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Patent Searching and Data


Title:
CHEMICAL PRETREATMENT AND PREHEATING OF STEEL SCRAP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/141036
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for reprocessing steel scrap, wherein the steel scrap is preheated with the aid of exhaust gases arising in a melting furnace. In order to prevent dioxins, furans, or other problematic organic substances from forming in the exhaust gases during the preheating of the steel scrap, the steel scrap is pretreated before the preheating by introducing the steel scrap into an alkaline and/or acidic solution. At the same time, the components of the steel scrap responsible for the formation of dioxins and furans in the exhaust gas are removed.

Inventors:
PILLKAHN, Hans-Bernd (Selvestrasse 51, Werdohl, 58791, DE)
Application Number:
EP2010/002868
Publication Date:
November 17, 2011
Filing Date:
May 10, 2010
Export Citation:
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Assignee:
PROGENF UG (HAFTUNGSBESCHRÄNKT) (Selvestr. 51, Werdohl, 58791, DE)
PILLKAHN, Hans-Bernd (Selvestrasse 51, Werdohl, 58791, DE)
International Classes:
C21C5/52; C21C5/56; C22B1/00; C22B7/00; C22B19/30; C25C1/16
Foreign References:
BE892897A11982-10-19
US3905882A1975-09-16
DE2709515A11977-09-15
EP0772015A11997-05-07
JP2002121612A2002-04-26
EP0479326A11992-04-08
US6258248B12001-07-10
JPH05125459A1993-05-21
DE102008056812A12010-05-27
Attorney, Agent or Firm:
SCHNEIDERS & BEHRENDT (Huestrasse 23, Bochum, 44787, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Aufarbeitung von Stahlschrott mit folgenden Schritten:

- Einbringen des Stahlschrotts in eine alkalische und/oder saure Lösung,

- Abtrennen der Lösung,

- Vorwärmen des Stahlschrotts mit Hilfe von Abgasen,

- Einbringen des Stahlschrotts in einen Schmelzofen und

- Abziehen der entstehenden Abgase und Verwendung der Abgase zur Vorwärmung weiteren Stahlschrotts.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlschrott metallbeschichtet ist und in Kontakt mit der alkalischen und/oder sauren Lösung eine zumindest teilweise Ablösung der Metallbeschichtung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung eine Zink- oder Zinnschicht oder eine hybridische Metallbeschichtung ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehenden Abgase keiner Abgasnachverbrennung unterzogen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die alkalische Lösung eine Natriumhydroxid- oder Kaliumhydroxidlösung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung mit der alkalischen Lösung bei einer Temperatur von mindestens 75 °C, insbesondere mindestens 85 °C, erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablösung der Metallbeschichtung als galvanische Korrosion erfolgt, wobei die Metallbeschichtung als Anode dient und ein zweites, in der alkalischen Lösung stabiles Metall als Kathode.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an die Anode und die Kathode eine externe Spannung angelegt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die saure Lösung eine Schwefelsäurelösung ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwefelsäurelösung 100 bis 300 g/l, bevorzugt 150 bis 250 g/l, insbesondere ca. 200 g/l H2S0 enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung mit der sauren Lösung bei einer Temperatur von 20 bis 60 °C, insbesondere ca. 40 °C erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der metallbeschichtete Stahlschrott vor dem Inkontaktbringen mit der alkalischen oder sauren Lösung mechanisch vorbehandelt, insbesondere zerkleinert, aufgeraut und/oder deformiert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die abgelöste Metallbeschichtung aus der Lösung insbesondere mittels Elektrolyse zurückgewonnen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzofen ein Elektroofen, insbesondere ein Schachtofen oder Fingerschachtofen ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlschrott auf eine Temperatur von 300 bis

1000 °C, insbesondere ca. 700 °C, vorgewärmt wird.

Description:
CHEMISCHE VORBEHANDLUNG UND VORWÄRMUNG VON STAHLSCHROTT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Stahlschrott mit metallischen Beschichtungen und/oder organischen Belägen für die Stahl- und Gusseisenerzeugung.

