Ein großes Problem der eisen-und stahlerzeugenden Industrie liegt in den in großen Mengen anfallenden eisen-und schwermetallhältigen Reststoffen, wie zum Beispiel Ofenstäuben, Schlämmen, Walzzunder und dergleichen, die nur mit großem Aufwand einer Wiederverwertung zugänglich sind und daher meist deponiert werden, ohne aus ihrem Wertstoffinhalt Nutzen zu ziehen.

Aus ökologischer und wirtschaftlicher Sicht besteht ein Bedarf, die Reststoffe möglichst vollständig in verwertbare Produkte zu überführen und so Abfall zu vermeiden, welcher sonst deponiert werden müßte. Technisch und wirtschaftlich gut verwertbare Produkte, in welche die Reststoffe übergeführt werden können, sind dabei metallisches Eisen, eisenarme Schlacke, die in der Zementherstellung einsetzbar ist, und ein Konzentrat der flüchtigen Schwermetalle in Form der Oxide von Zink, Blei und Cadmium. Darüber hinaus ist eine möglichst weitgehende Nutzung der Prozeßabwärme ökologisch erwünscht.

Bei einem in der DE-A-44 39 939 beschriebenen Verfahren werden Reststoffe in einem Schmelzzyklon eingeschmolzen, die Schwermetalle verdampft und aus dem Abgas nach einer Oxidation als Staubfraktion abgeschieden. Die verbleibende Schlacke wird in einem Unterofen durch Aufblasen von Reduktionsgas und Sauerstoff weiter an Schwermetallen verarmt und in der Folge als Einsatzstoff für die Zement-oder Steinwolleherstellung verwendet. Eisenoxide werden in diesem Verfahren jedoch nicht zu metallischem Eisen reduziert, wodurch ein wesentlicher Bestandteil der Reststoffe ungenutzt bleibt.

Eine Vorrichtung zum Reduzieren und Einschmelzen von Eisenerz ist in der EP-A-0 735 146 beschrieben. Gemäß der EP-A-0 735 146 wird Eisenerz in einem Schmelzzyklon reduziert und geschmolzen und gelangt in ein sich unmittelbar unterhalb des Schmelzzyklons anschließendes metallurgisches Gefäß, in dem unter Bildung eines Prozeßgases aus auf die Schlacke-/Metallschicht aufgeblasener Kohle und eingeblasenem Sauerstoff die Endreduktion und das vollständige Aufschmelzen des Eisens stattfindet. Das reduzierende Prozeßgas wird teilweise mit Sauerstoff verbrannt und liefert auf diese Weise sowohl im Schmelzgefäß als auch im Schmelzzyklon die für die Schmelze und die Reduktion nötige Wärme. Die Abgase werden an der oberen Öffnung des Schmelzzyklons abgezogen.

Eine Verwertung von schwermetallhältigen Reststoffen wäre gemäß diesem Verfahren nicht möglich, da sämtliche Abgase an der oberen Öffnung des Schmelzzyklons abgezogen werden, wodurch die Verwirbelung des Materials im Schmelzzyklon beeinträchtigt wird und somit eine vollständige Verdampfung der Schwermetalle nicht mehr gewährleistet wäre. Zudem würde die Nachverbrennung der Abgase dazu führen, daß Schwermetalle bereits im Schmelzzyklon wieder zu festen Schwermetalloxiden oxidiert und im Schmelzzyklon daher wieder großteils abgeschieden würden.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist in der DE 35 36 635 A beschrieben. Gemäß diesem Verfahren werden die Reststoffe unter reduzierenden Bedingungen in einem Schmelzzyklon geschmolzen. Die verdampften Schwermetalle werden aus dem Gas abgetrennt und die Schlacke wird in einen Stahlkonverter auf das vorhandene Roheisen gegeben, wobei Eisenoxid aus der Schlacke mit dem im Roheisen vorhandenen Kohlenstoff zu Eisen reduziert wird.

Dieses Verfahren weist jedoch einige Nachteile auf. So ist der Einsatz an Schlacke aufgrund der geringen Kohlenstoffmenge im Roheisen auf etwa 50 kg/t Roheisen begrenzt, da sonst die Produktivität des Stahlkonverters wesentlich verringert würde. Das Reduktionspotential des Roheisens reicht für größere Mengen an eisenoxidhältiger Schlacke nicht aus. Die Flüssigchargierung derartig geringer Mengen an Schlacke führt zu Störungen des Produktionsablaufs am Konverter, insbesondere durch die zusätzlichen Kranoperationen, und dadurch ebenfalls zu einer Verringerung der Produktivität. Ein weiteres Problem stellen die in der Schlacke enthaltenen unerwünschten Begleitstoffe, wie Schwefel und Phosphor, dar, die zu einer Qualitätsminderung des im Stahlkonverter produzierten Stahls führen. Die Ausbeute an Eisen aus der Schlacke ist ebenfalls ungenügend, da die verbleibende Stahlwerksschlacke üblicherweise einen Gehalt an Eisenoxid von 20% bis 30% aufweist. Aufgrund des hohen Eisenoxidgehalts kann diese Schlacke auch nicht einer Verwertung in der Zementindustrie zugeführt werden.

