Reststoffe werden durch Abgasreinigungsanlagen aus den Abgasen als Staub oder als Schlamm abgeschieden. Die Entsorgung dieser Reststoff ist kostspie- lig bzw. die Endlagerung dieser Stoffe ist problematisch. Die Schlamm werden meist in kunstiichen Seen unter offenem Himmel gelagert, wahrend die Staube untertage in Stollen abgelagert werden.

Typische Zusammensetzungen von schwermetallhaltigen Stauben und Schlammen aus Elektro- bzw. Konverterstahlwerken sind in der folgenden Tabelle gezeigt.

Tabelle 1 Fe (%) Zn (%) Pb (%) C (%) H20 (%) Staube20-3020-35iFTo12 Schlämme 20-30 2-8 1-5 30-40 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es folglich, ein Verfahren zur thermi- schen Behandlung solcher schwermetall- und eisenoxidhaltiger Reststoffe vorzusch ! agen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur thermi- schen Behandlung schwermetall- und eisenoxidhaltiger Reststoffe in einem Etagenofen, welcher mehrere ubereinander ! ! egende Etagen aufweist, wobei schwermetall- und eisenoxidhaltige Reststoffe kontinuierlich in den Etagenofen eingebracht werden und auf die oberste Etage eingetragen und nach und nach

auf die unteren Etagen transferiert wird, wobei Reduktionsmittel auf die oberste und/oder auf eine der darunterliegenden Etagen eingebracht werden und mit den schwermetall- und eisenoxidhaltigen Reststoffen reagieren, um Schwer- metalle und direkt reduziertes Eisen zu bilden, wobei die Schwermetalle mit den Abgasen aus dem Ofen ausgetragen werden und das Eisen zusammen mit Ruckstanden von den Reduktionsmitteln im Bereich der untersten Etage des Etagenofens ausgetragen wird.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daB es gelingt, die als Mischung vorliegenden Metalloxide zu reduzieren und zu separieren (insbe- sondere Eisen und Zink), so daB die getrennten Fraktionen Eingangsstoffe fur andere Prozesse darstellen bzw. in die bestehenden Produktionslinien der Stahlwerke zuruckgefuhrt werden konnen. Somit konnen aus wesentlichen Bestandteilen der Reststoffe Wertstoffe hergestellt werden. Der Eisenanteil kann nach durchlaufen des Prozesses in den Produktionsablauf des Stahlwer- kes zuruckgefuhrt werden. Schwermetalloxide werden soweit konzentriert, daB sie als Rohstoff zur Gewinnung von Schwermetallen eingesetzt werden kon- nen. Ubrig bleiben eventuell Aschen, die im wesentlichen aus Inertstoffen wie SiO2, Al203, MgO,... und aus einem UberschuB an Reduktionsmitteln beste- hen.

Sobald die Reduktionsmitttel in den Ofen eingegeben worden sind, werden sie von den Rechen unter die schwermetall- und eisenoxidhaltigen Reststoffe gemischt und erhitzt. Sobald sie eine gewisse Temperatur erreicht haben (ungefahr 900°C) beginnen sie mit den Schwermetalloxiden zu reagieren, wobei sich Schwermetalle bilden die sich verfluchtigen und zusammen mit den Abgasen aus dem Etagenofen ausgetragen werden.

Die Schwermetalle werden vorteilhaft auf den Etagen wo sie gebildet werden, abgesaugt und getrennt von den ubrigen Abgasen behandelt.

Die Abgase werden anschliebend z. B. in einer Nachbrennkammer oxidiert wobei die Schwermetalle zu Schwermetalloxiden umgewandelt werden welche dann in einer Filtereinrichtung von den Abgasen getrennt werden konnen.

Gleichzeitig oder zu einem spateren Zeitpunkt werden die im Etagenofen verbliebenen Eisenoxide zu metallischem Eisen reduziert. Das auf diese Art erzeugte metallische Eisen wird zusammen mit den Ruckstanden des einge- brachten Materials, den Aschen der Reduktionsmittel und dem eventuell vorhandenen UberschuB an Reduktionsmitteln aus dem Ofen ausgetragen.

In diesem Verfahren konnen staub- oder schlammformige, schwermetall- und eisenoxidhaltige Reststoffe aufgegeben werden wobei durch eine gezielte ProzeBfuhrung und durch dauerndes Umwalzen ein Zusammenbacken der Partiel vermieden wird. Unabhangig von der Konsistenz des Eingangsmateri- als liefert der ProzeB ein feinkorniges Endprodukt.