Die Stahl- und Gusseisenerzeugung erfolgt heutzutage in erster Linie über Blasverfahren, insbesondere das LD-Verfahren, über Kupolöfen sowie über Elektrostahlverfahren. Der Trend geht in Richtung der Elektrostahlherstellung mit Elektrolichtbogenöfen und Induktions-Schachtöfen, die sich auch und insbesondere mit 100 % Schrotteinsatz fahren lassen. Bei diesem Prozess wird elektrische Energie zum Aufschmelzen des eingesetzten Stahlschrotts verwendet. Im Elektrolichtbogenöfen wird die Wärme über Lichtbögen zwischen einer oder mehreren Elektroden und dem Einsatzgut erzeugt. Dabei sind sowohl Wechselstrom-Lichtbogenöfen als auch Gleichstrom-Lichtbogenöfen bekannt. Alternativ kann die Wärme wie bei Schachtöfen auch mittels Induktion erzeugt werden. Bekannt oder in der Entwicklung sind auch mit Erdgas betriebene Öfen zum Einschmelzen von Stahl-Sekundärrohstoffen (Schratten), sog. Primary Energy Melter (PEM).

Beim Elektrostahlverfahren wird aus Stahlschrott und ggf. weiteren Einsatzstoffen wie Eisenschwamm und Legierungselementen Stahl oder Gusseisen geschmolzen. Über dem flüssigen Stahl bildet sich dabei eine Schlackenschicht, in der sich für den Stahl unerwünschte Bestandteile sammeln. Gleichzeitig schließt die Schlackenschicht die Schmelze nach oben hin ab und schützt diese somit gegenüber der Atmosphäre.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Bei allen zuvor erwähnten Verfahren der Stahl- und Gusseisenerzeugung kann das hochkalorige Abgas dazu benutzt werden, Schrotte vorzuwärmen. Im LD- Verfahren, das heute nach Stand der Technik zwischen 20 % und 30 % der Rohstahlmenge über Schrottzusatz schmilzt, kann über das Schrottvorwärmen die Erhöhung der Schrotteinsatzquote angestrebt und die CO 2 -Emission durch verminderten Roheiseneinsatz reduziert werden. Auch bei der Elektrostahlerzeugung können die Abgase dazu verwendet werden, den im Tiegel aufzuschmelzenden Stahlschrott vorzuwärmen. Hierzu sind für die Elektrolichtbogenöfen diverse Konstruktionen, u. a. sog. Fingerschachtöfen, bekannt, bei denen der Schrott dem Elektroofen durch einen Schacht zugeführt wird, wobei die im Elektroofen entstehenden Abgase im Gegenstrom durch den Schacht geleitet werden, um den Stahlschrott vorzuwärmen. Die benötigte Energie zur Aufschmelzung des Schrotts, die mit Hilfe eines Lichtbogens oder mittels Induktion zugeführt werden muss, verringert sich entsprechend. Sowohl unter betriebswirtschaftlichen als auch unter Umweltgesichtspunkten wäre daher eine Schrottvorwärmung mittels Abgas vorteilhaft.

Als problematisch hat sich dabei jedoch herausgestellt, dass bei einer Schrottvorwärmung in erhöhtem Maße organische Verbindungen im Abgas auftreten, die umweltschädlich sind. In besonderem Maße gilt dies für dabei entstehende Dioxine und Furane, insbesondere polychlorierte Dibenzo-p- Dioxine und polychlorierte Dibenzofurane (PCDD, PCDF). Der Grund für das vermehrte Auftreten dieser Substanzen bei der Schrottvorwärmung ist die Abkühlung des Abgases auf eine Temperatur, bei der die organischen Komponenten nicht mehr zerstört werden.