Ein Verfahren zur Rückgewinnung von Eisen und Schwermetallen wie Zink und Blei aus Rückständen der Stahlindustrie ist in der AT 407 878 B beschrieben. Bei diesem Verfahren werden das schwermetallhältige Gas, das teilreduzierte Eisen und die Schlacke in einen unmittelbar mit dem Schmelzzyklon gekoppelten Ofen überführt, in welchen Reduktionsmittel und Sauerstoff zwecks Fertigreduktion des Eisens eingeblasen werden. Die für die Reduktion benötigte Energie wird über einen direkten Lichtbogen in den Ofen eingebracht. Das schwermetallhältige Gas wird gemäß diesem Verfahren außerhalb des Ofens nachverbrannt und die sich dabei bildenden Schwermetalloxide abgeschieden.

Aufgrund der unmittelbaren Kopplung des Ofens mit dem Schmelzzyklon ist es nicht möglich, die verschiedenen Produkte in ihrer für eine Weiterverarbeitung erforderlichen Form, insbesondere mit gleichbleibender hoher Qualität, zu erhalten. Die genaue Einstellung einer bestimmten Eisenanalyse oder einer bestimmten Temperatur der Eisenschmelze kann nicht bewerkstelligt werden. Weiters ist auch die Einstellung einer für die Nutzung in der Zementherstellung erforderlichen Zusammensetzung der Schlacke mit einem Eisengehalt von kleiner 2% nicht möglich.

Auch die Qualität des erzeugten Schwermetallproduktes leidet unter der direkten Kopplung des Schmelzzyklons mit dem Ofen, in dem die Reduktion zu Eisen stattfindet, da bei der Reduktion größere Mengen an Staub freigesetzt werden, die zusammen mit den Schwermetallen des schwermetallhältigen Gases aus dem Schmelzzyklon niedergeschlagen werden. Zudem wird die Prozeßkontrolle durch das Abstimmen der im Schmelzzyklon, im Ofen und in dessen Abgasleitung gleichzeitig ablaufenden Reaktionen erheblich erschwert.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das aus der österreichischen Anmeldung A 865/99 bekannte Verfahren und die bekannte Anlage derart weiterzuentwickeln, daß eisen-und schwermetallhältige Reststoffe, gegebenenfalls unter Zugabe von Eisenerz, zu 100 % in verwertbare Produkte gleichbleibender hoher Qualität umgewandelt werden und kein weiterer Abfall entsteht, wobei im Gegensatz zum bekannten Verfahren eine einfache Prozeßkontrolle und ein verläßlicher Betrieb der Anlage möglich sein sollen. Insbesondere sollen eine genaue Einstellung der Analyse und der Temperatur der Eisenschmelze sowie die Erzeugung einer in der Zementherstellung nutzbaren Schlacke mit einem Eisengehalt kleiner 2% ermöglicht werden. Weiters soll die Qualität des erzeugten Schwermetallproduktes verbessert werden.

Gegenüber konkurrierenden Verfahren soll eine Betriebskosteneinsparung resultieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in das metallurgische Gefäß einerseits Reduktionsmittel zugeführt werden, die Eisenoxide der Schmelze unter Bildung einer eisenarmen Schlacke zu Eisen reduziert werden und andererseits elektrische Energie zur zumindest teilweisen Deckung der Wärmeverluste und der Reduktionsenergie eingebracht wird.

Da im Abscheidegefäß lediglich eine Trennung von Schmelze und Gasen, jedoch noch keine Weiterbehandlung der im Zyklon erhaltenen Produkte erfolgt, werden die nachfolgenden Prozeßschritte, nämlich die Reduktion des Eisens, die Abtrennung der Schwermetalle von den Gasen sowie die Einstellung von Eisen-und Schlackequalität, völlig unabhängig voneinander und können damit ohne Rücksicht aufeinander jeweils in optimaler Weise durchgeführt werden. Dies führt zu einer besseren Qualität der Eisenschmelze, der Schlacke und des Schwermetallproduktes und bedingt eine deutlich einfachere Prozeßsteuerung und-kontrolle.

Vorzugsweise erfolgt die Abtrennung der verdampften Schwermetalle von den übrigen Gasen, indem die Gase unmittelbar nach dem Austritt aus dem Abscheidegefäß mittels Luft oder sauerstoffangereicherter Luft nachverbrannt und die Schwermetalle hierbei in eine feste oxidische Form gebracht und anschließend aus den Gasen abgeschieden werden. Die Abscheideeinrichtung ist hierbei bevorzugt als Schlauchfiltereinheit ausgebildet. Das abgesonderte Metalloxid, beispielsweise ZnO, kann als Ausgangsprodukt für die Zinkerzeugung eingesetzt werden.

Um den Prozeß ökonomischer zu gestalten, werden die Gase nach der Nachverbrennung vorteilhaft unter Erzeugung von Dampf in einem Wärmetauscher gekühlt.

In einer weiteren Variante werden die Gase unmittelbar am Austritt aus dem Abscheidegefäß mittels Wasser gequencht, die Schwermetalle werden kondensiert und mittels eines nassen Staubabscheideverfahrens, wie z. B. Venturiwäscher oder Naßelektrofilter, abgeschieden. In der wässrigen Phase oxidieren die Schwermetalle zu Oxiden, die anschließend abgetrennt werden. Die gereinigten Gase, unter denen sich brennbare Gase, wie Kohlenmonoxid und Wasserstoff, befinden, werden anschließend einer Nutzung, z. B. einer Verbrennung zur Energiegewinnung, zugeführt.