Dies ist von besonderem Vorteil, wenn aschebildende Reduktionsmittel einge- setzt werden. Da das feste Endprodukt feinkornig, ist die Trennung. der Asche vom Eisen) eicht durchfuhrbar. Diese Abtrennung kann z. B. im heißen Zustand uber Klassierung erfolgen.

Nach einer Abkuhlung unter 700°C ist es andererseits mögiich, das reduzierte Eisen uber Magnetabscheider von der Asche und uberschussigem Redukti- onsmittel zu trennen. Die Qua ! itat des so gewonnenen direkt reduzierten Eisens ist nahezu unabhangig von der Menge der Ruckstande des Reduktionsmittels.

Das gewonnene Eisen kann anschließend zu Briketts verarbeitet werden oder direkt in einen Einschmelzofen (Elektroofen usw. ) eingebracht und weiterverar- beitet werden.

Die anfaiienden Ruckstande des Reduktionsmitteis konnen mit den eventuell darin enthaltenen, unverbrauchten Reduktionsmitteln in einem gesonderten Vergasungsreaktor verwertet werden, wobei die aschebildenden Bestandteile vorteilhaft als flussige Schlacke abgeschieden werden und das gebildete Rohgas im Etagenofen als Verbrennungs- oder Reduktionsgas genutzt wird.

Man kann demnach ein preiswerteres Reduktionsmittel, das einen relativ hohen Aschegehalt aufweist, benutzen und/oder mit einem relativ hohen UberschuB an Reduktionsmittel arbeiten was die Agglomeration der Reststoffe verhindert.

Im Fall, in dem mit einem UberschuB an Reduktionsmitteln gearbeitet wird, ist es m6g ! ich, die Ruckstande aufzubereiten, um die unverbrauchten Redukti- onsmittel abzutrennen und wieder zu verwenden. Dies kann z. B. durch Sieben der Ruckstande erfolgen, wenn die unverbrauchten Reduktionsmittel in ausrei- chend grober Form vorliegen. Die unverbrauchten Reduktionsmitte ! konnen direkt in den Etagenofen zuruckgefuhrt werden.

Das Chargieren von Reduktionsmittein kann aber auch in mehrere Stufen aufgeteilt werden.

So besteht die Möglichkeit, daß grobkörnige Reduktionsmittel (1-3 mm) weiter oben in den Etagenofen eingebracht werden und feinkornige Reduktionsmittel (< 1 mm) weiter unten zugegeben werden. Dadurch wird ein Austragen von Staub mit den Abgasen weitgehend vermieden und der Ablauf der Reaktion durch die weiter unten eingebrachten feinen Reduktionsmittelpartikel beschleu- nigt.

Durch das Chargieren von groberen Partikein wird der Verbrauch an Redukti- onsmittel verringert, denn in den oberen Etagen auf denen eine oxidative Atmosphare vorherrscht werden die kleinen Partikel schnell durch Reaktion mit H2O und CO2 aus dem Abgas verbraucht.

Der Froze Braum ist in verschiedene Zonen unterteilt, die Feststoffe bewegen sich kontinuierlich von oben nach unten und die Gase werden von unten nach oben durch den Ofen geleitet. Durch die Unterteilung des Froze Braums in verschiedene Zonen kann man die Proze f3bedingungen in den verschiedenen Zonen oder sogar pro Etage messen und gezielt beeinflussen.

Die schwermetall- und eisenoxidhaltigen Reststoffe konnen aber auch mit - mindestens einem Teil der benotigten - Reduktionsmittel vermischt werden, bevor sie in den Etagenofen eingebracht werden. Dies gilt besonders im Fall der Behandlung von Schiammen die mit wenigstens einem Teil der benotigten Reduktionsmittel vermischt werden, bevor sie in den Ofen eingetragen werden.

Die Schlamm haben namiich meist eine klebrige Konsistenz und lassen sich, wenn sie mit Reduktionsmittel vermischt sind, leichter in den Ofen einbringen.

Die Vermischung mit den Reduktionsmitteln verhindert, daB das eingebene Material bei der Erwarmung Agglomerate bildet.

Durch gezieltes Zugeben von Reduktionsmitteln in den unteren Etagen des Ofens konnen die Reduktionsgase im Ofen auf eine optimale Konzentration eingestellt werden und somit ein besserer Metallisierungsgrad erreicht werden.

Die schwermetall- und eisenoxidhaltigen Reststoffe werden kontinuierlich von Rechen, die auf jeder Etage des Ofens angebracht sind, umgewalzt und nach und nach auf die darunterliegende Etage befordert.