Um die gesetzlich vorgesehenen Abgasgrenzwerte einzuhalten, ist daher eine Nachverbrennung der Abgase notwendig. Für eine CO-Nachverbrennung beispielsweise ist eine Erhitzung in Anwesenheit von Sauerstoff auf mindestens 600 °C, für die Zerstörung anderer flüchtiger organischer Substanzen eine Erhitzung auf mindestens 750 °C bei einer Verweilzeit von 1 ,5 s notwendig. Dioxine und Furane zersetzen sich erst bei Temperaturen oberhalb 850 °C, wobei ebenfalls eine Verweilzeit von mindestens 1 ,5 s notwendig ist. Anschließend muss dabei das Abgas möglichst rasch abgekühlt werden auf eine Temperatur von unter 250 °C, da es anderenfalls zu einer De-Novo- Synthese von Dioxinen und Furanen in einem Temperaturfenster zwischen ca. 300 und 800 °C kommen kann. Insgesamt werden dadurch, dass bei Durchführung einer Schrottvorwärmung eine gesonderte Abgasnachverbrennung notwendig ist, bei der die bereits abgekühlten Abgase auf eine Temperatur > 850 °C erhitzt werden müssen, die Vorteile der Schrottvorwärmung im Hinblick auf die Energiebilanz teilweise wieder aufgehoben. Die Energieeinsparung durch die Schrottvorwärmung wird durch die Abgasnachverbrennung, die z. B. durch Zufuhr von Erdgas im Abgasstrom durchgeführt werden kann, zu einem Großteil neutralisiert. Es verbleibt zwar eine gewisse Energieeinsparung, diese ist jedoch in betriebswirtschaftlicher Hinsicht kaum relevant, weshalb zurzeit in Deutschland nur ein Elektrolichtbogenofen von insgesamt 15 produzierenden unter Schrottvorwärmung mit Abgasnachverbrennung betrieben wird.

Insgesamt stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Aufarbeitung von Stahlschrott zur Verfügung zu stellen, das die Schrottvorwärmung erlaubt, ohne dabei eine verstärkte Bildung von Dioxinen und Furanen nach sich zu ziehen, die durch eine aufwendige Nachverbrennung beseitigt werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Aufarbeitung von Stahlschrott mit folgenden Schritten:

- Einbringen des Stahlschrotts in eine alkalische und/oder saure Lösung,

- Abtrennen der Lösung,

- Vorwärmen des Stahlschrotts mit Hilfe von Abgasen,

- Einbringen des Stahlschrotts in einen Schmelzofen und

- Abziehen der entstehenden Abgase und Verwendung der Abgase zur Vorwärmung weiteren Stahlschrotts. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei einer vorab geschalteten Behandlung des Stahlschrotts in saurer oder alkalischer Lösung gleichzeitig schädliche Beläge und Verunreinigungen des Stahlschrotts entfernt werden, die in besonderem Maße für die Entstehung von Dioxinen und Furanen verantwortlich sind. Derartige Verunreinigungen sind insbesondere Öle, Fette, Lacke, Gummi und Kunststoffbeschichtungen. Diese organischen Beläge lassen sich durch die Vorabbehandlung quasi vollständig entfernen.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Aufarbeitung metallbeschichteten Stahlschrott betrifft, insbesondere mit Zink oder Zinn oder hybridisch beschichteten Stahlschrott. In diesem Fall erfolgt bei der Behandlung mit der alkalischen/sauren Lösung zusätzlich zur Säuberung von organischen Oberflächenbelägen eine zumindest teilweise Ablösung der aufgebrachteten Metallschicht. Diese kann ggf. direkt aus der Lösung recycelt werden, was die Gesamtwirtschaftlichkeit des Prozesses weiter erhöht. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren aber für beliebige Arten von metallbeschichteten und unbeschichteten Schratten angewandt werden, beispielsweise sowohl für aus der Produktion stammende Neuschrotte als auch für Altschrotte. Der Stoffstrom sollte aber vor der Aufarbeitung im Sinne von aufbereitbaren Schratten gelenkt und ggf. sortiert werden.

