Development of a New Recycling Process for High Zinc Containing Steel Mill Dusts including a Detailed Characterization of an Electric Arc Furnace Dust

Zusammenfassung

Filterstäube aus der Eisen- und Stahlindustrie sind bedeutende sekundäre Rohstoffquellen für die primäre Zinkindustrie. Grundsätzlich erfolgt die Differenzierung der Stäube in zwei Kategorien. Auf der einen Seite sind dies hochzinkhaltige Filterstäube aus Elektrostahlwerken mit Zinkkonzentrationen von bis zu 40 %, während die zweite große Gruppe, Stäube aus LD-Stahlwerken, bevorzugt Zinkgehalte im Bereich von 3 bis 15 %¹ aufweist. Im Moment beherrscht im Wesentlichen ein Prozess den Recyclingmarkt dieser Stäube. 80 % der globalen Elektrolichtbogenofenstaubproduktion wird derzeit über den Wälzprozess recycelt². Dieser Prozess arbeitet bevorzugt bei Zinkgehalten im Bereich von 20–25 %³. Eine zentrale Aufgabe des Christian Doppler Labors besteht darin, eine direkte Aufbereitungsstrategie für hochzinkhaltige Stäube zu entwickeln. Problematisch ist bei derzeitigen Recyclingprozessen neben einer hohen Produktion von unerwünschten Nebenprodukten die Anreicherung von Begleitelementen im resultierenden Zinkoxid was zu einer beträchtlichen Minimierung der Produktqualität führt. Der Großteil an derzeitigen pyrometallurgischen Recyclingverfahren für derartige Reststoffe arbeitet nach demselben Prinzip. Das im Staub enthaltene Zinkoxid wird reduziert, verflüchtigt, im Abgasstrom reoxidiert und im Anschluss über das Filteraus als "crude zinc oxide" aufgefangen. Im Zuge dieses Prozesses kommt es aber auch zur Verflüchtigung von Verunreinigungen, wodurch höhere Konzentrationen an Halogen-, Alkalien- und Bleiverbindungen im entstehenden Produkt resultieren. Diese Verunreinigungen sind für nachfolgende Prozessschritte schädlich und mindern die Produktqualität des Zinkoxides. Ein Forschungsansatz besteht in der Implementierung eines zusätzlichen Prozessschrittes, um schädlichen Verbindungen zu entfernen, bevor in einer nachfolgenden Reduktionsstufe ein hochwertiges Zinkoxidprodukt gewonnen werden kann.

Summary

Filter dusts from the iron and steel industry are an important secondary raw material for the winning of metallic zinc. There are two kinds of dust available. On the one hand high zinc containing electric arc furnace dusts (EAFD) which include up to 40 % zinc and on the other hand there are basic oxygen furnace dusts which have a zinc-content mostly in the range of 3 to 15 %¹. At present time the waelz kiln is the main process to treat such filter dusts. About 80 % of the global recycled EAFD is treated by this method². The zinc-content in the filter dust mixture ranges in the most of the cases from 20 to 25 %³. One aim of the research activities of the Christian Doppler Laboratory in this field is the development of a direct recycling route for high zinc containing dusts. A typical problem of current recycling processes is the high amount of unwanted by-products as well as a resulting impure crude zinc oxide. The majority of the pyrometallurgical recycling facilities for such residues are based on the same principle. The zinc compounds are reduced and the resulting zinc is vaporized and re-oxidized in the off-gas system before the so called crude zinc oxide is collected by the filter system. In this process impurities are always fumed with the zinc and so high values of halogens, lead and alkalis in different compounds occur in the product. These impurities are harmful in further process steps and lower the quality lof the resulting zinc oxide. One idea to solve this problem is the implementation of an additional processing step to remove impurities before the reduction step, where afterwards a higher zinc oxide quality can be produced.