Durch das dauernde Umwalzen wird ein Zusammenbacken der Partiel verhindert. Die Umwalzgeschwindigkeit hangt von vielen Faktoren wie z. B. der Geometrie der Rechen, der Dicke der Schichten usw. ab. Die schwermetall- und eisenoxidhaltigen Reststoffe, das eventuell vorhandene Reduktionsmittel und das direkt reduzierte Eisen auf den Etagen sollte mindestens einmal pro ein bis drei Minuten umgewaizt werden, wodurch eine Agglomeration weitge- hend verhindert wird.

Es besteht die Mogiichkeit, sauerstoffhattige Case gezieit auf der Etage einzublasen, wo der Warmebedarf durch Verbrennen der uberschussigen ProzeBgase abgedeckt werden muB.

Dabei ist es vorteilhaft, sauerstoffhaltige Gase zu verwenden, die eine Tempe- ratur von mindestens 250°C haben.

Auf den untersten Etagen des Etagenofens kann zusatzlich ein gasformiges Reduktionsmittel eingeblasen werden. Hierdurch wird ein hoheres Redukti- onspotential der Atmosphare im Ofen realisiert und eine vo ! ! standigere Redu- zierung der Oxide erreicht.

GemaB einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrung werden eine oder mehrere Etagen im Ofen, die unterhalb den Etage liegen, auf die Reduktionsmittel eingebracht werden, mittels Brenner aufgeheizt.

Um die Konzentration an Reduktionsgasen im unteren Teil des Ofens nicht durch Rauchgase der Beheizung zu vermindern, kann hier auch indirekt d. h. durch eine Strahlungsbeheizung Energie zugefuhrt werden.

GemdB einer anderen bevorzugten Ausfuhrung werden an einer oder mehreren Etagen Gase aus dem Etagenofen abgesaugt. Diese heißen Gase können anschliebend entweder durch einen C02-Wascher geleitet werden, um die Gasmenge zu verringern und das Reduktionspotential des Gases zu erhohen oder aber durch einen zusatziichen Reaktor geleitet werden, in dem sich Kohlenstoff befindet, so daB das in den heißen Gasen enthaltene Kohlendioxyd mit dem Kohlenstoff reagiert um Kohlenmonoxid zu bilden gemäß dem Boudoirschen Gleichgewicht und dadurch das Reduktionspotential des Gases erhoht wird. Die an Kohlenmonoxid angereicherten Gase werden anschließend zuruck in den Etagenofen geleitet.

Man kann ebenfalls einen Teil der Gase, die im Ofen nach oben stromen unterhalb den Etagen, auf denen Schwermetalle verdampfen durch einen Absaugstutzen in der Seitenwand aus dem Ofen absaugen und oberhalb dieser Etagen durch einen EiniaB wieder in den Ofen einblasen. Dadurch ist die auf den Etagen, auf die der die Schwermetalloxide zu Schwermetallen reduziert werden und sich verfluchtigen, vorhandene Gasmenge gering. Die Schwerme- taiie konnen dann in einer relativ geringen Gasmenge auf diesen Etagen durch einen AusiaB in der Seitenwand aus dem Ofen abgesaugt werden. Das abgezogene Gasgemisch wird nachverbrannt, in einer Abkuhivorrichtung abgekuhit und anschfieBend mit Hilfe eines Filters gereinigt, bevor es nach au Ben gelangt.

Durch die geringen Abgasmengen ergeben sich auf den entsprechenden Etagen niedrige Gasgeschwindigkeiten und so wird wenig Staub mit diesem Abgas ausgetragen. Dadurch ergibt sich eine sehr hohe Schwermetallkonzen- tration im Abgas.

Zu einer weiteren Erhohung der Produktivitat kann der Etagenofen unter einem bestimmten Uberdruck gefahren werden. Dies ist im Gegensatz zu einem Drehofen, der uber Wassertassen mit einem Durchmesser von zirka 50 m abgedichtet ist, bei einem Etagenofen, der nur kleine Abdichtungen an der Antriebswelle hat, sehr einfach zu realisieren. In einem solchen Fall mussen

Druckschieusen fur die Eingabe und die Ausfuhr von Material vorgesehen werden.

GemcB einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verwen- dung eines Etagenofens zur thermischen Behandlung schwermetall- und eisenoxidhaltiger Reststoffe wie z. B. Staube und Schiammen aus Elektro- bzw.

Konverterstahlwerken gemäß dem beschriebenen Verfahren vorgeschlagen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteranspruchen aufgefuhrt.