Zwar sind einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus dem Stand der Technik bereits bekannt, neu ist jedoch das Gesamtverfahren. Von besonderer Bedeutung ist dabei der erfindungsgemäße Gedanke, dass mit der Entfernung der Metallschicht auf dem Stahlschrott nicht nur ein ohnehin wertvoller Rohstoff von dem Stahlschrott abgelöst und wiedergewonnen wird, sondern gleichzeitig die Energiebilanz der Stahlerzeugung deutlich verbessert wird, da einerseits eine Schrottvorwärmung mit Hilfe von Abgasen möglich ist, andererseits jedoch auf eine aufwendige Abgasnachverbrennung zur Zerstörung von Schadstoffen verzichtet werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund der Schrottvorwärmung deutlich weniger Zeit benötigt wird, um die Stahlschmelze herzustellen, so dass sich kürzere Abstichtintervalle (täp-to- tap-Zeiten) ergeben. Diese Zeitersparnis wird dazu verwandt, den heutigen leistungssteigernden Zusatz von Brennstoffen wie Erdgas und/oder Kohle und Sauerstoff für den eigentlichen Einschmelzvorgang wirkungsvoll zu reduzieren. Damit ergibt sich ein bedeutendes Potential zur Senkung der CO2-Emission der Elektrostahlherstellung auch auf der Stufe der Elektrostahlerzeugung selbst.

Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei Stahlschrott in immer größerem Maße um metallisch beschichteten Stahlschrott handelt, wird das Verfahren besonders wirtschaftlich, da die abgelöste Beschichtung in metallischer Form zurückgewonnen oder anderweitig eingesetzt werden kann. Insgesamt kann durch Schrottvorwärmung eine Energieeinsparung und eine Ofenleistungssteigerung von bis zu 25 % erreicht werden. Die Energieeinsparung zur Rückgewinnung der metallischen Wertstoffe liegt bei dem vorgeschlagenen Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren noch bedeutend höher.

Sinnvollerweise wird zudem vor dem Einbringen des Stahlschrotts in die alkalische/saure Lösung eine mechanische Vorbehandlung und Anarbeitung des Schrotts durchgeführt, um die Kontaktflächen zur Lösung zu vergrößern. Die mechanische Vorbehandlung kann insbesondere in einem Zerkleinern der Teile bestehen, bspw. durch Schreddern. Auch andere Arten der Aufrauung und Deformierung sind grundsätzlich geeignet. Auf diese Weise wird die Oberfläche des Stahlschrotts vergrößert und die Zahl der Angriffsstellen für die Lösung, die noch nicht mit einer Passivierungsschicht überzogen sind, erhöht. Von den durch die Vorbehandlung geschaffenen Störstellen aus kann sich die Ablösung der Beschichtungen fortsetzen. Darüber hinaus werden die einzelnen Schrottteile auf eine gut handhabbare Größe gebracht. Durch Verwendung von mechanisch vorbehandeltem Schrott mit sich in engen Grenzen bewegendem und spezifizierbarem Schüttgewicht ist man in der Lage, die Ofenleistung eines Elektroofens spürbar zu erhöhen. Öfen mit einer solchen Schrottzufuhr können im Gegensatz zum heute üblichen diskontinuierlichen Chargenablauf kontinuierlich betrieben werden.

