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Title:
METHOD AND INSTALLATION WITH SMELTING AND REDUCTION CYCLONE AND A COUPLED LOWER FURNACE FOR UTILISING RESIDUAL MATERIAL CONTAINING IRON AND HEAVY METALS AND OPTIONALLY IRON ORE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/070101
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and installation for utilising residual material which contains iron, heavy metals and optionally iron ore. In said method, the following take place: residual material and optionally the iron ore is introduced into a smelting cyclone (1) with a backflow and a base opening which has a narrowed section. Reducing agents and oxygen are additionally introduced into the smelting cyclone (1) and are subjected to swirling. Iron is reduced at least to FeO in the smelting cyclone (1), heavy metals are reduced to metals in the smelting cyclone (1) and are converted into the gas phase by evaporation. The resulting gas which optionally contains heavy metals, the partially reduced iron and the slag are transferred to a furnace (5) which is directly adjacent. Energy, in electrical form is then supplied to said furnace (5), preferably using a direct electric arc. Reducing agents and oxygen, or oxygen-enriched air is then introduced into the furnace (5) and the iron is completely reduced and melted in the furnace (5). The evaporated heavy metals are condensed outside the furnace (5), whereby the iron can be subjected to further processing and a deposition of the residual materials is avoided.

Inventors:
Pesl, Josef (Ematen 6 Niedernsill, A-5722, AT)
Sauert, Fried (Meggauerstrasse 22 Linz, A-4020, AT)
Fleischanderl, Alexander (Almeggstrasse 673 Grünau, A-4645, AT)
Application Number:
PCT/EP2000/002702
Publication Date:
November 23, 2000
Filing Date:
March 28, 2000
Export Citation:
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Assignee:
VOEST-ALPINE INDUSTRIEANLAGENBAU GMBH (Turmstrasse 44 Linz, A-4020, AT)
Pesl, Josef (Ematen 6 Niedernsill, A-5722, AT)
Sauert, Fried (Meggauerstrasse 22 Linz, A-4020, AT)
Fleischanderl, Alexander (Almeggstrasse 673 Grünau, A-4645, AT)
International Classes:
C21B13/14; C21C5/56; C22B5/14; C22B7/02; (IPC1-7): C21B13/14; C21B13/00; C21B13/12; C21C5/56; C22B7/02
Attorney, Agent or Firm:
Rieberer, Stefan (VA TECH Patente GmbH Stahlstrasse 21a Linz, A-4020, AT)
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Claims:
Patentanspruche:
1. Verfahren zum Verwerten von eisenund schwermetallhaltigen Reststoffen und gegebenenfalls Eisenerz, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: die Reststoffe und gegebenenfalls das Eisenerz werden in einen Schmelzzyklon (1) mit Ruckstromung eingebracht, in den Schmelzzyklon (1) werden zusatzlich Reduktionsmittel und Sauerstoff eingebracht und verwirbelt, Eisen wird im Schmelzzyklon (1) mindestens zu FeO reduziert, Schwermetalle werden im Schmelzzyklon (1) zu Metallen reduziert und durch Verdampfen in die Gasphase iiberfiihrt, das dabei entstehende Gas, das gegebenenfalls schwermetallhaltig ist, das teilreduzierte Eisen und die Schlacke werden in einen unmittelbar gekoppelten Ofen (5) überführt, dem Ofen (5) wird Energie in elektrischer Form, vorzugsweise uber einen direkten Lichtbogen,zugeführt, in den Ofen (5) werden Reduktionsmittel und Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft eingebracht, Eisen wird im Ofen (5) fertigreduziert und aufgeschmolzen, und die verdampften Schwermetalle werden auGerha ! b des Ofens (5) niedergeschlagen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Reduktionsmittel in festem, flussigem oder gasförmigem Zustand eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB als Reduktionsmittel Kohle oder kohlenstoffhaitige Abfalle eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daB die Reduktionsmittel (die zumindest zum Teil von Feinteilchen gebildet sind) und/oder der Sauerstoff iiber Unterbadeinblasdüsen (12) in den Ofen (5) eingebracht werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daB die Reduktionsmittel und/oder der Sauerstoff uber eine in eine Schlackenschicht (8) eintauchende Lanze (15) in den Ofen (5) eingebracht werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daB Eisen und Schlacke getrennt uber Abstichöffnungen (9 und 10) aus dem Ofen (5) abgestochen werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daf3 das schwermetallhaltige Gas direkt beim Gasaustritt nachverbrannt wird und hierbei die Schwermetalle in eine feste oxidische Form gebracht und anschliebend abgeschieden werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daB Abgas aus