Zur direkten Reduktion des vorwiegend als FeO in der Schmelze vorliegenden Eisens werden als kohlenstoffhältige Reduktionsmittel Koks und/oder Kohle und/oder kohlenstoffhältige und/oder kohlenwasserstoffhältige Reststoffe in das metallurgische Gefäß eingebracht, vorzugsweise eingeblasen. Zu diesem Zweck ist das metallurgische Gefäß mit mindestens einer Lanze und/oder Düse zum Einblasen von Reduktionsmittel ausgestattet.

Im Fall der gewünschten Überführung von nichtflüchtigen Schwermetallen, die sich bei Zugabe von kohlenstoffhältigen Reduktionsmitteln nicht oder nur teilweise reduzieren lassen, in die Metallschmelze wird zur weiteren Reduktion ein stärkeres Reduktionsmittel, zum Beispiel Ferrosilizium oder Aluminium, in das metallurgische Gefäß eingebracht. Dieses wird im allgemeinen im Anschluß an die Reduktion mit kohlenstoffhältigen Reduktionsmitteln eingesetzt.

Weiters wird vorzugsweise ein Teil der zu reduzierenden Eisenoxide mittels bei der Reduktion von Eisenoxid mit kohlenstoffhältigem Reduktionsmittel entstehendem Kohlenmonoxid reduziert.

Die zur Reduktion und zur Deckung der Wärmeverluste benötigte Energie wird großteils durch die elektrische Energie eingebracht. Dies ist besonders vorteilhaft, da in Form von Kohlenstoff oder Kohlenwasserstoff eingebrachte chemische Energie nur teilweise genutzt werden kann, weil wegen der erforderlichen Eisenreduktion die Verbrennung nur bis zu einem gewissen CO/CO2-Verhältnis möglich ist. Die elektrische Energie wird vorzugsweise über Graphitelektroden eingebracht.

In einer weiteren Variante wird die elektrische Energie induktiv eingebracht.

Vorteilhaft werden die bei der Reduktion der in der Schmelze vorhandenen Metalloxide entstehenden Gase, im wesentlichen CO, welches auch teilweise für die Reduktion verbraucht wird, mittels Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft im oberen Bereich des metallurgischen Gefäßes teilweise nachverbrannt. Die teilweise Nachverbrennung von CO zu C02 liefert einen Teil der zur Abdeckung der Wärmeverluste und zur Reduktion benötigten Energie.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die benötigte Energie zum Teil mittels eines im metallurgischen Gefäß vorgesehenen Brenners eingebracht wird. Vorteilhaft wird die Schmelze während der Reduktion und/oder während des Einbringens von Energie gerührt, vorzugsweise durch Bodenspülen. Das metallurgische Gefäß ist hierzu mit einer Einrichtung zum Rühren ausgestattet, beispielsweise Bodenspülelementen oder anderen dem Fachmann bekannten Rührvorrichtungen.

Vorzugsweise erfolgt eine Konditionierung der Eisenschmelze dadurch, daß sie auf eine für einen nachfolgenden Gießvorgang geeignete Temperatur, bevorzugt mittels elektrischer Energie, aufgeheizt wird. Vorteilhaft wird durch Zugabe von Legierungsstoffen eine gewünschte Zusammensetzung der Eisenschmelze eingestellt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die im metallurgischen Gefäß entstehenden Gase abgesaugt und gereinigt, wobei der abgeschiedene Staub vorzugsweise als Reststoff dem Schmelzzyklon zugeführt wird, da der Staub Eisenkomponenten und auch Schwermetalle enthält.

Zweckmäßig werden die Schlacke und die Eisenschmelze getrennt abgegossen.

Im metallurgischen Gefäß wird nach dem Abgießen der Schlacke und der Eisenschmelze zweckmäßigerweise ein Metallschmelzsumpf zurückbehalten und im metallurgischen Gefäß als Vorlage mit hohem Kohlenstoffgehalt und hoher Temperatur für eine neue Schmelzencharge verwendet. Durch die Wärmekapazität der Restschmelze und deren Kohlenstoffgehalt kann eine Vergleichmäßigung des Prozesses erreicht bzw. der erste Reduktionsschritt der neuen Charge durchgeführt werden, bis wieder eine bestimmte Tiefsttemperatur und ein Tiefstkohlenstoffgehalt erreicht werden.

Dieser Schmelzsumpf wird vorteilhaft mit einer gewissen Menge an eisenarmer Schlacke bedeckt, die vorzugsweise aus Flugasche, Gießereisand und Koks und/oder Kohle gebildet wird, und Schmelzsumpf und Schlacke werden anschließend im metallurgischen Gefäß als Vorlage für eine neue Schmelzencharge verwendet. Diese saure Ausgangsschlacke bewirkt eine erhebliche Absenkung der Schmelztemperatur der nach der Reduktion resultierenden Schlacke, so daß die Reduktion bis zu relativ tiefen Temperaturen durchgeführt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Reduktion der Schmelze einerseits und die Konditionierung andererseits an getrennten Standorten durchgeführt, wobei ein transportables metallurgisches Gefäß verwendet wird. Hierdurch wird die Regelung der Prozeßschritte noch übersichtlicher und einfacher. In einer anderen Variante werden die Reduktion der Schmelze und die Einbringung der elektrischen Energie an getrennten Standorten durchgeführt, wobei ein transportables metallurgisches Gefäß verwendet wird.