Die Ablösung der organischen Oberflächenbeläge und damit verbunden ggf. der Metallschicht vom Stahlschrott kann sowohl in alkalischer als auch in saurer Lösung erfolgen, wobei ggf. auch eine nacheinander geschaltete Ablösung in beiden Medien denkbar wäre. Eine Ablösung in saurer Lösung hat den Vorteil, dass diese schneller und bei geringerer Temperatur durchgeführt werden kann, allerdings gehen hierbei auch gewisse Mengen Eisen mit in Lösung, die u.U. bei der Rückgewinnung des Beschichtungsmetalls wiederum abgetrennt werden müssen. Es hat sich allerdings gezeigt, dass das Vorhandensein von Ölen und Fetten in sauren Lösungen eine starke inhibitorische Wirkung gegen die Eisenauflösung entfaltet. Insofern ergänzen sich die erfinderischen Teilverfahrensschritte bei der Ablösung von organischen und metallischen Oberflächenbelägen. Es hat sich ferner gezeigt, dass bei Vorhandensein einer vorlaufenden Zinkmenge im sauren Elektrolyten die Zinkablösung vom Schrott beschleunigt vonstatten geht und die Eisenauflösung dabei verhindert wird. Auf der anderen Seite wird Eisen von einer alkalischen Lösung nicht angegriffen, eine Behandlung im Alkalischen muss jedoch über einen längeren Zeitraum bei erhöhter Temperatur erfolgen.

Stahl wird in steigendem Umfang mit einem Zinkbelag vor Korrosion geschützt. Bereits mehr als die Hälfte der Weltproduktion an Zink wird zu diesem Zweck industriell verbraucht. Entsprechend betrifft die Erfindung insbesondere die Aufarbeitung von verzinktem Stahlschrott. Die Energieeinsparung im Schmelzprozeß und die gleichzeitige vorlaufende Wiedergewinnung der metallischen Rohstoffe, insbesondere des Zinks, von der Oberfläche der Stahlschrotte sind zwei durch die Erfindung zusammengeführte Ressourceneffizienztechnologien.

Bei der alkalischen Lösung zur Vorbehandlung des Stahlschrotts handelt es sich typischerweise um eine Natrium- oder Kaliumhydroxidlösung, wobei Natriumhydroxid aus Kostengründen bevorzugt ist. Die Menge an Natrium- bzw. Kaliumhydroxid beträgt vorteilhafterweise mindestens 15 Gew.-%, um eine ausreichend schnelle Ablösung einer Metallschicht zu gewährleisten. Sinnvoll ist es darüber hinaus, die alkalische Lösung auf eine Temperatur höher als Raumtemperatur bspw. von mindestens 75 °C, vorteilhafterweise mindestens 85 °C zu erwärmen. Zusätzlich sollte eine Relativbewegung der Lösung zum Stahlschrott, beispielsweise durch Rühren oder ähnliche Maßnahmen, herbeigeführt werden.

Um die Auflösungsgeschwindigkeit der Metallbeschichtung weiter zu erhöhen, kann die Ablösung der Metallbeschichtung als galvanische Korrosion erfolgen, d. h. die Metallbeschichtung dient als Anode, an der die das Metall in Ionen überführende Oxidation stattfindet, während ein zweites, in der galvanischen Lösung stabiles Metall als Kathode fungiert, an der sich Wasserstoff entwickelt. Dies können Metalle mit einer vergleichsweise geringen Wasserstoffüberspannung sein, wie in der US 5,302,260 offenbart, beispielsweise Materialien auf Nickel- und Kobaltbasis mit großer Oberfläche, z. B. Raney-Nickel, Raney-Kobalt, Nickel-Molybdate, Nickelsulfide, Nickel- Kobaltthiospinelle usw. oder auch Metalle mit vergleichsweise hoher Wasserstoffüberspannung, beispielsweise eine Stahllegierung wie es die EP 0 996 774 B1 vorschlägt. Andere verwendbare Metalle sind Platin, Palladium, Gold oder Silber. Grund für die Beschleunigung der Metallschichtauflösung bei Anwesenheit eines weiteren Metalls ist die hohe Überspannung der Wasserstoffentwicklung z. B. an Zinkoberflächen und die daraus resultierende Hemmung des Prozesses. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, die aufzulösende Metallbeschichtung in elektrisch leitenden Kontakt mit Materialien zu bringen, an denen die Wasserstoffentwicklung ungehemmt ablaufen kann und die von der zur Auflösung der Metallbeschichtung eingesetzten alkalischen Lösung nicht angegriffen werden. Eine weitere Möglichkeit der Beschleunigung der Auflösung einer Zinkbeschichtung besteht im Zusatz von Eisensulfid, wie es die EP 1 626 098 A2 vorschlägt.

