TY - BOOK

T1 - Innovative Lösung für das Recycling hoch-zinkhaltiger Stahlwerksstäube

AU - Auer, Michael

N1 - gesperrt bis 13-02-2027

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Hoch-zinkhaltiger Stahlwerksstaub aus dem Elektrolichtbogenofen ist in der heutigen Betrachtung ein wichtiger Rohstoff für die Produktion von sekundärem Zinkoxid. Obwohl die Forschung und Entwicklung in den letzten Jahrzehnten einen Fokus auf umweltfreundlichere Recyclingverfahren für Stahlwerksstaub legten, konnten nur wenige, relevante Durchbrüche hinsichtlich einer innovativen Technologie erzielt werden. Die vorliegende Dissertation beinhaltet eine ausführliche Beschreibung der Entstehungsmechanismen, Eigenschaften, Anfallsmengen und derzeitigen Aufarbeitungsmöglichkeiten des Stahlwerksstaubes. Im Mittelpunkt steht die Prozesstechnologie des 2sDR-Prozesses sowie dessen Vorteile gegenüber anderen Verfahren. Das 2sDR-Verfahren verbindet ein Multi-Metall-Recycling mit einer Zero-Waste-Strategie, bei gleichzeitiger Erhöhung der ZnO-Produktqualität. Der Prozess basiert auf zwei Schritten, die den Kern der Technologie darstellen. Der erste Schritt umfasst eine thermische Behandlung, unter oxidierenden Bedingungen und führt zum Verdampfen der Halogenverbindung und anderen leicht flüchtigen Bestandteile im Stahlwerksstaub. Damit kann die Produktqualität im nachfolgenden Reduktionsschritt erhöht werden. Der zweite Prozessschritt (Reduktion) basiert auf einem Metallbad, das Kohlenstoff in gelöster Form beinhaltet. Neben der ZnO-Reduktion kommt es zu einer zusätzlichen Reduktion des Eisenoxids zu metallischem Eisen, das sich gemeinsam mit anderen Legierungselementen im Metallbad sammelt. Außerdem entsteht eine oxidische Phase, die hauptsächlich aus SiO2 und CaO besteht und nur geringe Anteile an potenziell umweltschädlichen Elementen beinhaltet. Das 2sDR-Verfahren bietet damit eine ökonomisch attraktive Strategie, gefährlichen Abfall (hoch-zinkhaltigen Stahlwerksstaub) in 100 % absetzbare Produkte zu transferieren. Die beiden Prozessschritte wurden im Zuge der vorliegenden Arbeit einer Überführung in den Pilot-Maßstab unterzogen. Dazu erfolgten Versuche in einer Thermowaage, in einem Top-Blown-Rotary-Converter und in einem Kurztrommelofen, um den ersten Schritt (Entfernung flüchtiger Bestandteile) abbilden zu können. Die Erkenntnisse aus diesen Versuchen führten zu einer Patentierung des ersten Prozessschrittes des 2sDR-Verfahrens. Reduktionsversuche erfolgten im Induktionsofen und in zwei verschieden Elektroöfen. Die Menge an behandeltem Stahlwerksstaub variierte zwischen 100 g und 800 kg. Die Versuchsergebnisse bestätigten die Umsetzbarkeit des 2sDR Konzepts inklusive aller Vorteile und resultierten in einem detaillierten Engineering des Prozesses, in der Erstellung eines Anlagenlayouts und einer Aufstellung der zu erwartenden operativen Kosten und Erlöse sowie notwendige Investitionssummen.

AB - Hoch-zinkhaltiger Stahlwerksstaub aus dem Elektrolichtbogenofen ist in der heutigen Betrachtung ein wichtiger Rohstoff für die Produktion von sekundärem Zinkoxid. Obwohl die Forschung und Entwicklung in den letzten Jahrzehnten einen Fokus auf umweltfreundlichere Recyclingverfahren für Stahlwerksstaub legten, konnten nur wenige, relevante Durchbrüche hinsichtlich einer innovativen Technologie erzielt werden. Die vorliegende Dissertation beinhaltet eine ausführliche Beschreibung der Entstehungsmechanismen, Eigenschaften, Anfallsmengen und derzeitigen Aufarbeitungsmöglichkeiten des Stahlwerksstaubes. Im Mittelpunkt steht die Prozesstechnologie des 2sDR-Prozesses sowie dessen Vorteile gegenüber anderen Verfahren. Das 2sDR-Verfahren verbindet ein Multi-Metall-Recycling mit einer Zero-Waste-Strategie, bei gleichzeitiger Erhöhung der ZnO-Produktqualität. Der Prozess basiert auf zwei Schritten, die den Kern der Technologie darstellen. Der erste Schritt umfasst eine thermische Behandlung, unter oxidierenden Bedingungen und führt zum Verdampfen der Halogenverbindung und anderen leicht flüchtigen Bestandteile im Stahlwerksstaub. Damit kann die Produktqualität im nachfolgenden Reduktionsschritt erhöht werden. Der zweite Prozessschritt (Reduktion) basiert auf einem Metallbad, das Kohlenstoff in gelöster Form beinhaltet. Neben der ZnO-Reduktion kommt es zu einer zusätzlichen Reduktion des Eisenoxids zu metallischem Eisen, das sich gemeinsam mit anderen Legierungselementen im Metallbad sammelt. Außerdem entsteht eine oxidische Phase, die hauptsächlich aus SiO2 und CaO besteht und nur geringe Anteile an potenziell umweltschädlichen Elementen beinhaltet. Das 2sDR-Verfahren bietet damit eine ökonomisch attraktive Strategie, gefährlichen Abfall (hoch-zinkhaltigen Stahlwerksstaub) in 100 % absetzbare Produkte zu transferieren. Die beiden Prozessschritte wurden im Zuge der vorliegenden Arbeit einer Überführung in den Pilot-Maßstab unterzogen. Dazu erfolgten Versuche in einer Thermowaage, in einem Top-Blown-Rotary-Converter und in einem Kurztrommelofen, um den ersten Schritt (Entfernung flüchtiger Bestandteile) abbilden zu können. Die Erkenntnisse aus diesen Versuchen führten zu einer Patentierung des ersten Prozessschrittes des 2sDR-Verfahrens. Reduktionsversuche erfolgten im Induktionsofen und in zwei verschieden Elektroöfen. Die Menge an behandeltem Stahlwerksstaub variierte zwischen 100 g und 800 kg. Die Versuchsergebnisse bestätigten die Umsetzbarkeit des 2sDR Konzepts inklusive aller Vorteile und resultierten in einem detaillierten Engineering des Prozesses, in der Erstellung eines Anlagenlayouts und einer Aufstellung der zu erwartenden operativen Kosten und Erlöse sowie notwendige Investitionssummen.

KW - Stahlwerksstaub

KW - hoch-zinkhaltig

KW - 2sDR

KW - Recycling

KW - steel mill dust

KW - high zinc containing

KW - recycling

KW - 2sDR

M3 - Dissertation

ER -