Publication: Endüstriyel baca tozlarından metalik değerlerin kazanımı
Abstract
ENDÜSTRİYEL BACA TOZLARINDAN METALİK DEĞERLERİN KAZANIMI Endüstriyel baca tozları hem içerdikleri metalik değerleri, hemde bunların çevreye atılması ile oluşan çevresel problemler nedeniyle tekno-ekonomik üretim yöntemlerinin geliştirilmesi gereken maddeler sınıfındadır. Endüstriyel baca tozlarının miktarı, metal üretim rakamları ile doğru orantılı artmaktadır. Örneğin; 2006 yılında dünya genelinde 1.24 milyar ton çelik üretilmiştir. Bu üretiminin % 30’u Elektrik Ark Fırınları (EAF) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu üretim tarzında 1 ton ham çelik üretiminden ortalama 10-15 kg EAF baca tozu oluşmaktadır. Bu tozların ana bileşenlerini çinko, demir oksit ve çinko ferrit oluşturmaktadır. Ayrıca Elektrik Ark Fırınına beslenen hurdanın tipine göre çeşitli metallerde olabilir. Ülkemiz; 23.3 milyon ton çelik üretimi ile dünya genelinde 11. sırada, Avrupa’da ise 4. sırada yer almaktadır. Dünyadakinin tam tersine ülkemizdeki çelik üretiminin % 72’sinde Elektrik Ark Fırını kullanılmaktadır. Bu sebepten dolayı önemli miktarda EAF baca tozu oluşmaktadır. Bu çalışmanın amacı; baca tozlarının içerdikleri metalik değerleri geri kazanıp ülke ekonomisine katma değer sağlamak hemde çevreye ağır metal içermeyen atıkların atılmasına bir proses dizayn etmektir. Çelik üretimi yapan bir firmadan temin edilen “EAF baca tozu” olarak adlandırılan ve ağırlıkça % 29.19 Zn, % 26.89 Fe, % 3.16 Pb, % 0.042 Cd ve % 0.65 Cl içeren baca tozu laboratuvar tipi döner fırında işlenerek deneyler gerçekleştirildi. Mevcut çinko, kurşun ve kadmiyum gibi metaller redükleyici uçurtma işlemi ile gaz fazına alınmış ve fırının ağzında kondanse edilerek ürün olarak tutuldu. Ayrıca, redüksiyon atığı kalıntının endüstriyel olarak kullanım imkanları araştırıldı. Kondanse ürün olarak toplanan “Waelz Oksit” olarak adlandırılan ve ağırlıkça % 66.24 Zn, % 0.18 Fe, % 5.55 Pb, % 0.0859 Cd ve % 4.99 Cl içeren kondanse ürünle uçurucu rafinasyon deneyleri yine laboratuvar tipi döner fırında gerçekleştirdi. Ürünleri karakterize etmek amacıyla kimyasal analiz tekniklerinin yanı sıra X-ışınları difraksiyonu (XRD) metodu da kullanıldı. Çalışma parametrelerinin çinko kazanım verimine ve demir metalizasyonuna olan etkileri; değişik deney şartları için, çinko kazanım ve demir metalizasyon değişim eğrilerinin çizilmesinden yararlanılarak belirlendi. Deneysel çalışmalarda, metalik değerlerin geri kazanılmasında uygun koşulların saptanması amacıyla; sabit karbon miktarı (Cfix), sıcaklık ve süre çalışma parametreleri seçilmiş ve bu parametrelerin metalik değerleri geri kazanma üzerine etkileri incelendi. Redüksiyon ve uçurucu rafinasyon deneyleri, deney malzemeleri ve seçilen parametreler aşağıda özetlenmiştir. Karbotermik Redüksiyon Bu çalışmada işlem görmemiş elektrik ark fırını baca tozu, işlem görmemiş kupol baca tozu ve peletlenmiş EAF baca tozu linyit kömürü ile karbotermik olarak redüklendi. Karbotermik redüksiyon deneyleri bölüm III.3.1’de anlatılan laboratuvar tipi döner fırında gerçekleştirildi. Sabit sıcaklıkta fırından belirli zaman aralıklarında numune alındı. Numuneler kimyasal analize tabi tutuldu. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, EAF baca tozu ve kupol baca tozundaki çinkonun redüklenerek uzaklaşma oranının artan sıcaklık, süre ve stokiyometrik kömür ile arttığı ve bu artışta sıcaklığın daha etkin olduğu belirlendi. İşlem görmemiş EAF baca tozu, peletlenmiş EAF baca tozu ve işlem görmemiş kupol baca tozundan çinko kazanım veriminin en yüksek olduğu şartlar, 1100 °C 60. dakikada elde edildi. Bu şartlar altında işlem görmemiş EAF baca tozu, peletlenmiş EAF baca tozu ve işlem görmemiş kupol baca tozundan çinko kazanım verimleri sırasıyla, % 98.47, % 99.36 ve % 97.52 olarak bulundu. İşlem görmemiş ve peletlenmiş EAF baca tozunda demir metalizasyonun en yüksek olduğu şartlar, 1050 °C 60. dakikada elde edildi. Bu şartlar altında işlem görmemiş EAF baca tozu ve peletlenmiş EAF baca tozundaki metalizasyon sırasıyla, % 85.21 ve % 94.38 olarak bulundu. Uçurucu Rafinasyon Karbotermik redüksiyon deneylerinde elde edilen kondanse ürün (waelz oksit) deneyleri seramik retort da yapıldı. Sabit sıcaklıkta fırından belirli zaman aralıklarında numune alındı. Numuneler kimyasal analize tabi tutuldu. Deneyler 1000, 1100, 1150, 1200 °C sıcaklıklarda yapıldı. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, kondanse tozdaki kurşun, kadmiyum ve klor içeriği artan sıcaklık ve süre ile azaldığı ve bu artışta sıcaklığın daha etkin olduğu belirlendi. Kondanse tozdaki en düşük kurşun, kadmiyum ve klor içeriği, 1200 °C 120. dakikada elde edildi. Bu şartlar altında kondanse tozdaki safsızlıklarının konsantrasyonları şu şekildedir; % 0.02 Pb, % 0.0087 Cd ve % 0.30 Cl olarak bulundu. Aynı şekilde kondanse tozdaki çinko konsantrasyonunun en yüksek olduğu şart, 1200 °C 120. dakikada elde edildi. Bu şartlar altında kondanse tozdaki çinko içeriğinin en yüksek olduğu konsantrasyon, % 79.58 Zn veya %99.04 ZnO olarak bulundu. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, EAF baca tozu karbotermik redüksiyon deneylerinde çinko kazanımının ve demir metalizasyonunun optimum olduğu şarj tipi, sıcaklık ve stokiyometrik karbon oranı sırasıyla, pelet, 1100°C ve (1:1.00) dir. Uçurucu rafinasyon deneylerinde çinko kalitesinin arttığı optimum koşul 1200 °C ve 120. dakikadır.