Ein weiterer Vorteil der getrennten Schritte liegt darin, daß das Verfahren gleichsam semi- kontinuierlich durchgeführt werden kann, d. h., daß während der Reduktionsphase der Schmelze einer Charge die vorhergehende Charge konditioniert werden kann. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform werden mindestens zwei metallurgische Gefäße, vorzugsweise Pfannen, eingesetzt.

Vorzugsweise wird die Schmelze in der Zeit, in der in das transportable metallurgische Gefäß keine Schmelze zugeführt werden kann, insbesondere wenn sich das metallurgische Gefäß zum Abgießen und/oder Konditionieren der Schmelze und/oder zur Einbringung der elektrischen Energie an einem anderen Ort befindet, im Abscheidegefäß zwischengespeichert.

Alternativ wird die Schmelze zwischen dem Abscheidegefäß und dem transportablen metallurgischen Gefäß in einer ortsfesten Speichereinrichtung zur Überbrückung von Prozeßunterbrechungen, wie Aufheizperioden, Gefäßwechsel etc., zwischengespeichert. Zu diesem Zweck ist vorteilhaft anschließend an die Austrittsöffnung des Abscheidegefäßes eine Speichereinrichtung für die Schmelze in Form einer Kipprinne vorgesehen. Diese ist zweckmäßig mit Feuerfestmaterial ausgemauert und/oder zur Deckung von Wärmeverlusten mit einem Brenner ausgestattet.

Vorteilhaft werden die eisen-und schwermetallhältigen Reststoffe in schwermetallreiche und schwermetallarme Reststoffe getrennt gesammelt und getrennt im Schmelzzyklon eingesetzt und aus den Gasen abgetrennte Schwermetalle bei Einsatz schwermetallarmer Reststoffe den schwermetallreichen Reststoffen zugeführt.

In einer anderen Ausführungsform werden die aus den Gasen abgeschiedenen Schwermetalle gesammelt und wieder im Schmelzzyklon bis zu einer für die Ausschleusung gewünschten Anreicherung der Schwermetalle eingesetzt, insbesondere geregelt unter kontinuierlicher Messung einer oder mehrerer Schwermetallkonzentrationen im abgeschiedenen Staub.

Die Wärmeverluste aus dem Schmelzzyklon und/oder dem Abscheidegefäß werden bevorzugt zur Dampferzeugung eingesetzt. Zweckmäßigerweise sind der Schmelzzyklon und/oder das Abscheidegefäß dazu mit einer Kühleinrichtung, wie einer Verdampfungskühleinrichtung, ausgestattet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird die Schlacke nach dem Abgießen in geeigneter Weise erstarren gelassen, beispielsweise mittels Gießbett oder Trockengranulation, und als Einsatzmaterial für die Zementherstellung, beispielsweise als Klinker, verwendet.

Eine erfindungsgemäße Anlage zum Verwerten von eisen-und schwermetallhältigen Reststoffen, gegebenenfalls unter Zugabe von Eisenerz, ist durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet : ein im wesentlichen vertikaler Schmelzzyklon, der eine Bodenöffnung für den Austritt von Gasen und Schmelze, eine oder mehrere in den Schmelzzyklon mündende, im wesentlichen horizontale Zuführungen für feste Einsatzstoffe und für Gase und eine Zündeinrichtung aufweist, - ein an den Schmelzzyklon unmittelbar gekoppeltes Abscheidegefäß, welches eine Öffnung zum Austritt von Gasen und eine zweite Öffnung zum Austritt der Schmelze aufweist, - eine Abgasleitung, die von der Abgasöffnung des Abscheidegefäßes ausgeht und zu einer Einrichtung für die Abtrennung der Schwermetalle aus den aus dem Abscheidegefäß entweichenden Gasen führt, - mindestens ein metallurgisches Gefäß, welches mindestens eine Einrichtung zur Zuführung von Reduktionsmittel und mindestens eine Einrichtung zum Abgießen von Eisenschmelze und Schlacke aufweist, - eine Einrichtung zum Überführen der Schmelze von der Schmelzenäustrittsöffnung des Abscheidegefäßes in das metallurgische Gefäß und - eine Einrichtung zur elektrischen Beheizung des metallurgischen Gefäßes.

Vorzugsweise ist die vom Abscheidegefäß ausgehende Abgasleitung mit einer Öffnung zur Zufuhr von Luft oder sauerstoffangereicherter Luft ausgestattet. Die Öffnung ist bevorzugt in Form einer Schiebemuffe ausgebildet.

Weiters ist bevorzugt eine Vorrichtung zum Einblasen von Sauerstoff in das metallurgische Gefäß vorgesehen, um die bei der Reduktion entstehenden Gase nachzuverbrennen.

Das metallurgische Gefäß ist vorteilhaft mit einem ausreichend großen Volumen ausgestattet, um über dem Metallsumpf von der vorhergehenden Charge, dem Metall aus der Reduktion und der entstehenden Schlacke noch genügend Platz für die mit Schäumen verbundene Reduktionsreaktion aufzuweisen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Einrichtung zur elektrischen Beheizung in Form von Graphitelektroden oder einer induktiven Heizung ausgeführt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das metallurgische Gefäß als transportables Gefäß, insbesondere als Pfanne, ausgebildet.

Vorteilhaft ist eine Transporteinrichtung zum Verfahren des (r) metallurgischen Gefäße (s) vorgesehen.

