Projekt 09860/01

Entwicklung eines Verfahrens zur thermischen Verdampfung von verwertbaren Metallen aus Elektroofenstäuben

Projektdurchführung

BSW Stahl-Nebenprodukte GmbH
Graudenzer Str. 45
77694 Kehl

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Beim Einschmelzen des Schrottes im Elektroofen verbrennen mit dem zugeführten Sauerstoff Eisen und andere Legierungselemente sowie organische Stoffe und bilden Elektroofenstaub. Abnehmer und Verarbeiter des Staubes ist bisher die Fa. BUS, Duisburg, die aus dem Staub Zink und Blei recycelt. Beim Wiedergewinnungsprozess in einem direkt beheizten Wälzrohr entstehen Schlacken, die entsorgt werden müssen. Das im Staub enthaltene Eisen geht verloren. Das neue Verfahren beruht auf der Verflüchtigung von Metallen und Metallverbindungen aus den Staubpellets mittels indirekt beheizten Drehrohröfen. Das im Labor entwickelte und in einer Technikumsanlage bewährte Verfahren soll nun im Rahmen einer großtechnischen Pilotanlage umgesetzt werden. An dieser Pilotanlage soll das Verfahren hinsichtlich der Risiken 1) wirtschaftliche Standzeit der großen Metallrohre 2) Qualität des Zinkoxids bezüglich Reinheitsgrad und Struktur 3) behördliche Auflagen getestet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAus den Staubpellets werden rückstandsfrei drei voll verwertbare Produkte 1) Zinkoxid 2) Eisen-Pellets 3) Blei-Alkali-Chlorid hergestellt. Das Verfahren arbeitet erheblich wirtschaftlicher und umweltfreundlicher als der Wälzprozess. Die Aufbereitung kann in kleinen wirtschaftlich arbeitenden Anlagen bei den Entfallstellen (Stahlwerk) direkt erfolgen, wodurch der Transport der dioxinhaltigen Stäube entfällt. Durch die thermische Behandlung der Staubpellets in indirekt beheizten Drehrohren werden Dioxine und Furane zerstört und die Rückbildung durch rasche Abkühlung verhindert. Am 08.10.1996 wurde der Antrag für die Genehmigung nach BImSchG eingereicht und genau ein Jahr später die Genehmigung erteilt. Im De-zember 1998 konnte die Anlage in Betrieb genommen werden. Danach wurden Optimierungsmaßnahmen bezüglich Verfahrens- und Anlagentechnik vorgenommen. Im Frühsommer 2000 wurde versuchsweise eine neue Verfahrensweise des BSN-Verfahrens getestet. Die Ergebnisse wurden systematisch erfasst und die beiden Verfahrensweisen unter ökologischen Gesichtspunkten mit dem konventionellen Verfahren zur Staubaufbereitung verglichen.


Ergebnisse und Diskussion

Die BSW Stahl-Nebenprodukte GmbH (BSN) hat ein Verfahren zur thermischen Staubaufbereitung von Stahlwerkstäuben von den ersten Laborversuchen bis zur Produktionsreife entwickelt. Die Ergebnisse der Versuchsanlage ließen sich in der Produktionsanlage nicht umsetzen. Es gelang nicht, im Verfahrensschritt Entbleien/Entchloren das Blei vollständig aus den Elektroofen-Filterstaubpellets zu verdampfen. Unter den Bedingungen des zweiten Verfahrensschrittes Entzinkung kann Blei aber sehr wohl verflüchtigt werden und findet sich im Zinkoxid wieder. Somit war es nicht möglich, den angestrebten Bleigehalt von < 0,2 % im Zinkoxid zu erreichen. Bei geringerem Durchsatz an Elektroofen-Filterstaubpellets ist zwar eine bessere Entbleiung und damit eine höhere Reinheit des Zinkoxids möglich, die dabei erzeugte Produktionsmenge ist aber zu gering für eine wirtschaftliche Betriebsweise der Staubaufbereitungsanlage. Daraufhin wurde das Verfahren versuchsweise umgestellt. Statt bisher drei werden nur noch zwei Produkte hergestellt: technisches Zinkoxid und die Eisenpellets. Das heißt, es wird nur noch der Verfahrensschritt Entzinkung durchgeführt und die Trennung der Elemente Blei und Zink wird damit aufgegeben. Das so hergestellte technische Zinkoxid enthält bis zu 5 % Blei. Technisches Zinkoxid der BSN wird als Ausgangsstoff zur Zinkmetallgewinnung nach dem Imperial-Smelting-Verfahren bzw. dem Elektrolyse-Verfahren eingesetzt. Nach dieser modifizierten Verfahrensweise ist es möglich, größere Filterstaubmengen (im Moment 1.500 kg/h) in der Produktionsanlage zu verarbeiten. Die Anlage kann so wegen der höheren Produktionsmenge wirtschaftlich betrieben werden. Trotz der Umstellung des Verfahrens bleiben die ökologischen Vorteile gegenüber den konventionellen Aufbereitungsverfahren erhalten. Der Elektroofen-Filterstaub wird da verarbeitet, wo er entsteht. Es werden so eine Vielzahl von Transporten und die damit verbundenen Emissionen und der Energieeinsatz vermieden. Das Verfahren arbeitet weiterhin abfallfrei. Das zweite Produkt Eisenpellets enthält den Eisenanteil des Elektroofen-Filterstaubes und wird im Elektroofen der Badischen Stahlwerke wieder eingeschmolzen. Technisches Zinkoxid BSN hat einen höheren Zinkinhalt als das bekannte Wälzoxid. Die Aufbereitung von Filterstäuben bedeutet Einsparung von primären Rohstoffen und damit Ressourcenschonung.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Verfahren und dessen Fortschritte wurden auf mehreren Kongressen vorgestellt. Hier sind vor allem zu nennen: Steel mill wastes, Mai 1999, Pittsburgh, USA und Metec, Juli 1999, Düsseldorf. BSN hat am Tag der Offenen Tür des Kehler Hafens am 12. Mai 2000 teilgenommen und die im Betrieb befindliche Staubaufbereitungsanlage einer interessierten Öffentlichkeit vorgestellt. Im Sommer 2000 wurden außerdem Informationsveranstaltungen über das inzwischen immissionsschutzrechtlich genehmigte modifizierte Verfahren für den Umweltausschuss der Stadt Kehl und den Ortschaftsrat Auenheim durchgeführt. In der zweiten Jahreshälfte 2001 sollen der Ergebnisse des modifizierten BSN-Verfahrens in Absprache mit der Deutschen Bundesstiftung Umwelt in einer Fachzeitschrift veröffentlicht werden.


Fazit

Trotz der zunächst nicht zufriedenstellenden Ergebnisse der Produktionsanlage kann die Staubaufbereitungsanlage der BSN nach dem modifizierten Verfahren wirtschaftlich betrieben werden. Im Jahr 2000 wurden 7000 t Elektroofen-Filterstaub bei BSN verarbeitet, für das Jahr 2001 ist die Verarbeitung von 10.000 t Filterstaub geplant. Um in Zukunft die gesamte Menge an Elektroofen-Filterstaub der Badischen Stahlwerke aufbereiten zu können, wird in diesem Jahr mit der Planung für eine weitere Produktionslinie begonnen.