EVALUATION METALIC VALUES FROM INDUSTRIAL FLUE DUSTS Industrial flue dust containing metallic values is considered as a hazardous material which causes environmental problems. It is important that this waste is environmental friendly treated. The amount of industrial flue dust increases with increased steel production. 2006 world steel production was 1.24 billion tons. %30 of this production had been done using Electric Arc Furnace (EAF). In this production process, the dust which is collected in bag-houses is usually 10-15 kg per ton of crude steel. This dust contains predominantly zinc oxide, iron oxide and zinc ferrite, and also oxides of various other metals introduced into the EAF from the scrap charge. With the production of 23.3 million tons steel, Our country is in the 11. order in the World, 4. order in Europe. Unlike the tendency in the world, in Turkey %72 of steel is produced using Electric Arc Furnace and this is the reason large quantities of EAF dust is generated. In this study; EAF dust containing 29.19 wt % Zn, 26.89 wt % Fe, 3.16 wt % Pb, 0.0042 wt % Cd and 0.65 wt % Cl was pyrometallurgically treated in a temperature controlled laboratory scale rotary tube furnace. Zinc, lead and cadmium were reduced using solid carbon. Evaporated non-ferric metals are collected as condensed product. Also, it was investigated if slags could be industrially used or not. The collected condensed product so called “Waelz Oxide”, containing 66.24 wt % Zn, 0.18 wt % Fe, 5.55 wt % Pb, 0.0859 wt % Cd, and 4.99 wt % Cl were refined by volatizing. A temperature controlled laboratory scale rotary tube furnace was used to carry out the roasting experiments. Also, X-Ray diffraction (XRD) were carried out to determine the composition of the sample . The effects of operation parameters were either determined by the drawing the variations of the recovery yield of zinc and the iron metallization of the samples depending on the parameters reduced in different conditions. Optimum conditions for producing metallic values using solid reductants were investigated. In the experimental studies, different operation parameters such as Cfix ratio, temperature and time were investigated. Reduction and refining by volatilizing experiments and also and investigated parameters are summarized bellow. Carbotermic Reduction EAF dust and Cupola dust raw materials and EAF pellets were reduced by lignite coal. In carbotermic reduction experiments, a temperature controlled laboratory scale rotary tube furnace was used. At a constant temperature, samples were taken periodically from the furnace during the experimental studies and were chemically analyzed. This experimental work dealt with a carbotermic reduction process for the separation of zinc from EAF dust and cupola dust. For the zinc recovery in EAF dust, pellet and cupolo dust, the optimum parameters were found to be 1100 °C and 60 minutes. Under these conditions, the best zinc recovery result for EAF dust, pellets and cupol dust were found to be 98.47 %, 99.36 % and 97.52 % respectively. For the iron metallization in EAF dust and pellet, the optimum parameters were found to be 1050 °C and 60 minute. Under these conditions, the best iron metallization result for EAF dust and pellets were found to be 85.21 % and 94.38 % respectively. Refining by volatilizing In this experimental series; a laboratory scale rotary tube furnace was used to treat the collected condensed powder obtained in the carbo-thermic reduction experimental series. The samples were taken from the furnace during the experimental studies and were chemically analyzed. Temperatures between (1000, 1100, 1150 and 1200 °C) were investigated. It was observed that the amount of lead, cadmium and chlorine in the condensed powder decreased with increased both time and temperature. The optimum conditon was found to be the least lead, cadmium and chlorine contain in condense powder were generated at 1200 °C temperature and 120 minutes. Under these conditions; the amount of lead, cadmium and chlorine in the powder were 0.02 %, 0.0087 % and 0.30 % respectively. The highest zinc recovery efficiency (79.58 %.) was attained at 1200oC for 120 minutes. In EAF dust carbotermic reduction experiments, pellet was found to be the best charge type for the zinc recovery and iron metallization with a stochiometric ratio of 1 at 1100°C. In the refining by volatilizing, the highest zinc refining efficinecy was attained at 1200 °C for 120 minutes.