Zweckmäßig sind Zuführeinrichtungen zum Zuführen stückiger und/oder feinkörniger Materialien in das metallurgische Gefäß vorgesehen, beispielsweise für Flugasche, Feinkohle etc.

In der vom Abscheidegefäß ausgehenden Abgasleitung ist vorzugsweise ein Wärmetauscher, insbesondere ein Dampfkessel, vorgesehen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei die Figur eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage bzw. des Verfahrens in Blockdarstellung veranschaulicht.

Um Reststoffe mit den für einen Einsatz im Schmelzzyklon benötigten Eigenschaften zu erhalten, werden diese einer Vorbehandlung unterzogen. Die eisen-und schwermetallhältigen Reststoffe, insbesondere die Schlämme, werden getrocknet, wobei die ölhältigen Schlämme gesondert behandelt werden. Weiters ist eine Trennung der Reststoffe in schwermetallreiche und-arme möglich. Dies hat unter anderem den Vorteil, daß bei Einsatz schwermetallreicher Reststoffe bereits bei einmaliger Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Schwermetallkonzentrat erhalten wird, welches sich zur Weiterverarbeitung eignet.

Die ölhältigen Schlämme, die meist hohe Anteile an organischen Komponenten aufweisen und deshalb nicht wie die übrigen Reststoffe direkt getrocknet werden können, werden beispielsweise vorgemischt und in den Aufgabebehälter chargiert. Von dort werden die Schlämme über ein Aufgabesystem in eine Misch-Trocknungs-Vorrichtung 1 dosiert, in welcher das chargierte Material mittels eines Thermo-Öl-Systems indirekt getrocknet wird.

Der Thermo-Öl-Generator wird dabei zum Beispiel mit Erdgas-Brennern aufgeheizt. Das Abgas des Trockners wird als Verbrennungsluft verwendet, so daß keine Kohlenwasserstoffe freigesetzt werden. Die getrockneten Schlämme werden in einen Pufferbehälter und von dort in den entsprechenden Vorratsbunker chargiert.

Die übrigen Schlämme werden in einem kontinuierlich arbeitenden Trockner 2 mittels Heißwind auf den für ein Einblasen in den Schmelzzyklon geeigneten Feuchtigkeitsgehalt getrocknet. Die Endfeuchte des Produkts wird dabei über die Abgastemperatur gesteuert, welche der Produktfeuchte direkt proportional ist. Das Abgas des Trockners wird in einem Zyklon grob-und in einem Schlauchfilter feinentstaubt. Das getrocknete Material wird zerkleinert und in einen Vorratsbunker chargiert.

Andere Reststoffe und/oder Reduktionsmittel, wie zum Beispiel Walzzunder oder Kohle, werden in geeigneten Vorrichtungen 3 auf eine Größe zerkleinert bzw. gemahlen, die für ein Einblasen in den Schmelzzyklon akzeptabel ist, und danach in einem entsprechenden Silo gelagert.

Stäube werden ohne Vorbehandlung pneumatisch in Vorratssilos gefördert, von wo sie kontinuierlich entnommen werden, um mit den übrigen Reststoffen und, falls Schlackenbildner nicht in ausreichender Menge in den Reststoffen enthalten sind, Zuschlagstoffen in entsprechenden Mengenverhältnissen gemischt zu werden. Eine Zugabe von Zuschlagstoffen soll jedoch möglichst vermieden werden, indem eine entsprechende, ausreichend Schlackenbildner enthaltende Mischung von verschiedenen Reststoffen ausgewählt wird.

Die Einsatzmaterialien Reststoffe, Reduktionsmittel und Zuschlagstoffe, welche alle im wesentlichen wasserfrei sein sollten, werden in den entsprechenden Mengen in einen Intensivmischer 4 kontinuierlich eingebracht und homogenisiert. Vom Mischer 4 gelangt das Stoffgemisch zu einem groben Sieb 5, wo Teilchen mit einer Größe über 4 mm aus dem Gemisch entfernt werden. Das gesiebte Gemisch wird in Vorratssilos, vorzugsweise getrennt für schwermetallreiche und-arme Reststoffe, gelagert.

Mittels pneumatischer Systeme wird das genau abgewogene Feststoffgemisch mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft in den im wesentlichen vertikalen, zylinderförmigen Schmelzzyklon 6 im wesentlichen tangential eingeblasen, verwirbelt und durch einen mit Sauerstoff und einem gasförmigen Brennstoff gespeisten Brenner, welcher in den Zyklonbrenner integriert ist, gezündet. Der Zyklonbrenner weist neben dem zur Zündung vorgesehenen Hilfsbrenner ein Feuerkontrollsystem, eine Flammendetektion und ein Überwachungssystem auf. Es können auch mehrere Brenner an verschiedenen Stellen des Schmelzzyklons 6 vorgesehen sein.

Im Inneren des Schmelzzyklons 6 findet eine Reduktion der in den Reststoffen enthaltenen Eisenoxide und flüchtigen Schwermetalle sowie gegebenenfalls des Eisenerzes statt, wobei Eisenoxide vorwiegend zu FeO und die flüchtigen Schwermetalle zum Metall reduziert werden. Weiters wird eine Verdampfung der flüchtigen Schwermetalle, eine Teiloxidation und/oder Vergasung der kohlenstoff-und/oder kohlenwasserstoffhältigen Reduktionsmittel sowie ein Aufschmelzen der übrigen festen Anteile der Einsatzstoffe durch die im Schmelzzyklon 6 herrschenden Reaktionsbedingungen und hohen Temperaturen bewirkt.