Eine Beschleunigung der Auflösung der Metallbeschichtung kann auch durch Anlegen einer externen Spannung an die Anode und die Kathode erfolgen. Einerseits wird auf diese Weise zwar der Energieaufwand erhöht, andererseits kann gerade in Fällen, in denen der Stahlschrott in Form von Bündeln mit schwer zugänglichen Oberflächen vorliegt, die Auflösungsgeschwindigkeit hiermit auf ein akzeptables Maß gebracht werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Auflösungsgeschwindigkeit schlägt die EP 0 479 326 B1 vor, nämlich die Zugabe eines Oxidationsmittels, insbesondere Natriumnitrats.

Verzinkter Stahlschrott kann auch vor dem Einbringen in die alkalische Lösung auf eine relativ hohe Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Zink von 419 °C, beispielsweise auf eine Temperatur von mindestens 500 oder 600 °C δ

gebracht werden. Der Zeitraum, über den der Stahlschrott bei dieser Temperatur gehalten wird, sollte bevorzugt ca. 10 bis 15 min betragen. Die Erwärmung bewirkt, dass das Zink aus der Zinkbeschichtung in den Stahl und Eisen aus dem Stahl in die Zinkbeschichtung diffundiert, wodurch der elektrische Kontakt zwischen den Metallen an der Oberfläche zunimmt, so dass sich die galvanische Korrosionsbeständigkeit des Stahlschrotts erhöht.

Die Zeitspanne des Eintauchens von verzinktem Stahlschrott in die alkalische Lösung beträgt typischerweise maximal zwei Stunden, beispielsweise 30 bis 60 min, kann jedoch bei Anwendung zusätzlicher Maßnahmen zur Beschleunigung der Auflösung auch kürzer sein.

Wenn die Auflösung einer Zinkbeschichtung in saurer Lösung durchgeführt wird, wird hierfür in der Regel eine Schwefelsäurelösung verwendet, die typischerweise 100 bis 300 g/l, bevorzugt 150 bis 250 g/l Schwefelsäure enthält. Im Vergleich zur basischen Behandlung reichen deutlich niedrigere Temperaturen und eine kürzere Zeit aus, beispielsweise 20 bis 60 °C, insbesondere ca. 40 °C. Bei dieser Temperatur und Verwendung einer 200 g/l H 2 SO 4 -Lösung reichen ca. 3 min Kontakt mit zu entzinkendem Stahlschrott aus. Ein gewisser Nachteil der sauren Entzinkung ist zwar, dass ein kleiner Anteil des Eisens aus dem Stahlschrott ebenfalls in Lösung geht, bei den angegebenen Temperaturen und Zeiten wird jedoch der unerwünschte Eiseneintrag vergleichsweise niedrig gehalten. Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Möglichkeiten zur Entfernung des Eisens aus einer Lösung bekannt, beispielsweise eine Fällung in Form des Hydroxids, in Form von Jarosit, Goethit oder Hämatit. Die entsprechenden Verfahren sind z. B. aus Ullmanns Enzyklopädie Technische Chemie, 4. Aufl., Band 24, S. 602 ff. bekannt.