dem Ofen (5) abgezogen wird und in das abgezogene Abgas das schwermetallhältige Gas eingeleitet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daB Warme aus dem Schmelzzyklon (1) zur Verdampfung von Kuhlwasser eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daB Wärme aus dem Ofen (5) zur Verdampfung von Kuhlwasser eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daB Abgas aus dem Ofen (5) gemeinsam mit dem schwermetallhaltigen Gas nachverbrannt und anschliebend gekuhlt wird, wobei ein zur Kuhlung eingesetztes Wasser verdampft wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daB als eisenhältiger Reststoff Feinerz, insbesondere mit einem Anteil an Feinstteilchen, vorzugsweise stammend aus der Eisenerzaufbereitung und/oder dem Abrieb aus einer Pelletierung, eingesetzt wird.
13. Anlage zum Verwerten von eisenund schwermetallhaltigen Reststoffen und gegebenenfalls Eisenerz unter Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: einen Schmelzzyklon (1), der eine Bodenöffnung (3) mit einer Einschnürung und Zuftihrungen fur eisenund schwermetallhaltige Reststoffe und gegebenenfalls Eisenerz, die in den Schmelzzyklon (1) munden, aufweist, einen Ofen (5) mit einer ZuSührung fur elektrische Energie, vorzugsweise mit mindestens einer in den Ofen (5) ragenden Elektrode (11, 11', 11"), Zufiihrungen fur Reduktionsmittel und Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft in den Ofen (5), und eine Abgasleitung, die vom Ofen (5) ausgeht und zu einer Niederschlagseinrichtung fur aus dem Ofen (5) entweichendes schwermetallhaltiges Gas fiihrt.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daB der Ofen (5) mit Einblasdusen (12) fiir Reduktionsmittel und/oder Sauerstoff versehen ist, die zumindest zum Teil unterhalb des Metallbadspiegels im Ofen (5) liegen und zu denen Zufuhrungen fur Reduktionsmittel und/oder Sauerstoff fiihren.
15. Anlage nach einem oder mehreren der Anspruche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daB der Ofen (5) mit Offnungen fur Lanzen (15) zum Einblasen von Reduktionsmittel und/oder Sauerstoff versehen ist.
16. Anlage nach einem oder mehreren der Anspruche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daB in den Ofen (5) eine Zufuhrung (16) fur eine Grobfraktion eines Reduktionsmittels oder Reststoffs mundet.
17. Anlage nach einem oder mehreren der Anspruche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daB im Ofen (5) eine Abstichoffhung (9) fur Eisen und eine Abstichöffnung (10) fiir Schlacke vorgesehen sind.
18. Anlage nach einem oder mehreren der Anspruche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daB eine Verbindungsleitung (6) zwischen der Bodenöffnung (3) des Schmelzzyklons (1) und dem Ofen (5) angeordnet ist.
19. Anlage nach einem oder mehreren der Anspruche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daB an einer Wand (13) des Ofens (5) eine Zwischenkammer (20), die gegebenenfalls als Abgasleitung ausgebildet ist, angeordnet ist, in die die Verbindungsleitung (6), welche die Bodenöffnung (3) mit dem Ofen (5) verbindet, mundet.
20. Anlage nach einem oder mehreren der Anspruche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daB die Abgasleitung des Ofens (5) in einen Wärmetauscher mundet, vorzugsweise in einen Dampfkessel (17).
21. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daf3 von dem Wärmetauscher eine HeiBluftleitung zu einem Trockner (23) fart, dem Schlamm zugefuhrt wird, der im getrockneten Zustand dem Schmelzzyklon (1) als Reststoffuber eine Transportleitung zufuhrbar ist.
22. Anlage nach einem oder mehreren der Anspruche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dal3 der Schmelzzyklon (1) mit einer Kuhleinrichtung, vorzugsweise einer Verdampfungskiihleinrichtung, ausgestattet ist.
23. Anlage nach einem oder mehreren der Anspruche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen (5) oberhalb des Metallspiegels mit einer Kuhleinrichtung, vorzugsweise einer Verdampfungskiihleinrichtung, ausgestattet ist.
24. Anlage nach einem oder mehreren der Anspruche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daB in der vom Ofen (5) ausgehenden Abgasleitung oder an der Einmundung derselben in den Ofen (5) eine Nachverbrennungseinrichtung (21) fur aus dem Ofen (5) austretendes Abgas vorgesehen ist.
Description:
VERFAHREN UND ANLAGE MIT SCHMELZ/REDUKTIONSZYKLON UND GEKOPPELTEM UNTEROFEN ZUM VERWERTEN VON EISEN-UND SCHWERMETALLHALTIGEN RESTSTOFFEN UND/ODER EISENFEINERZEN Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Verwerten von eisen-und schwermetallhältigen Reststoffen und gegebenenfalls Eisenerz.