Im folgenden wird nun eine Ausgestaltung der Erfindung anhand der beiliegen- den Figur beschrieben. Es zeigt : Fig. 1 : einen Schnitt durch einen Etagenofen zur thermischen Behandlung schwermetall- und eisenoxidhaltiger Reststoffe wie z. B. Staube aus Elektro- oder Konverterstahlwerken.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Etagenofen 10, der mehrere - in diesem Fail zwoif - ubereinander liegende Etagen 12 aufweist. Diese freitra- genden Etagen 12, sowie der Mantel 14, Deckel 16 und der Boden 18 des Ofens sind aus feuerfestem Material.

Im Deckel 16 des Ofens 10 ist ein Abzug 20 vorgesehen, durch den die Gase aus dem Ofen evakuiert werden konnen und eine Offnung 22, durch die die schwermetall- und eisenoxidhaltigen Reststoffe auf die oberste Etage aufgetra- gen werden kann.

In der Mitte des Ofens ist eine Welle 24 angebracht, an der Rechen 26 befe- stigt sind, die uber die jeweiligen Etagen ragen.

Die Rechen 26 sind so ausgeiegt, daB sie das Material auf einer Etage von innen nach auben und dann auf der darunterliegenden Etage von auben nach innen wa ! zen, um so das Material von oben nach unten durch den Ofen zu transportieren.

Die schwermetall- und eisenoxidhaltige Reststoffe und die Reduktionsmittel konnen auch getrennt in den Ofen eingebracht. Die Reststoffe werden in diesem Fall auf die erste Etage aufgebracht wahrend die Reduktionsmittel auf

eine der daruntergelegenen Etagen aufgeben werden und dort mit den schwermetall- und eisenoxidhaltigen Reststoffen in Kontakt gebracht werden.

Wahrend des Transports werden die schwermetall- und eisenoxidhaltige Reststoffe sowie die Reduktionsmittel auf ungefahr 600°C bis 1000°C erhitzt.

Die Welle 24 und die Rechen 26 sind ! uftgekuhit und an den Rechen sind Offnungen vorgesehen, durch die Luft in das Innere des Ofens stromen kann und dort zur Nachverbrennung genutzt werden kann.

In den Seitenwanden des Ofens 10 ist - normalerweise im oberen Drittel - mindestens eine EiniaB6ffnung 30 angebracht, durch die Reduktionsmittel in den Ofen eingetragen werden konnen. Diese Reduktionsmittel konnen sowohl gasformig a ! s auch in ftussiger oder fester Form vorliegen. Bei den Redukti- onsmitteln handelt es sich um Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Erdgas, Ergol und Erdoiderivate, oder um feste Kohienstofftrager, wie z. B. um Braunkohlekoks, Petrolkoks, Hochofenstaub, Kohie, o. a..

Das Reduktionsmittel, in diesem Fall Kohle, das auch auf eine weiter unten im Ofen 10 liegende Etage eingebracht werden kann, wird dort durch die Rechen 26 mit den erhitzten, schwermetall- und eisenoxidhaltigen Reststoffen ver- mischt. Durch die hohe Temperatur und durch die Gegenwart von Kohlenmon- oxid werden die in den Reststoffen enthaltenen Oxide wahrend des Transpor- tes durch den Etagenofen 10 nach und nach zu Metall reduziert.

Durch die kontrollierte Eingabe von festen, fiussigen und gasformigen Redukti- onsmitteln und von sauerstoffhaltigen Gasen an verschiedenen Stellen des Etagenofens 10 und durch die Mogtichkeit, uberschussige Case an kritischen Stellen abzusaugen, ist es mogtich, die Reduktion der schwermetall- und eisenoxidhaltigen Reststoffe genau zu kontrollieren und das Verfahren unter optimalen Bedingungen durchzufuhren.

Der Ofen erlaubt es einen Teil der Gase, die im Ofen nach oben stromen unterhalb der Etagen auf denen die Schwermetalle verdampfen, durch einen Absaugstutzen 60 in der Seitenwand aus dem Ofen 10 absaugen und ober- halb dieser Etagen durch einen EintaB 62 wieder in den Ofen 10 einblasen.

Dadurch ist die auf den Etagen auf denen die Schwermetalle verdampfen, vorhandene Gasmenge gering. Sie konnen dann in einer relativ geringen Gasmenge auf diesen Etage durch einen AusiaB 64 in der Seitenwand aus dem Ofen 10 abgesaugt werden. Das geringe Volumen an Gas mit relativ hohem Gehalt an Schwermetall kann dann getrennt gereinigt werden. Durch die geringen Abgasmengen ergeben sich auf den entsprechenden Etagen niedrige Gasgeschwindigkeiten und so wird wenig Staub mit diesem Abgas ausgetragen. Dadurch ergibt sich eine sehr hohe Schwermetallkonzentration im Abgas.