Um die zugängliche Oberfläche des Stahlschrotts zu vergrößern, ist es sinnvoll, diesen vor dem Eintauchen in die alkalische Lösung mechanisch vorzubehandeln, insbesondere zu zerkleinern, aufzurauen und/oder zu deformieren. Auf diese Weise wird bewirkt, dass keine zu großen Stahlbleche in der Lösung vorhanden sind, bei denen die Ablösung der Beschichtungen einen zu großen Zeitraum in Anspruch nehmen würde. Darüber hinaus sorgt die Aufrauung bzw. Deformation dafür, dass neue Bereiche einer Metallbeschichtung dem Angriff der alkalischen Lösung ausgesetzt werden, die noch nicht von einer Passivierungsschicht überzogen sind. Von dort aus kann sich der weitere Auflöseprozess fortsetzen. Sinnvoll ist darüber hinaus auch eine Sortierung des anfallenden Stahlschrotts im Sinne eines effektiven Stoffstrommanagements, die dem hier geschilderten Prozess vorgelagert ist. Die Verwendung mechanisch vorbehandelten Stahlschrotts ermöglicht auch die kontinuierliche Chargierung des Schmelzofens.

Vor der Rückgewinnung des Metalls aus der Lösung mittels Elektrolyse sind in der Regel weitere Reinigungsschritte notwendig, die mehrere Schritte umfassen können. Dabei kann es sich zunächst um eine Fes Flüssig-Trennung handeln, gefolgt von einer Ausfällung des Eisens und einer Entfernung von Verunreinigungen mit edleren Metallen, beispielsweise Cadmium, durch eine sog. Zementierung mit Zinkstaub. Daneben können chemische Fällungsverfahren zum Einsatz kommen, beispielsweise die Fällung von Nickel mit Dimethylglyoxim oder von Kobalt mit α-Nitroso-ß-naphthol. Bei der Zementierung mit Zinkstaub können unterschiedliche Aktivatoren eingesetzt werden, beispielsweise Arsen, Antimon oder Kupfersulfat. Die Zementierung kann auch in mehreren Stufen zur Beseitigung unterschiedlicher Metallverunreinigungen erfolgen.

Das vom Stahlschrott abgelöste Metall, insbesondere das Zink, wird auf herkömmliche Weise mittels Elektrolyse zurückgewonnen.

Um eine möglichst vollständige Abtrennung der Verunreinigungen des aufzuarbeitenden Stahls in Form von Lacken, Fetten, Gummi, Kunststoffen etc. zu erreichen, kann der Stahlschrott vor oder nach dem Einbringen in die alkalische oder saure Lösung oder nach der Abtrennung dieser Lösung zusätzlich mit einem Abbeizmittel in Kontakt gebracht werden. Abbeizmittel, mit denen organische Verunreinigungen wie Lacke entfernt werden können, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Neben alkalischen Abbeizmitteln handelt es sich in der Regel um organische Lösungsmittel wie aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, Chlorkohlenwasserstoffe, Alkohole, Glykolether, Dicarbonsäureester, Aceton u.a. Besonders häufig wird Methylenchlorid zur Entfernung von Lacken von Metalloberflächen verwendet. Andere bekannte Abbeizmittel sind Phenole, Ameisensäure und Flusssäureester, Benzylformiat, N-Methylpyrrolidon zusammen mit einem Alkanolamin oder Wasserstoffperoxid. Die Wirkung kann durch Zugabe von Cosolvenzien, Emulgatoren, Verdunstungsverzögerern, Netzmitteln, Aktivatoren und Verdickungsmitteln optimiert werden.

Während die Vorbehandlung in einer alkalischen Lösung häufig ausreichend sein wird, um Lacke, Öle etc. zu entfernen, ist dies bei einer sauren Vorbehandlung u.U. nicht der Fall. Die zusätzliche Behandlung mit einem Abbeizmittel hat somit besondere Bedeutung bei der Vorbehandlung in saurer, insbesondere schwefelsaurer Lösung. Ggf. kann aber auch die Behandlung mit einer alkalischen und die Behandlung mit einer sauren Lösung kombiniert werden, beispielsweise in der Form, dass zunächst mit einer alkalischen Lösung die organischen Verunreinigungen von den Metallen abgelöst werden, während die Ablösung der Metallschicht im Wesentlichen bei der anschließenden Säurebehandlung erfolgt.