Ein groles Problem der eisen-und stahlerzeugenden Industrie liegt in den standig anfallenden Mengen an eisen-und schwermetallhaltigen Reststoffen, wie zum Beispiel Ofenstauben, Schlämmen, Walzzunder und dergleichen, die nur mit groGem Aufwand einer Wiederverwertung zuganglich sind und daher meist deponiert werden, ohne aus ihrem Wertstoffinhalt Nutzen zu ziehen.

Aus ökologischer und wirtschaftlicher Sicht besteht ein Bedarf, das in den Reststoffen vorhandene Eisen von seinen Begleitmetallen abzutrennen und es in den Eisen-oder StahlerzeugungsprozeGzuruckzufiihren.

Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist das INMETCO-Verfahren. Hierbei werden eisenreiche Huttenreststoffe mit festen Reduktionsmitteln zu ungebrannten, sogenannten "grunen"Pellets agglomeriert und in einem Drehherdofen reduziert, wobei die Schwermetalle verdampfen, mit dem Abgas abgezogen und anschliel3end in einem Schmelzofen eingeschmolzen bzw. wahlweise heil3brikettiert werden.

Die Nachteile dieses Verfahrens liegen in der Notwendigkeit einer Vorbehandlungsstufe, in der die Reststoffe agglomeriert werden, und im getrennt durchgefuhrten Reduktions-und EinschmelzprozeB, wodurch zweimal die Energie zum Aufheizen der Reststoffe aufgebracht werden muB und jeweils ein eigenes Abgassystem benötigt wird.

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 fur die Zement-oder Steinwolleherstellung verwendet. Das Eisen wird in diesem Verfahren jedoch nicht aufgearbeitet, wodurch ein wesentlicher Bestandteil der Reststoffe ungenutzt bleibt.

Ein Problem bei der Roheisenerzeugung stellt der in relativ großen Mengen vorliegende Feinerzanteil dar, der beim Reduktions-und Einschmelzprozel3 schwer zu handhaben ist. So erfolgt die Reduktion des Feinerzes gewöhnlich in Wirbelschichtreaktoren, die einen groben technischen Aufwand bedingen. Auch die Einbringung des reduzierten Feinerzes in einen Schmelzofen erfordert apparativ aufwendige Vorrichtungen, deren Lebensdauer aufgrund des durch die Reaktivität des Eisenschwamms verursachten VerschleiBes äußerst begrenzt ist.

Aus der US-A-5,639,293 ist es bekannt, eine Vorreduktion von Eisenerz durch Verwirbelung der Eisenerzteilchen mit Sauerstoff und einem Reduktionsgas in einem Schmelzzyklon durchzuftihren und die geschmolzenen Eisenteilchen in einem metallurgischen GefaB unterhalb des Schmelzzyklons zu sammeln und durch Einblasen von Sauerstoff mittels einer zentral durch den Schmelzzyklon ragenden Lanze und Zugabe von Brennstoff fertigzureduzieren, wobei ein in den Schmelzzyklon aufsteigendes Reduktionsgas gebildet wird, das nach Reaktion mit dem Eisenerz gemeinsam mit entstehenden Abgasen am oberen Ende des Schmelzzyklons abgesaugt wird.

Durch die Kuhlwirkung der zentral durch den Schmelzzyklon in das Schmelzgefäß ragenden Sauerstofflanze gemäß der US-A-5,639,293 kann es im Schmelzzyklon zu Verbarungen des vorreduzierten Eisenerzes kommen.

Eine Vorrichtung zum Reduzieren und Einschmelzen von Eisenerz ist in der EP-A- 0735146 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 anschliebendes metallurgisches GefaB, in dem unter Bildung eines ProzeBgases aus auf die Schlacke-/Metallschicht aufgeblasener Kohle und eingeblasenem Sauerstoff die Endreduktion und das vollständige Aufschmelzen des Eisens stattfindet. Das reduzierende ProzeBgas wird teilweise mit Sauerstoff verbrannt und liefert auf diese Weise sowohl im Schmelzgefäß als auch im Schmelzzyklon die fur die Schmelze und die Reduktion notice Warme. Die Abgase werden an der oberen Offnung des Schmelzzyklons abgezogen.