Die Abgase werden anschließend in einer Nachbrennkammer 66 oxidiert wobei die Schwermetalle zu Schwermetalloxiden umgewandelt und werden in einer Filtereinrichtung 70 von den Abgasen getrennt werden. Bevor die Abgase in die Filtereinrichtung 70 gelangen werden sie in einer Abkuhivorrichtung 68 auf die erforderliche Temperatur abgekuhit.

In der Seitenwand sind Dusen 30 zum Einblasen von heiBen (350°C bis 500°C) sauerstoffhaltigen Gasen vorgesehen, durch die man Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas in den Ofen 10 eingeben kann. Durch die hohen Temperaturen und durch die Gegenwart von Sauerstoff verbrennt ein Teil des Kohlenstoffs zu Kohlendioxid, der wiederum mit dem im OberschuB vorhande- nen Kohlenstoff reagiert und zu Kohlenmonoxid umgewandelt wird. Das Kohlenmonoxid reduziert schließlich die Oxide.

Da diese Reaktion uberwiegend endotherm ist, ist es sinnvoll, im unteren Teil des Ofens Brenner 32 anzubringen, die eine gleichbleibend hohe Temperatur in den untersten Etagen des Ofens sicherstellen. Hier konnen Gas- oder Kohlenstaubbrenner eingesetzt werden.

Diese Brenner 32 konnen zur Vorheizung und/oder zum Zusatzheizen mit Gas oder Kohlenstaub mit Luft befeuert werden. Durch das Mengenverhaltnis zwischen Sauerstoff und Brennmaterial kann ein zusatzliches Reduktionsgas erzeugt werden oder bei LuftuberschuB wird ein Nachverbrennen der ProzeB- gase erreicht. Im Falle einer Kohlenstaubfeuerung kann im Brenner ein Uber- schuB an Koh ! enmonoxid erzeugt werden. Bei außenliegenden Brennkammern

kann vermieden warden, daB die Asche der verbrannten Koh ! e in den Ofen gelangt und sich mit dem Eisen vermischt. Die Temperaturen in den Brenn- kammern werden so gewähit, daß die anfallende Schlacke flussig abgezogen werden kann und in verglaster Form entsorgt werden kann. Durch die Erzeu- gung von Kohlenmonoxid wird der Verbrauch an festen Kohienstofftragern im Ofen 10 reduziert und somit auch der Aschegehalt im fertigen Produkt.

In der letzten oder in den beiden letzten Etagen ist die Zugabe eines gasformi- gen Reduktionsmittels, z. B. Kohlenmonoxid oder Wasserstoff durch spezielle Dusen 44, vorgesehen. In dieser Atmosphare mit erhohtem Reduktionspotenti- al kann die Reduktion der Eisenoxide vervollstandigt werden.

AnschiieBend wird das erzeugte Eisen durch den AusiaB 46 im Boden 18 des Ofens 10 zusammen mit der Asche ausgetragen.

Das am AusiaB 46 ausgetragene Eisen wird mit der Asche und gegebenenfalls noch weiterverwertbaren Reduktionsmitteln in einer Abkuhivorrichtung 48 abgekühit. Anschließend wird das reduzierte Eisen uber eine Magnetabschei- dervorrichtung 50 von der Asche und den eventuell noch weiterverwertbaren Reduktionsmittein getrennt.

Weiterverwertbare Reduktionsmittel 52 werden dann in einer aussenliegenden Brennkammer 34 verbrannt. Die durch die Verbrennung der Reduktionsmittel entstandenen Gasen konnen wiederum in den Ofen 10 eingetragen werden, wahrend die Ruckstande Asche der Reduktionsmittel uber einen Auslaß als Asche oder flussige Schlacke abgefuhrt werden.

Das Gasgemisch aus dem Ofen gelangt durch den Abzug 20 in einen Nach- brenner 54, wo die brennbaren Gase des Gasgemischs verbrannt werden.

AnschiieBend wird das Gasgemisch in eine mit einem Kuhimedium beauf- schtagten Abkuhivorrichtung 56 eingetragen und abgekuhit. Das abgekuhite Gasgemisch wird anschließend mit Hilfe eines Zyklonfilters 58 gereinigt, bevor es nach außen abgeführt wird.