Vom Schmelzzyklon 6 gelangen die Gase und die Schmelze gemeinsam in ein unmittelbar gekoppeltes, d. h. lediglich über ein passendes Anschlußstück verbundenes, bevorzugt unterhalb des Schmelzzyklons 6 angeordnetes Abscheidegefäß 7-zur Verdeutlichung der apparativen Einheit sind der Schmelzzyklon 6 und das Abscheidegefäß 7 in der Figur mit einer strichlierten Umrandung versehen-, in welchem eine Trennung von Schmelze und Gasen erfolgt. Das Abscheidegefäß ist beispielsweise als zylinderförmiges Gefäß mit horizontaler Achse ausgebildet, das eine Öffnung zum Austritt von Gasen und eine zweite Öffnung zum Austritt der Schmelze aufweist.

Das Abscheidegefäß kann aber auch als zumindest teilweise mit Feuerfestmaterial ausgemauerter oder ausgekleideter Behälter, insbesondere als zylindrischer Behälter mit vertikaler Achse oder als quaderförmiger Behälter ausgebildet sein.

Sowohl das Abscheidegefäß 7 als auch der Schmelzzyklon 6 sind vorzugsweise mit einer Kühleinrichtung ausgestattet, beispielsweise in Form einer wassergekühlten Doppelmantelkonstruktion oder einer dampfgekühlten Rohr-Rohr-oder Rohr-Steg-Rohr- Konstruktion, um deren Wärmeverluste zur Erzeugung von überhitztem Dampf zu nutzen.

Gespeist wird die Kühleinrichtung mit Kesselspeisewasser bzw. dessen im Kreis geführtem Kondensat.

Die schwermetallhältigen Gase, darunter auch Kohlenmonoxid und Wasserstoff, werden nach ihrem Austritt aus dem Abscheidegefäß mittels Luft oder sauerstoffangereicherter Luft, die durch eine Öffnung in der Abgasleitung, zum Beispiel in Form einer Schiebemuffe, eingeblasen wird, nachverbrannt. Hierbei werden die verdampften Schwermetalle in eine feste oxidische Form überführt und bilden in den Gasen einen feinen Staub. Vorzugsweise werden die Gase nach der Nachverbrennung zwecks Dampferzeugung durch einen Wärmetauscher 8, z. B. einen Dampfkessel, geführt und gekühlt, wobei ein Teil des Schwermetallstaubes abgeschieden wird. Um die Heizflächen des Wärmetauschers von abgeschiedenen Stäuben sauber zu halten, können dabei automatische Reinigungsvorrichtungen vorgesehen sein sowie eine Vorrichtung, die den Schwermetallstaub aus der Kühleinrichtung entfernt und ihn zu dem entsprechenden Silo transportiert, in Abhängigkeit davon, ob der Staub von schwermetallreichen oder-armen Reststoffen stammt.

Die abgekühlten Gase werden durch Zumischen von Umgebungsluft weiter. gekühlt, um die für den Filter 9, z. B. Schlauchfilter, benötigte Eintrittstemperatur zu erreichen, wo die Schwermetalloxide endgültig abgeschieden werden. Die gereinigten Gase werden an die Atmosphäre abgegeben. Werden die Reststoffe in schwermetallarme und-reiche getrennt gesammelt und eingesetzt, wird der abgeschiedene Schwermetalloxidstaub von schwermetallarmen Reststoffen den schwermetallreichen Reststoffen zugeführt. Alternativ kann der abgeschiedene Staub unter kontinuierlicher Messung der Schwermetallkonzentration solange wieder als Reststoff eingesetzt werden, bis eine gewünschte Anreicherung an Schwermetallen erfolgt ist.

Alternativ können die schwermetallhältigen Gase nach dem Austritt aus dem Abscheidegefäß 7 gequencht, kondensiert und die dabei entstandenen Schwermetalloxide naßabgeschieden werden.

Die Schmelze wird aus dem Abscheidegefäß 7 über eine Abstichrinne in ein metallurgisches Gefäß 10 überführt. Das Gefäß 10 ist mit einem heb-und schwenkbaren gekühlten, mit entsprechenden Öffnungen versehenen Deckel verschlossen. Im metallurgischen Gefäß findet die Hauptreduktion der Eisenoxide statt, wobei die entstehende Schlacke eisenarm ist. Als kohlenstoffhältige Reduktionsmittel zur direkten Reduktion werden Koks und/oder Kohle und/oder kohlenstoffhältige und/oder kohlenwasserstoffhältige Reststoffe, vorzugsweise Feinkohle, Feinkoks, kohlehaltige Stäube, Reifenschredder, Kunststoffschredder, Petrolkoks etc., eingesetzt. Zusätzlich wird der im Metall gelöste Kohlenstoff verwendet.

Sind in den Reststoffen nichtflüchtige Schwermetalle enthalten, die sich bei Zugabe von kohlenstoffhältigen Reduktionsmitteln nicht oder nur teilweise reduzieren lassen, kann ein stärkeres Reduktionsmittel, beispielsweise Ferrosilizium oder Aluminium, allein oder im Anschluß an die Reduktion mit kohlenstoffhältigen Reduktionsmitteln eingesetzt werden, wobei aus wirtschaftlichen Gründen die zweite Alternative bevorzugt ist.