In der Regel kommt das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenhang mit einem Elektroofen, insbesondere einem Elektrolichtbogenofen, z. B. sog. UHP- Öfen (Ultra High Power) zum Einsatz, obgleich grundsätzlich auch andere Elektroofen wie Induktionsöfen denkbar sind. Insbesondere kann es sich um einen Schachtofen oder Fingerschachtofen handeln, wobei der Schacht dazu dient, einerseits mit dem Stahlschrott befüllt zu werden und andererseits die Abgase am Stahlschrott entlang zu leiten, um diesen auf eine erhöhte Temperatur vorzuwärmen. Denkbar ist jedoch auch die Anwendung der Erfindung im Zusammenhang mit anderen Schmelzöfen, die beispielsweise mit Erdgas betrieben werden.

Der Abgasstrom hat üblicherweise eine Temperatur in einer Höhe von ca. 1000 °C. So kann der Stahlschrott bereits auf eine deutlich erhöhte Temperatur vorgewärmt werden, die z. B. zwischen 300 und 1000 °C, insbesondere bei ca. 700°C liegen kann. Entsprechend verkürzt sich die Zeit, die benötigt wird, den Stahlschrott mit Hilfe von Lichtbögen oder von Induktion vollständig einzuschmelzen, deutlich. Da weniger Zeit für den Einschmelzvorgang benötigt wird, läuft auch der Gesamtprozess innerhalb des Schmelzofens schneller ab, so dass in kürzeren Intervallen Abstiche erfolgen können. Insgesamt erhöht sich somit die Effizienz eines erfindungsgemäß betriebenen Schmelzofens nicht nur in energetischer Hinsicht, sondern auch in Bezug auf die Produktivität.

Die gewonnene Betriebszeit kann bei Elektroofen so verwendet werden, dass bei mit dem Stand der Technik vergleichbarer Leistung heute eingesetzte und die Schmelzleistung zur Erzielung kurzer Abstichintervalle steigernde Zusatzstoffe wie Erdgas, Sauerstoff und Kohle nicht mehr in heutigem Umfang eingesetzt werden müssen. Dies reduziert den Kohlendioxidausstoß auf der Schmelzstufe und trägt bedeutend zur Umweltverträglichkeit des Stahl- und Gusseisenherstellungsverfahrens bei.

Gegebenenfalls kann die nach der Schrottvorwärmung verbleibende Restwärme der Abgase dazu verwendet werden, die alkalischen oder sauren Bäder, die zum Ablösen der Beschichtungen verwendet werden, aufzuheizen.

Aufgrund der Vorabentfernung von im Stahlschrott enthaltenen Zink kann auch die Aufarbeitung der Stäube, die bei der Stahlerzeugung zwangsläufig anfallen, problemloser erfolgen. Die Staubmenge wird durch die Vorbehandlung signifikant reduziert. In den Filterstäuben von Elektrostahlwerken finden sich wertvolle Rohstoffe in Form von Metalloxiden, insbesondere Eisenoxid, Chromoxid und Nickeloxid. Zinkoxid tritt beim erfindungsgemäßen Verfahren praktisch nicht mehr auf, da das Zink im Vorabentzinkungsschritt entfernt wurde. Mögliche Aufarbeitungsverfahren der Stäube sind die Wiedereinbringung in den Hüttenkreislauf, Magnetabscheideverfahren oder pyrometallurgische Prozesse.

Die Erfindung wird schematisch in Figur 1 anhand einer Entzinkung erläutert. Der verzinkte Stahlschrott wird in das Entzinkungsbad gebracht und dort von seiner Zinkschicht befreit. Anschließend wird der saubere und entzinkte Stahlschrott in einem Schacht im Gegenstrom durch die heißen Abgase des Elektroofens vorgewärmt, bevor der vorgewärmte Stahlschrott schließlich in den eigentlichen Elektroofen gelangt, in dem die Stahlerzeugung abläuft. Die Lösung hingegen, die im Entzinkungsbad verwendet wird, um die Zinkschicht vom Stahlschrott abzulösen, wird dem Zinkrecycling zugeführt.