Zur Trennung von Schlacke und Roheisen muß die Schmelze erst in ein Absetzgefä# überführt werden, da bei diesen bekannten Vorrichtungen nur jeweils eine Abstichöffnung im unteren Gefä# vorgesehen ist.

Aufgrund des offenen Schmelzzyklonbodens und der damit verbundenen nicht vorhandenen Ruckstromung im Schmelzzyklon kommt es durch die Gegenstromführung und die damit verbundene Verwirbelung des Reduktionsgases gegenuber den Eisenerzteilchen zu einem erhohten Verstaubungsgrad, der durch mitgerissene Schlacketeilchen noch verschlechtert wird und zu einem erheblichen Austrag von Teilchen aus dem Schmelzzyklon mit dem aus dem Schmelzzyklon nach oben abgeführten Abgas fou-t Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Nachteile und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Anlage zu schaffen, die es möglich machen, eisen-und schwermetallhältige Reststoffe, insbesondere aus der eisen-und stahlerzeugenden Industrie, und gegebenenfalls Eisenerz umweltschonend-unter Vermeidung einer Deponierung-zu verarbeiten, wobei das Eisen verwertet werden kann, d. h. der Stahlerzeugung zugute kommt.

Des weiteren wird nur ein einziger Abgasstrom erzeugt, wodurch Anlagenkosten eingespart und Emissionen minimiert werden sowie der mögliche Wirkungsgrad einer Energieruckgewinnung erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: -die Reststoffe und gegebenenfalls das Eisenerz werden in einen Schmelzzyklon mit Ruckstromung eingebracht, -in den Schmelzzyklon werden zusatzlich Reduktionsmittel und Sauerstoff eingebracht und verwirbelt, -Eisen wird im Schmelzzyklon mindestens zu FeO reduziert, -Schwermetalle werden im Schmelzzyklon zu Metallen reduziert und durch Verdampfen in die Gasphase iiberfiihrt, -das dabei entstehende Gas, das gegebenenfalls schwermetallhaltig ist, das teilreduzierte Eisen und die Schlacke werden in einen unmittelbar gekoppelten Ofen überführt, -dem Ofen wird Energie zugeführt, -in den Ofen werden Reduktionsmittel und Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft eingebracht, -Eisen wird im Ofen fertigreduziert und aufgeschmolzen, und -die verdampften Schwermetalle werden auBerhalb des Ofens niedergeschlagen.

Die Begriffe"Eisen","eisenhaltig","Schwermetall"und"schwermetall haltig"umfassen in ihrer Bedeutung jeweils sowohl die jeweiligen Metalle in oxidierter, beispielsweise oxidischer, Form, als auch in reduzierter, also metallischer Form, und zwar sowohl oxidiert und reduziert, als auch nur eines von beiden, wobei die genaue Bedeutung aus dem Zusammenhang deutlich wird. Unter"Reduktion zu FeO"ist dabei stets eine Reduktion von drei-zu zweiwertigem Eisen zu verstehen, also beispielsweise von Fe203 zu 2 FeO, aber auch von 3 Fe203 zu 2 Fe304 (d. h. zu Fe203FeO).

Weiters ist durch Verwendung eines Schmelzzyklons mit Ruckstromung, die durch eine Einschnurung im Schmelzzyklonboden bewirkt wird, ein geringer Verstaubungsgrad möglich. Die eisen-und schwermetallhaltigen Reststoffe und gegebenenfalls das Eisenerz erreichen durch die Ruckstromung eine hohere Verweildauer im Schmelzzyklon und werden nur im flussigen bzw. gasfFrmigen Zustand in den Ofen überführt. Selbst bei einer Anordnung des Schmelzzyklons uber dem Ofen werden Schlacketeilchen durch die Einschnurung von einem Eindringen in den Schmelzzyklon abgehalten. Zudem gibt es nur eine Auslaßöffnung, die im Boden des Schmelzzyklons vorgesehen ist, so da (3 Teilchen nicht mittels eines durch den Schmelzzyklon nach oben strömenden Gases ausgetragen werden können. Erfindungsgemäß sind samtliche in den Schmelzzyklon chargierte Materialien und Gase gezwungen, in den Ofen uberzugehen, so dal3 sie dort effizient fertigverarbeitet werden können. Hieraus ergibt sich auch der Vorteil eines einzigen Abgasstromes, nämlich aus dem Ofen, der dementsprechend einfach und kostengunstig behandelbar ist.

Vorteilhaft kann auch Feinerz als eisenhältiger Reststoff, insbesondere mit einem Anteil an Feinstteilchen, die aus der Erzaufbereitung oder vom Abrieb aus einer Pelletiereinrichtung stammen, eingesetzt.

