Каждая тонна стали, произведенная в электродуговой печи, генерирует 15-25 кг пыли — мелких частиц, улавливаемых рукавным фильтром. Для плавильного цеха мощностью 500 000 тонн в год это составляет от 7 500 до 12 500 тонн пыли ежегодно. В большинстве стран эта пыль классифицируется как опасные отходы, поскольку содержит тяжелые металлы — в основном цинк, свинец и кадмий — которые могут просачиваться в грунтовые воды при захоронении на свалках.
Компания MONTE INTELLIGENCE более десяти лет занимается системами удаления пыли из электродуговых печей. Проблема пыли представляет собой как экологическую проблему, так и экономическую возможность, поскольку пыль из электродуговых печей обычно содержит 15-30% цинка — концентрация выше, чем во многих разрабатываемых в настоящее время месторождениях цинковой руды.
Состав пыли электродуговых печей отражает состав лома. Пыль от плавильных заводов, перерабатывающих оцинкованный лом, может содержать 25-35% цинка. Пыль от заводов, перерабатывающих преимущественно тяжелый и бытовой лом, может содержать всего 8-15% цинка. Содержание цинка определяет экономическую целесообразность переработки: при содержании цинка выше 15% переработка пыли, как правило, приносит положительную прибыль. При содержании цинка ниже 10% стоимость переработки может превышать стоимость извлеченного цинка, и экономически более рациональным вариантом становится стабилизация с последующим захоронением на полигоне — хотя тенденции в регулировании выступают против этого варианта.
Содержание свинца в пыли электродуговых печей заслуживает внимания, поскольку оно влияет как на процесс переработки, так и на рыночную привлекательность полученного цинкового продукта. Типичное содержание свинца колеблется от 1 до 5%. Свинец и цинк химически достаточно схожи, поэтому их экономически целесообразное разделение затруднительно. Технология переработки, используемая в печи Ваэльца, является доминирующей технологией переработки и позволяет получать оксид цинка, который обычно содержит 0,5-2% свинца. Это приемлемо для цинкоплавильной промышленности, которая может дополнительно очищать материал. Однако более жесткие требования к содержанию свинца на некоторых рынках могут потребовать дополнительных этапов очистки, что увеличивает затраты.
Технология печи Ваэльца является основным методом переработки пыли электродуговых печей, обеспечивая переработку примерно 80% всей перерабатываемой пыли в мире. Печь представляет собой вращающуюся цилиндрическую печь, обычно длиной 40-60 метров и диаметром 3-4 метра, наклоненную на 2-3 градуса от горизонтали. Пыль электродуговой печи смешивается с углеродистым восстановителем — обычно коксовой мелочью или углем — и подается в печь. По мере перемещения шихты по печи под действием вращения и силы тяжести температура достигает 1100-1300°C.
При этих температурах оксид цинка в пыли восстанавливается углеродом до паров металлического цинка: ZnO + C → Zn(g) + CO. Пары цинка выходят из печи вместе с отходящими газами и повторно окисляются до оксида цинка воздухом, подаваемым над шихтой: 2 Zn(g) + O2 → 2 ZnO. Оксид цинка собирается в рукавном фильтре, расположенном ниже по потоку от печи. Полученный продукт, называемый оксидом Ваэльца, обычно содержит 55-65% цинка и продается цинковым плавильным заводам в качестве вторичного сырья.
Нелетучий остаток из печи Ваэльца — шлак — содержит оксид железа, известь, кремнезем и остаточные тяжелые металлы. Исторически этот шлак захоранивался на свалках, но все чаще его используют в качестве заполнителя в дорожном строительстве или в качестве сырья в производстве цемента. Для получения права на эти полезные применения шлак должен пройти испытания на выщелачивание (например, тест TCLP в США или EN 12457 в Европе).
Альтернативными технологиями печи Ваэлца являются вращающаяся печь (ВХП), многокамерная печь (МХП) и плазменные процессы. В ВХП используется плоская вращающаяся печь вместо наклонного цилиндра, что позволяет сократить время пребывания материала и обеспечить более точный контроль температуры. В МХП используются многоярусные печи с разбрызгивающими рычагами для перемещения материала между уровнями. В плазменных процессах для достижения высоких температур, необходимых для испарения цинка, используется электрическая дуга или плазменная горелка, при этом преимуществом является использование электроэнергии вместо ископаемого топлива в качестве источника энергии.
У каждой технологии есть свои компромиссы. Печь Ваэльца — это вариант с наименьшими капитальными затратами при высокой производительности (более 50 000 тонн в год), но у нее более высокие эксплуатационные расходы из-за потребления кокса. Печь RHF обладает лучшей энергоэффективностью и меньшими выбросами, но требует более однородного исходного материала. Плазменные процессы имеют наименьшее воздействие на окружающую среду, но самые высокие затраты на электроэнергию, что может быть преимуществом, если доступна низкоуглеродная электроэнергия и действует ценообразование на углеродные выбросы.
В промышленных печах Waelz коэффициент извлечения цинка обычно составляет от 90 до 95%. Коэффициенты извлечения ниже 90% обычно указывают на проблему в процессе — недостаточное восстановительное воздействие в печи, слишком короткое время пребывания или плохое перемешивание пыли и восстановителя. Коэффициенты извлечения выше 95% достижимы при оптимизированной работе печи, но дополнительные затраты в размере последних нескольких процентов могут не оправдываться стоимостью дополнительно извлеченного цинка.
Богатый железом шлак из печи — это поток материалов, заслуживающий большего внимания, чем ему обычно уделяется. Печь Вельца, перерабатывающая 100 000 тонн пыли электродуговых печей в год, производит около 60 000 тонн шлака. Этот шлак содержит 30-40% железа, которое можно было бы извлечь и вернуть в процесс производства стали. В настоящее время разрабатывается несколько технологий извлечения железа из шлака Вельца, включая магнитную сепарацию и восстановительную плавку, но ни одна из них пока не получила широкого коммерческого применения.
Компания MONTE INTELLIGENCE поставляет системы пылеудаления и кондиционирования для электродуговых печей, включая пневматическую транспортировку, гранулирование и хранение. Мы также предлагаем консультации по стратегии переработки пыли — будь то инвестиции в переработку на месте, отправка на центральную печь Waelz или заключение контракта с сторонним переработчиком.
Для оценки вариантов управления пылью в электродуговых печах свяжитесь с helenxu@cnlymonte.com.
