Elke ton staal die in een elektrische vlamboogoven (EAF) wordt geproduceerd, genereert 15-25 kg stof – fijnstof dat door het filterhuis wordt opgevangen. Voor een smelterij met een capaciteit van 500.000 ton per jaar komt dat neer op 7.500 tot 12.500 ton stof per jaar. Dit stof wordt in de meeste landen als gevaarlijk afval beschouwd, omdat het zware metalen bevat – voornamelijk zink, lood en cadmium – die in het grondwater kunnen terechtkomen als het wordt gestort.
MONTE INTELLIGENCE is al meer dan tien jaar betrokken bij systemen voor de verwerking van EAF-stof. Het stofprobleem is zowel een milieuverplichting als een economische kans, omdat EAF-stof doorgaans 15-30% zink bevat – concentraties die hoger liggen dan in veel zinkertsafzettingen die momenteel worden ontgonnen.
De samenstelling van EAF-stof weerspiegelt de samenstelling van het schroot. Stof afkomstig van installaties die gegalvaniseerd schroot smelten, kan 25-35% zink bevatten. Stof afkomstig van installaties die voornamelijk zwaar schroot en huishoudelijk schroot smelten, kan slechts 8-15% zink bevatten. Het zinkgehalte bepaalt de economische haalbaarheid van recycling: boven de 15% zink levert stofrecycling over het algemeen een positief rendement op. Onder de 10% zink kunnen de recyclingkosten de waarde van het teruggewonnen zink overstijgen, en wordt stabilisatie gevolgd door storting op een stortplaats de economisch verstandige keuze – hoewel regelgeving deze optie steeds meer afraadt.
Het loodgehalte in EAF-stof verdient aandacht, omdat het zowel het recyclingproces als de verkoopbaarheid van het teruggewonnen zinkproduct beïnvloedt. Het typische loodgehalte ligt tussen de 1 en 5%. Lood en zink zijn chemisch gezien voldoende vergelijkbaar, waardoor een economische scheiding ervan lastig is. Het Waelz-ovenproces, de dominante recyclingtechnologie, produceert een zinkoxideproduct dat doorgaans 0,5-2% lood bevat. Dit is acceptabel voor de zinksmelterij, die het materiaal verder kan verfijnen. Strengere loodspecificaties in sommige markten kunnen echter extra zuiveringsstappen vereisen, wat de kosten verhoogt.
Het Waelz-ovenproces is de belangrijkste methode voor de recycling van EAF-stof en verwerkt wereldwijd ongeveer 80% van alle gerecyclede stof. De oven is een roterende cilindrische oven, doorgaans 40-60 meter lang en 3-4 meter in diameter, die onder een hoek van 2-3 graden ten opzichte van het horizontale vlak staat. EAF-stof wordt gemengd met een koolstofhoudend reductiemiddel – meestal cokesgruis of steenkool – en in de oven gevoerd. Terwijl de lading door rotatie en zwaartekracht door de oven beweegt, loopt de temperatuur op tot 1100-1300 °C.
Bij deze temperaturen wordt zinkoxide in het stof door koolstof gereduceerd tot metallische zinkdamp: ZnO + C → Zn(g) + CO. De zinkdamp verlaat de oven met de afgassen en wordt opnieuw geoxideerd tot zinkoxide door lucht die boven de lading wordt toegevoerd: 2 Zn(g) + O2 → 2 ZnO. Het zinkoxide wordt opgevangen in een filterinstallatie stroomafwaarts van de oven. Het product, Waelz-oxide genaamd, bevat doorgaans 55-65% zink en wordt als secundaire grondstof verkocht aan zinksmelterijen.
Het niet-vluchtige residu van de Waelz-oven – de slak – bevat ijzeroxide, kalk, silica en restanten van zware metalen. Deze slak werd vroeger gestort, maar wordt steeds vaker gebruikt als aggregaat in de wegenbouw of als grondstof bij de cementproductie. Om voor deze nuttige toepassingen in aanmerking te komen, moet de slak een uitloogtest doorstaan (zoals de TCLP-test in de Verenigde Staten of EN 12457 in Europa).
Alternatieve technologieën voor de Waelz-oven zijn onder andere de roterende oven (RHF), de meervoudige oven (MHF) en plasmaprocessen. De RHF gebruikt een vlakke, roterende bodem in plaats van een schuine cilinder, wat kortere verblijftijden en een nauwkeurigere temperatuurregeling mogelijk maakt. De MHF gebruikt gestapelde bodems met transportarmen om materiaal tussen de niveaus te verplaatsen. Plasmaprocessen gebruiken een elektrische boog of plasmatoorts om de hoge temperaturen te bereiken die nodig zijn voor de vervluchtiging van zink, met als voordeel dat elektriciteit in plaats van fossiele brandstoffen als energiebron wordt gebruikt.
Elke technologie heeft voor- en nadelen. De Waelz-oven is de optie met de laagste investeringskosten voor een hoge doorvoer (meer dan 50.000 ton per jaar), maar heeft hogere operationele kosten vanwege het cokesverbruik. De RHF-oven heeft een betere energie-efficiëntie en lagere emissies, maar vereist een meer uniforme toevoer van materiaal. Plasmaprocessen hebben de laagste milieubelasting, maar de hoogste elektriciteitskosten, wat een voordeel kan zijn als er koolstofarme elektriciteit beschikbaar is en er een CO2-prijs geldt.
Het terugwinningspercentage van zink in commerciële Waelz-ovens ligt doorgaans tussen de 90 en 95%. Een terugwinningspercentage onder de 90% duidt meestal op een probleem in het proces: onvoldoende reducerende omstandigheden in de oven, een te korte verblijftijd of een slechte menging van stof en reductiemiddel. Terugwinningspercentages boven de 95% zijn haalbaar met een geoptimaliseerde ovenwerking, maar de marginale kosten van de laatste paar procentpunten wegen mogelijk niet op tegen de waarde van het extra teruggewonnen zink.
De ijzerrijke slak uit de oven is een materiaalstroom die meer aandacht verdient dan hij doorgaans krijgt. Een Waelz-oven die 100.000 ton EAF-stof per jaar verwerkt, produceert ongeveer 60.000 ton slak. Deze slak bevat 30-40% ijzer, dat teruggewonnen en hergebruikt kan worden in het staalproductieproces. Verschillende technologieën voor ijzerwinning uit Waelz-slak zijn in ontwikkeling, waaronder magnetische scheiding en smeltreductie, maar geen enkele heeft tot nu toe brede commerciële toepassing bereikt.
MONTE INTELLIGENCE levert systemen voor stofverwerking en -conditionering voor elektrische vlamboogovens (EAF), waaronder pneumatisch transport, pelletiseren en opslag. We bieden ook advies over strategieën voor stofrecycling – of het nu gaat om investeren in recycling op locatie, transport naar een centrale Waelz-oven of het uitbesteden aan een externe verwerker.
Neem contact op met helenxu@cnlymonte.com voor een beoordeling van uw mogelijkheden voor stofbeheersing in uw elektrische vlamboogoven.