Die Einbringung von Reduktionsmittel, die vorteilhaft fest, flussig oder gasfdrmig eingebracht werden, und Sauerstoff, vorzugsweise technischem Sauerstoff oder sauerstoff- angereicherter Luft, erfolgt horizontal, vorzugsweise tangential, in den senkrecht angeordneten Schmelzzyklon, wodurch die Vorgänge der Stoff-und der Warmeubertragung sehr schnell ablaufen. Reduktionsmittel und Sauerstoff werden kontrolliert in solchen Mengen zugegeben, da6 die Schwermetalle während des Einschmelzvorganges durch Verdampfen in metallischem Zustand in die Gasphase überführt werden und das Eisen mindestens bis zum zweiwertigen Eisenoxid FeO reduziert wird.

Das schwermetallhaltige Gas, das teilreduzierte Eisen und die Schlacke werden aus dem Schmelzzyklon mittels einer Verbindungsleitung, die zwischen der Bodenöffnung des Schmeizzyklons und einem dem Schmelzzyklon unmittelbar folgendem Ofen angeordnet ist, in den Ofen überführt, vorzugsweise durch die Decke oder durch eine Seitenwand des Ofens, sowie gegebenenfalls uber maximal eine an der Wand des Ofens angeordnete Zwischenkammer, die eine besonders wirksame Trennung der Einschmelzzone von der Reduktionszone im Ofen gestattet. Die Zwischenkammer, in welche die Verbindungsleitung mundet, kann auch als Ofenabgasleitung ausgeführt sein.

Um das in Form von zweiwertigem Eisenoxid vorliegende teilreduzierte Eisen in der Schmelze zu Eisenmetall zu reduzieren, wird festes Reduktionsmittel, vorzugsweise Kohle oder kohlenstoffhaltige Abfalle (die zumindest zum Teil von Feinteilchen gebildet sind), mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft in die Schmelze eingeblasen. Das Einblasen dieser Stoffe kann iiber Unterbadeinblasdusen erfolgen oder iiber Lanzen, die in die auf der Eisenmetallschmelze schwimmende Schlackenschicht eintauchen. Der Ofen ist zu diesem Zweck mit Offnungen fur die Lanzen versehen. Die Einblasdusen liegen zweckmäßig zum Teil unterhalb des Metallbadspiegels und sind mit Zuftihrungen fur Reduktionsmittel und/oder Sauerstoff verbunden. Die Lanzen können nach jeder dem Fachmann bekannten Art im Ofen angeordnet sein.

Aufgrund des Dichteunterschieds setzen sich die reduzierten Metalltröpfchen am Boden des Ofens in der Eisenmetallschmelze ab, welche ebenso wie die Schlacke vorteilhaft getrennt uber ein eigenes Abstichloch kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Ofen abgestochen werden kann Zusatzlich zu dem bzw. den im Schmelzzyklon eingeschmolzenen und vorreduzierten eisen- und schwermetallhaltigen Reststoffen und gegebenenfalls Eisenerz kann ein Anteil an Grobfraktion direkt in den Ofen chargiert werden, vorzugsweise uber eine geeignete in den Ofen mundende ZuSührung, beispielsweise in der Decke oder in einer Seitenwand des Ofens.

Zur Aufrechterhaltung der zum Abstich von Schlacke und Roheisenschmelze notwendigen Temperatur wird dem Ofen Energie zugeführt, die auberdem eine vorzeitige Abscheidung der Schwermetalle im Bereich des Ofens verhindert. Vorzugsweise wird die Energie in Form von elektrischer Energie, beispielsweise tuber einen direkten Lichtbogen, der Schmelze zugeführt. Besonders vorteilhaft hat sich die Zufuhrung der elektrischen Energie mittels mindestens einer in den Ofen ragenden Elektrode erwiesen, wobei sowohl Gleichstrom als auch Wechselstrom möglich sind.

Die verdampften Schwermetalle werden gemeinsam mit dem Ofenabgas direkt am Gasaustritt einer Nachverbrennung unterworfen, wodurch die Schwermetalle in eine feste oxidische Form überführt werden, die nach einer Abscheidung aus dem restlichen Abgas in einer Niederschlagseinrichtung einer Weiterverarbeitung zugeführt werden kann Werden die aus dem Schmelzzyklon stammenden Produkte, namlich schwermetallhältiges Gas und Schmelze, zuerst in eine Zwischenkammer eingeleitet, erfolgt die Einleitung des schwermetallhaltigen Gases in das Ofenabgas, das uber die Zwischenkammer aus dem Ofen abgezogen wird, in dieser Zwischenkammer, woraufhin die weitere Behandlung der Gase gemeinsam erfolgt.