EVALUATION METALIC VALUES FROM INDUSTRIAL FLUE DUSTS Industrial flue dust containing metallic values is considered as a hazardous material which causes environmental problems. It is important that this waste is environmental friendly treated. The amount of industrial flue dust increases with increased steel production. 2006 world steel production was 1.24 billion tons. %30 of this production had been done using Electric Arc Furnace (EAF). In this production process, the dust which is collected in bag-houses is usually 10-15 kg per ton of crude steel. This dust contains predominantly zinc oxide, iron oxide and zinc ferrite, and also oxides of various other metals introduced into the EAF from the scrap charge. With the production of 23.3 million tons steel, Our country is in the 11. order in the World, 4. order in Europe. Unlike the tendency in the world, in Turkey %72 of steel is produced using Electric Arc Furnace and this is the reason large quantities of EAF dust is generated. In this study; EAF dust containing 29.19 wt % Zn, 26.89 wt % Fe, 3.16 wt % Pb, 0.0042 wt % Cd and 0.65 wt % Cl was pyrometallurgically treated in a temperature controlled laboratory scale rotary tube furnace. Zinc, lead and cadmium were reduced using solid carbon. Evaporated non-ferric metals are collected as condensed product. Also, it was investigated if slags could be industrially used or not. The collected condensed product so called “Waelz Oxide”, containing 66.24 wt % Zn, 0.18 wt % Fe, 5.55 wt % Pb, 0.0859 wt % Cd, and 4.99 wt % Cl were refined by volatizing. A temperature controlled laboratory scale rotary tube furnace was used to carry out the roasting experiments. Also, X-Ray diffraction (XRD) were carried out to determine the composition of the sample . The effects of operation parameters were either determined by the drawing the variations of the recovery yield of zinc and the iron metallization of the samples depending on the parameters reduced in different conditions. Optimum conditions for producing metallic values using solid reductants were investigated. In the experimental studies, different operation parameters such as Cfix ratio, temperature and time were investigated. Reduction and refining by volatilizing experiments and also and investigated parameters are summarized bellow. Carbotermic Reduction EAF dust and Cupola dust raw materials and EAF pellets were reduced by lignite coal. In carbotermic reduction experiments, a temperature controlled laboratory scale rotary tube furnace was used. At a constant temperature, samples were taken periodically from the furnace during the experimental studies and were chemically analyzed. This experimental work dealt with a carbotermic reduction process for the separation of zinc from EAF dust and cupola dust. For the zinc recovery in EAF dust, pellet and cupolo dust, the optimum parameters were found to be 1100 °C and 60 minutes. Under these conditions, the best zinc recovery result for EAF dust, pellets and cupol dust were found to be 98.47 %, 99.36 % and 97.52 % respectively. For the iron metallization in EAF dust and pellet, the optimum parameters were found to be 1050 °C and 60 minute. Under these conditions, the best iron metallization result for EAF dust and pellets were found to be 85.21 % and 94.38 % respectively. Refining by volatilizing In this experimental series; a laboratory scale rotary tube furnace was used to treat the collected condensed powder obtained in the carbo-thermic reduction experimental series. The samples were taken from the furnace during the experimental studies and were chemically analyzed. Temperatures between (1000, 1100, 1150 and 1200 °C) were investigated. It was observed that the amount of lead, cadmium and chlorine in the condensed powder decreased with increased both time and temperature. The optimum conditon was found to be the least lead, cadmium and chlorine contain in condense powder were generated at 1200 °C temperature and 120 minutes. Under these conditions; the amount of lead, cadmium and chlorine in the powder were 0.02 %, 0.0087 % and 0.30 % respectively. The highest zinc recovery efficiency (79.58 %.) was attained at 1200oC for 120 minutes. In EAF dust carbotermic reduction experiments, pellet was found to be the best charge type for the zinc recovery and iron metallization with a stochiometric ratio of 1 at 1100°C. In the refining by volatilizing, the highest zinc refining efficinecy was attained at 1200 °C for 120 minutes.