Das bei der direkten Reduktion durch kohlenstoff-und kohlenwasserstoffhältige Reduktionsmittel entstehende Kohlenmonoxid kann ebenfalls zur Reduktion der Eisenoxide herangezogen werden.

Feinkörnige Reduktionsmittel werden beispielsweise mittels feuerfester Tauchlanzen oder Düsen in die Schmelze eingeblasen ; es kann aber auch eine Vorrichtung zum Einbringen von stückigen Materialien im metallurgischen Gefäß 10 vorgesehen werden.

Vorteilhafterweise wird sowohl während der Reduktionsperiode als auch während der Heizperiode eine entsprechende Badbewegung durch Rührvorrichtungen, wie zum Beispiel Bodenspüldüsen, erzeugt.

Die während der Reduktion mit kohlenstoffhältigen Reduktionsmitteln entstehenden Gase, vorwiegend CO, werden vorteilhaft mit in das metallurgische Gefäß 10 eingeblasenem Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft im oberen Bereich des Gefäßes 10 nachverbrannt und verbessern damit die Energiebilanz. Die eigentliche Beheizung des metallurgischen Gefäßes 10 erfolgt mittels elektrischer Energie, die teilweise auch mit Hilfe des durch Kühlung erhaltenen Heißdampfes erzeugt werden kann. Die elektrische Energie kann über Elektroden oder induktiv eingebracht werden, wobei die Einrichtung zur Beheizung des metallurgischen Gefäßes 10 im Fall eines transportablen metallurgischen Gefäßes auch gefäßunabhängig an einem anderen Standort eingerichtet sein kann. Es ist dadurch möglich, das Verfahren semi-kontinuierlich mit zumindest zwei transportablen metallurgischen Gefäßen durchzuführen, wobei die metallurgischen Gefäße zum Zwischen-bzw.

Endaufheizen jeweils zu dieser Einrichtung transportiert werden.

Die für die Reduktion und die Deckung der Wärmeverluste benötigte Energie wird vorzugsweise zum Teil mittels Brenner in das metallurgische Gefäß eingebracht. Auch kann die für das Aufheizen eines zweiten metallurgischen Gefäßes benötigte Zeit mit Hilfe des Brenners einfacher überbrückt werden.

Die bei der Reduktion entstehenden staubbeladenen Gase werden aus dem metallurgischen Gefäß abgesaugt und mittels bekannter Einrichtungen 11, 12, zum Beispiel ähnlich den Einrichtungen 8 und 9, gekühlt und vom Staub gereinigt. Der abgeschiedene Staub wird als Reststoff wieder im Schmelzzyklon eingesetzt, so daß auch bei diesem Verfahrensschritt keine deponierbaren Abfälle anfallen.

Wird das Verfahren semi-kontinuierlich durchgeführt, werden bevorzugt zwei Pfannen als transportable metallurgische Gefäße 10 eingesetzt, in denen die Schmelze wechselweise reduziert und konditioniert bzw. aufgeheizt wird. Um die Zeit des Gefäßwechsels zu überbrücken, wird die Schmelze im Abscheidegefäß 7 zwischengespeichert ; das entsprechend groß dimensioniert werden kann. Alternativ kann zwischen dem Abscheidegefäß 7 und dem transportablen metallurgischen Gefäß 10 eine ortsfeste Speichereinrichtung, zum Beispiel eine mit feuerfestem Material und/oder einem Brenner ausgestattete Kipprinne, vorgesehen sein.

Nach Abschluß der Reduktion der Eisenoxide der Schmelze liegen im metallurgischen Gefäß 10 eine Eisenschmelze und eine eisenarme Schlacke vor, die beide zur weiteren Verwendung eingestellt werden können. Wird die Eisenschmelze zum Vergießen vorgesehen, kann sie auf eine für diesen Vorgang geeignete Temperatur mittels der elektrischen Beheizung erhitzt werden. Für andere Zwecke wird die Eisenschmelze beispielsweise durch Zugabe von Kohle auf eine übliche Roheisenanalyse aufgekohlt oder durch Zugabe von Legierungsstoffen auf eine gewünschte Zusammensetzung eingestellt.

Eisenschmelze und Schlacke werden nach der Konditionierung getrennt aus dem metallurgischen Gefäß 10 abgegossen. Die abgegossene eisenarme Schlacke wird zum Beispiel in Gießbetten oder mittels einer Trockengranulationsanlage 13 erstarren gelassen, zerkleinert und der Zementherstellung zugeführt.

Im metallurgischen Gefäß 10 wird ein Metallschmelzsumpf zurückbehalten, auf den neue Schmelze aus dem Abscheidegefäß 7 abgegossen wird. Die Wärmekapazität dieser Restschmelze und deren Kohlenstoffgehalt im Fall einer Aufkohlung der Eisenschmelze können für die Reduktionsbehandlung der neuen Schmelze genutzt werden, woraus eine Vergleichmäßigung des Gesamtprozesses resultiert. Vorzugsweise wird der Schmelzsumpf noch mit einer gewissen Menge an eisenarmer Schlacke bedeckt, welche aus Flugasche, Gießereisand und Koks und/oder Kohle gebildet wird, und danach als Vorlage im metallurgischen Gefäß 10 verwendet. Hierdurch wird die aus dem Abscheidegefäß 7 in das metallurgische Gefäß 10 überführte Schmelze auf einen niedrigen Eisengehalt verdünnt und damit die Belastung der Gefäßausmauerung erheblich vermindert. Zudem wird dadurch auch ein tiefer Schlackenschmelzpunkt gesichert.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Produkte Schwermetallkonzentrat, Eisenschmelze und Schlacke in gleichbleibender Qualität als zu 100% verwertbare Stoffe erhalten, wobei zudem keinerlei unverwertbare Abfälle anfallen. Zusätzlich wird Dampf erzeugt, der zur Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beiträgt.