Zweckmäßig ist der Schmelzzyklon, das Ofengefäß oberhalb des Metallspiegels sowie gegebenenfalls die Zwischenkammer mit einer Verdampfungskuhlung ausgestattet, wodurch die Abstrahlungswärme aus dem Ofen und dem Schmelzzyklon zur Verdampfung von Kuhlwasser eingesetzt und damit in Form von Dampf gewonnen werden kann, der innerhalb eines Huttenwerks energiesparend einsetzbar ist.

Demselben Zweck dient eine im Anschluß an die Nachverbrennung des unddesOfenabgasesdurchgeführteAbgaskühlung,schwermetallhä ltigenGases vorzugsweise in einem Dampfkessel.

Vorteilhaft kann die Ausnutzung der dem Abgas innewohnenden Wärme auch ganz oder teilweise in einem Wärmetauscher, in den die Abgasleitung des Ofens mundet, erfolgen, wobei die erhitzte Luft einem Trockner zugeführt werden kann, der zum Einsatz im Schmelzzyklon geeignete eisen-und schwermetallhältige feuchte Reststoffe bzw. Schlamm trocknet.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfiihrungsbeispielen naher erläutert, wobei die Fig. 1 bis 4 bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemaGen Anlage in schematischer Darstellung zeigen.

Gemäß Fig. 1 werden in einen senkrecht angeordneten Schmelzzyklon 1 Kohle, Sauerstoff und eisen-und schwermetallhaltige Reststoffe und gegebenenfalls Eisenerz in Form von Staub eingebracht. Die Einbringung erfolgt in einer solchen Weise, daB die Verwirbelung und die damit verbundenen Stoff-und Warmeubergange erfindungsgemal3 sehr schnell ablaufen, wodurch der Einschmelz-und VorreduktionsprozeB insgesamt eine hohe Raum- Zeit-Ausbeute aufweist. Die kontrollierte Abgabe der in den Schmelzzyklon 1 einzubringenden Stoffe übernimmt eine nicht dargestellte, dem Fachmann bekannte Dosiervorrichtung. Die Stoffe werden uber mehrere Offnungen, die uber den gesamten Schmelzzyklonmantel verteilt sein können, horizontal, vorzugsweise tangential, in den Schmelzzyklon 1 eingeblasen.

Im Inneren 2 des Schmelzzyklons 1 findet eine Reduktion der eisen-und schwermetall- hältigen Reststoffe und gegebenenfalls des Eisenerzes statt, wobei Eisen mindestens zu FeO und die Schwermetalle zum Metall reduziert werden. Weiters wird ein Schmelzen des reduzierten eisenhaltigen Materials und eine Uberfuhrung der Schwermetalle in die Gasphase aufgrund einer zyklonspezifischen Ruckstromung rasch und effizient bewirkt.

Eine Offnung 3 im Boden 4 des Schmelzzyklons 1 wird durch eine Einschnurung gebildet, die die Ruckstromung im Inneren 2 des Schmelzzyklons 1 verursacht und damit einen minimalen Verstaubungsgrad ermöglicht.

Der Schmelzzyklon 1 steht mit einem unterhalb des Schmelzzyklons 1 angeordneten Ofen 5 in unmittelbarer Verbindung. Die Schmelzprodukte und das schwermetallhaltige Gas gelangen iiber eine Verbindungsleitung 6 von oben in den Ofen 5.

Im Ofen 5 befinden sich ein Metallbad 7 (Eisenbad) und eine auf dem Metallbad 7 schwimmende Schlackenschicht 8, die voneinander getrennt uber Abstichoffnungen 9 und 10 aus dem Ofen 5 abgezogen werden. Weiters weist der Ofen 5 gemäß dieser Ausführungsform drei Elektroden 11,11', 11"auf, die von oben in die Schlackenschicht 8 eintauchen und die fiir die Aufrechterhaltung einer flussigen Schlacke 8 und eines Metallbades 7 erforderliche Energie in Form von Lichtbogen liefern. Bei diesem Beispiel erfolgt der Betrieb der Elektroden 11,11', 11"mit Wechselstrom, es ware aber auch ein Betrieb mit Gleichstrom möglich, wobei der Ofen 5 nur eine Elektrode 11 aufweisen wurde. tuber Unterbadeinblasdusen 12 in einer Seitenwand 13 des Ofens 5 oder im Boden 14 wird Reduktionsmittel und/oder Sauerstoff in den Ofen 5 eingebracht. Vorzugsweise sind die Einblasdusen 12 zu einem Teil unterhalb des Metallbadspiegels angeordnet.

