen aus metallurgischen Reststoffen wie z.B. Stahlwerksstäuben) wird im weiteren Verlauf des Projektes anlagentechnisch optimiert. Weitere Schmelzkampagnen mit neuen Einsatzmaterialien werden durchgeführt.

Weitere Labor- und Pilotanlagenkampagnen betreffen die Agglomeration (Brikettierung) von metallurgischen Reststoffen (Stäube und Schlämme) aus der Stahlproduktion bzw. Kupfermetallurgie, des Weiteren aus Direktreduktionsprozessen (MIDREX®) sowie die Brikettierung von feinkörniger Steinkohle. Die Wahl von geeigneten Bindemitteln stellt in diesem Zusammenhang eine große Herausforderung dar, damit die erzeugten Briketts eine ausreichende Qualität aufweisen (mechanische Stabilität d.h. Dichte, Festigkeit, Abriebresistenz sowie geeignete chemische Eigenschaften d.h. eine gewisse Reduzierbarkeit der Briketts für eine Verwendung in Direktreduktionsprozessen).

Die agglomerierten Reststoffe können wieder in bestehende Produktionsprozesse rückgeführt werden und so zur Schließung von Stoffkreisläufen beitragen. Brikettierte Steinkohle von minderer Qualität, welche in der Regel nicht für eine Produktion von metallurgischem Koks in Kokereien geeignet ist (niedriger Inkohlungsgrad und schlechte Backeigenschaften), kann der Kokskohle beigemengt werden. Somit kann das Rohstoffspektrum für die Erzeugung von Stückkoks erweitert werden und zusätzlich trägt diese Methodik zu einer größeren Unabhängigkeit vom aktuellen Koksmarktpreis bei.

Laboruntersuchungen bilden auch die Grundlage zur Charakterisierung von Stahlwerksstäuben und Stäuben aus der Feinerzpelletsproduktion sowie von Schlämmen aus der HBI-Produktion hinsichtlich deren oxidierenden Charakters. In Gasreinigungssystemen bzw. bei der weiteren Verwendung und Verwertung (z.B. Lagerung, Transport,…) können derartige Reststoffe, welche metallisches Eisen enthalten, und somit einen pyrophoren Charakter aufweisen, bei bloßem Kontakt mit Luftsauerstoff zu glühen oder zu brennen beginnen und so das Gasreinigungssystem bzw. nachgeschaltete Verwertungsaggregate beschädigen. Diesbezüglich ist die Kenntnis der Zündeigenschaften (Temperaturbereich und Konzentrationsangaben für eine spontane Selbstentzündung) eine wichtige Voraussetzung für ein sicherheitstechnisch unbedenkliches Handling.

Begleitende Modellierungs- und Simulationsaktivitäten sowie wirtschaftliche Betrachtungen runden die in P 1.4 geplante Methodik ab. Beispielsweise sind bei der Flash-Reaktor-Weiterentwicklung Simulationen hinsichtlich des Brennerkonzeptes für eine großtechnische RecoDust-Anlage sowie die Ermittlung von Investitions- und Betriebskosten geplant.

Ergebnisse und Anwendung

Die Entwicklung von Konzepten und Verfahren hin zu Anlagen im großindustriellen Maßstab stellt ein primäres Umsetzungsziel der im K1-MET Projekt 1.4 geplanten Forschungsaktivitäten dar. Die Ergebnisse der Flash-Reaktor-Versuchskampagnen (RecoDust-Verfahren) sowie die labortechnisch durchgeführten Brikettierversuche von Reststoffen aus der Eisen- und Stahlproduktion sowie der Kupfermetallurgie sollen im Zuge von Up-Scaling-Planungen vom klein- in einen großtechnischen Maßstab umgesetzt werden.

Die im Labor durchgeführten Untersuchungen ausgewählter metallurgischer Reststoffe sollen zur Erstellung sicherheitstechnischer Empfehlungen bzw. Richtlinien vor allem für die Auslegung von Entstaubungsanlagen genützt werden. Zusätzlich soll eine Vorgehensweise für die sichere Handhabung (Förderung, Aufbereitung und Lagerung) beispielsweise in Form eines Pflichtenheftes erstellt werden. Ein Partner im P 1.4 entwickelt derzeit in einem weiteren COMET geförderten Projekt des K1-MET Programms (Projekt 1.5 - Lösungen zur Gasreinigung) eine trocken basierte energieoptimierte Entstaubung von Stahlwerksabgasen unter dem Namen MERCON® (Maximized Energy Recovery for CONverter). Durch die erstellten technischen Richtlinien und Hilfestellungen im P 1.4 kann ein wichtiger sicherheitstechnischer Beitrag geleistet werden, um die trocken basierte Reinigung von Stahlwerksgasen in der Eisen- und Stahlindustrie als zukünftigen Stand der Technik zu etablieren.