Der erfindungsgemäße Verfahrensablauf ist anhand der nachfolgenden Beispiele 1 und 2 dargelegt, wobei Beispiel 1 die Verwertung von schwermetallreichen Reststoffen und Beispiel 2 die Verwertung schwermetallarmer Reststoffe veranschaulicht. Die Mengenangaben beziehen sich im folgenden jeweils auf eine Tonne Reststoff ohne Reduktionsmittel oder Zuschläge.

Beispiel 1 In den Schmelzzyklon wurden 1000 kg/h eisen-und schwermetallhältige Reststoffe, die eine in Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung aufwiesen, sowie 10 Nm3/t gasförmige Reduktionsmittel eingebracht und mit 250 Nm3/t Sauerstoff verwirbelt und gezündet. Das Einbringen fester kohlenstoffhältiger Reduktionsmittel war aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts der Reststoffe nicht notwendig.

Die entstandene Schmelze und die schwermetallhältigen Gase wurden im Abscheidegefäß getrennt. Die Schmelze wurde in das metallurgische Gefäß überführt und mit 70 kg/t Kohle fertigreduziert. Der Strombedarf der Einrichtung zum Beheizen des metallurgischen Gefäßes betrug 300 kWh/t. Es wurden eine Eisenschmelze und eine Schlacke mit den in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzungen erhalten.

Die CO-hältigen Gase wurden im oberen Bereich des metallurgischen Gefäßes mit 30 Nm3/t Sauerstoff nachverbrannt.

Zum Aufbau einer Schlackenvorlage auf dem zurückbehaltenen Schmelzensumpf wurden 50 kg/t gebrauchter Gießereisand und Flugasche in das metallurgische Gefäß eingebracht.

Es wurde ein Schwermetallprodukt mit einer in Tabelle 3 angegebenen Zusammensetzung aus den schwermetallhältigen Gasen abgeschieden.

Tabelle 1 Beispiel 1 Beispiel 2 Chemische Analyse Einheit schwermetall-schwermetall- Reststoffe reich arm AI Gew. % 0,76 0,64 C Gew. % 18, 07 16,55 Ca Gew. % 4,71 3,70 Cr Gew. % 0,13 0,10 Cu Gew. % 0,07 0,02 Fe Gew. % 30,49 47,08 K Gew. % 1,1 0,40 Mg Gew. % 0,56 0,39 Mn Gew. % 1,08 0,37 O Gew. % 23,57 25,44 Pb Gew. % 1,07 0,13 S Gew. % 0,63 0,22 Si Gew. % 1,86 1,52 Zn Gew. % 14,16 0,90 Feuchte Gew. % 1,81 2,00 Tabelle 2 ZusammensetzungEinheit Beispiel 1 Beispiel 2 Eisenschmelze Fe Gew. % 91,9 95,0 C Gew. % 4,0 4,0 Mn Gew. % 3,3 0,8 Cu Gew. % 0,22 0,04 Ni Gew. % 0,03 0,04 Cr Gew. % 0,27 0,15 S sm <50 <50 Schlacke FeO Gew. % < 1 < 1 Si02 Gew. % 43,6 44,0 CaO Gew. % 37,5 39,3 A1203 Gew. % 13,2 11,7 MgO Gew. % 5,6 5,0 Tabelle 3 Zusammensetzung Einheit Beispiel 1 Beispiel 2 Schwermetallprodukt ZnO Gew. % ca. 75 ca. 60 PbO Gew. % ca. 6 ca. 5 Fe Gew. % 1-5 5-10 Si02 Gew. % ca. 2 ca. 3 C1 Gew. % 2-5 2-5 Beispiel 2 In den Schmelzzyklon wurden 1000 kg/h eisen-und schwermetallhältige Reststoffe, die eine in Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung aufwiesen, sowie 10 Nm3/t gasförmige Reduktionsmittel eingebracht und mit 200 Nm3/t Sauerstoff verwirbelt und gezündet. Das Einbringen fester kohlenstoffhältiger Reduktionsmittel war aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts der Reststoffe nicht notwendig.

Die entstandene Schmelze und die schwermetallhältigen Gase wurden im Abscheidegefäß getrennt. Die Schmelze wurde in das metallurgische Gefäß überführt und mit 100 kg/t Kohle fertigreduziert. Der Strombedarf der Einrichtung zum Beheizen des metallurgischen Gefäßes betrug 200 kWh/t. Es wurden eine Eisenschmelze und eine Schlacke mit den in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzungen erhalten.

Die CO-hältigen Gase wurden im oberen Bereich des metallurgischen Gefäßes mit 30 Nm3/t Sauerstoff nachverbrannt.

Zum Aufbau einer Schlackenvorlage auf dem zurückbehaltenen Schmelzensumpf wurden 20 kg/t gebrauchter Gießereisand in das metallurgische Gefäß eingebracht.

Es wurde ein Schwermetallprodukt mit einer in Tabelle 3 angegebenen Zusammensetzung aus den schwermetallhältigen Gasen abgeschieden.