Zusatzlich ist bei der Ausfiihrungsform gemäß Fig. 1 eine Lanze 15 zum Einblasen von Kohle und Sauerstoff vorgesehen, die durch die Seitenwand 13 des Ofens 5 schräg in den Ofen 5 hineinragt und mit ihrem unteren Ende in die Schlackenschicht 8 eintaucht.

In den Ofen 5 mundet zudem eine Zuftihrung 16 fur eine gegebenenfalls einbringbare Grobfraktion eines Reduktionsmittels oder eines Reststoffs.

Die aus dem Schmelzzyklon 1 in den Ofen 5 eingebrachte eisenhältige Schmelze wird in der Schlackenschicht 8 mit Hilfe des Reduktionsmittels und des Sauerstoffs fertigreduziert und das fliissige Eisen ins Metallbad 7 abgeschieden. Beim Austritt aus dem Ofen 5 wird dem Abgas Luft zugeftihrt und eine Nachverbrennung 21 initiiert. Ein Teil des so gesteigerten Energieinhalts des Abgases wird in einem Abhitzekessel 17 auf Wasser ubertragen, wobei der Wärmeinhalt des Abgases zur Dampferzeugung genutzt wird. Als Beispiel für die Weiterverwendung des Dampfes ist ein Turbinengenerator 18 angeführt, welcher der Stromerzeugung dient. Es sind aber auch andere Verwendungsmoglichkeiten des erzeugten Dampfes denkbar, zum Beispiel Einsatz im Huttenwerk fur Kuhlzwecke etc.

Im Anschluß an den Kessel 17 wird das abgekiihlte Abgas einem Filter 19 zugefiihrt, in dem eine Abscheidung der kondensierten und als Staub anfallenden Schwermetalle vom restlichen Abgas erfolgt.

Die in Fig. 2 dargestellte bevorzugte Ausfiihrungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 veranschaulichten durch die Art der Einbringung des schwermetallhaltigen Gases und des Schmelzgutes aus dem Schmelzzyklon 1 in den Ofen 5. Bei dieser Ausführungsform mimdet die Verbindungsleitung 6 in der Seitenwand 13 des Ofens 5. Das Reduktionsmittel und der Sauerstoff werden ausschließlich uber Unterbadeinblasdusen 12 in den Ofen 5 eingebracht.

Die Weiterbehandlung des Abgases nach seinem Austritt aus dem Ofen 5 ist nicht weiter dargestellt; sie kann ebenso erfolgen wie in Fig. 1 gezeigt.

Gemäß Fig. 3 mundet die Verbindungsleitung 6 in einer als gegebenenfalls verbreiterten (strichliert dargestellt) Abgasleitung ausgeführten Zwischenkammer 20, so daB das schwermetallhältige Gas aus dem Schmelzzyklon 1 den Ofen 5 nicht zu durchströmen braucht und das Schmelzgut durch das reduzierende Ofenabgas bereits auf dem Weg in den Ofen 5 weiter reduziert wird. Bei dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Anlage ragt die zum Einblasen von Reduktionsmittel und Sauerstoff dienende Lanze 15 von oben in den Ofen 5. Sie kann aber auch uber eine Seitenwand 13 in den Ofens 5 ragen.

Fig. 4 zeigt die in Fig. 1 beschriebene Anordnung von Schmelzzyklon 1 und Ofen 5, jedoch wird die dem Abgas innewohnende Warme nur teilweise im Abhitzekessel 17 genutzt. Das noch heiGe Abgas wird in einem Rekuperator 22 wärmegetauscht und danach in abgekuhitem Zustand in den Filter 19 geleitet, wo die beschriebene Abtrennung der Schwermetalle erfolgt. Die im Rekuperator 22 erhitzte Luft wird einem Trockner 23 zugeftihrt, der dazu dient, feuchte Reststoffe und Schlamm fur den Einsatz im Schmelzzyklon I zu trocknen.

Der erfindungsgemä#e Verfahrensablauf ist anhand der nachfolgenden Beispiele 1,2 und 3 dargelegt. Die Mengenangaben beziehen sich im folgenden jeweils auf eine Tonne Einsatzmischung ohne Kohle bzw. Zuschlage (Kalk).

Beispiel 1: In den Schmelzzyklon wurden 1000 kg/h eisen-und schwermetallhaltige Reststoffe, die eine in Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung aufwiesen, sowie 105 kg/t Kohle mit 112 Nm3/t Forderluft eingebracht und mit 260 Nm3/t Sauerstoff verwirbelt. Fur die Zundung des Feststoff/Gas-Gemisches im Schmelzzyklon und zur Aufrechterhaltung einer Zundflamme wurden 5,4 Nm3/t Brenngas (Erdgas) zugefdhrt Tabelle 1 Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Einsatzmischung Einheit Reststoffmix 1 Reststoffmix 2 Eisenerz ohne Eisenerz mit Eisenerz Chemische Analyse -Al2O3 Gew % 0,63 -C Gew % 7,9 15, 2- -CaO Gew% 5,5 5, 1 3,0 -Fe 0,70-10,0 -FeO Gew % 34, 4 20,1 - -Fe203 Gew % 90,6 -MgO Gew % 0,36 -MnO Gew % - 0, 10 0,17 -K + Na Gew % 0,04 -Cl+F-Cl+FGew% 0,13 -Pb + Zn Gew % 0,01 -Si02 Gew % 4,0 -S Gew % 0,05 -P Gew % 0,05 Das teilreduzierte Eisen wurde danach im Reduktionsofen mit 182 kg/t Kohle und 36 Nm'/t Sauerstoff fertigreduziert und aufgeschmolzen. Die Förderluftmenge fur die durch Lanzen oder Dusen eingeblasenen Feststoffe betrug 45 Nm3/t. Der Strombedarf des Ofens betrug 320 kWh/t.

Es wurden 576 kg/t Metallschmelze, 130 kg/t Schlacke und eine entstaubte Abgasmenge von 12140 Nm3/t erhalten. Aus dem Abgas wurden 24 kg/t schwermetallhaltiger Staub abgeschieden. Weiters wurden durch Nutzung der Abwarme in einem Dampfgenerator 737 kWh/t Strom erzeugt.

Die Zusammensetzung der Metallschmelze, der Schlacke, des Abgases und des abgeschiedenen Staubes ist Tabelle 2 zu entnehmen. Fiir Beispiel 2 und 3 ergaben sich Produktzusammensetzungen, die im gleichen Bereich lagen.

Tabelle 2 Metallschmelze -C Gew % 2,0-3,0 -Mn <0,2 -Si Gew % 0,1-0,2 -S <0.09 -P <0,08 Schlacke -FeO Gew % 3,0-6,0 -CaO Gew % 38-44 -Si02 Gew % 30-36 -MgO Gew % 7,0-12 -Ai203 Gew % 5,0-10 Abgas -C02 Vol% 6,5-7,5 -02 Vol % 16-17 -H20 Vol% 1,0-1,5 -N2 + Ar Vol % Rest Staub -FeO Gew % 30-75 -ZnO 5-50 -PbO <5,0 -Si02 Gew % < 5,0 -Cao <7,0 Beispiel 2: In den Schmelzzyklon wurde eine Menge von 1000 kg/h an eisen-und schwermetallhaltigen Reststoffen sowie Eisenerz-die Zusammensetzung der Einsatzmischung ist Tabelle 1 zu entnehmen-mit 56 kg/t Kohle mittels 106 Nm3/t Förderluft eingebracht und mit 270 Nm3/t Sauerstoff verwirbelt. An Brenngasmenge wurden 5,1 Nm3/t zugeführt.

Die Menge an in den Ofen eingebrachten Reduktionsmittel (Kohle) betrug 151 kg/t, an Sauerstoff 30 Nm3/t und an Forderluft 38 Nm'/t. Der Strombedarf betrug 268 kWh/t.

Es wurden 480 kg/t Metallschmelze, 125 kg/t Schlacke, 11900 Nm3/t entstaubtes Abgas und 36 kg/t schwermetallhaltiger Staub erhalten. Die Stromproduktion betrug 684 kWh/t.

Beispiel 3: Als Einsatzprodukt wurden 1000 kg/h Eisenerz (Zusammensetzung: Tabelle 1) mit 290 kg/t Kohle und einer Förderluftmentge von 136 Nm3/t verwendet. Weiters wurden 336 Nm3/t Sauerstoff und 55 kg/t Kalk in den Schmelzzyklon eingebracht. Die Menge an Brenngas betrug 6,5 Nm3/t.

Zu Reduktion des Eisens wurden dem Ofen 197 kg/t Kohle mit 49 Nm3/t Förderluft und 38 Nm3/t Sauerstoff zugeführt. Der Strombedarf betrug 348 kWh/t.

Als Produkte fielen 625 kg/t Metallschmelze, 139 kg/t Schlacke, 15760 Nm3/t entstaubtes Abgas sowie 22 kg/t Staub an. Es wurden 945 kWh/t Strom erzeugt.