Bei der Produktion einer Tonne Stahl in einem Elektrolichtbogenofen entstehen 15–25 kg Staub – feine Partikel, die vom Filter aufgefangen werden. Für ein Stahlwerk mit einer Jahreskapazität von 500.000 Tonnen entspricht dies 7.500 bis 12.500 Tonnen Staub pro Jahr. Dieser Staub gilt in den meisten Ländern als Sondermüll, da er Schwermetalle – hauptsächlich Zink, Blei und Cadmium – enthält, die bei Deponierung ins Grundwasser gelangen können.
MONTE INTELLIGENCE beschäftigt sich seit über einem Jahrzehnt mit Systemen zur Staubabsaugung in Elektrolichtbogenöfen. Das Staubproblem stellt sowohl eine ökologische Verpflichtung als auch eine wirtschaftliche Chance dar, da Elektrolichtbogenofenstaub typischerweise 15–30 % Zink enthält – Konzentrationen, die höher sind als in vielen derzeit abgebauten Zinkerzvorkommen.
Die Zusammensetzung von Elektroofenstaub spiegelt die Schrottmischung wider. Staub aus Anlagen, die verzinkten Schrott einschmelzen, kann 25–35 % Zink enthalten. Staub aus Anlagen, die hauptsächlich Schwerschrott und Haushaltsabfälle einschmelzen, enthält hingegen nur 8–15 % Zink. Der Zinkgehalt bestimmt die Wirtschaftlichkeit des Recyclings: Ab etwa 15 % Zink ist das Staubrecycling in der Regel rentabel. Unter 10 % Zink können die Recyclingkosten den Wert des gewonnenen Zinks übersteigen, und die Stabilisierung mit anschließender Deponierung ist die wirtschaftlich sinnvollste Option – obwohl regulatorische Entwicklungen diese Möglichkeit zunehmend einschränken.
Der Bleigehalt im EAF-Staub ist beachtet, da er sowohl den Recyclingprozess als auch die Marktfähigkeit des gewonnenen Zinkprodukts beeinflusst. Typischerweise liegt der Bleigehalt zwischen 1 und 5 %. Blei und Zink sind chemisch so ähnlich, dass eine wirtschaftliche Trennung schwierig ist. Das Waelz-Ofenverfahren, die gängigste Recyclingtechnologie, erzeugt ein Zinkoxidprodukt mit einem typischen Bleigehalt von 0,5 bis 2 %. Dies ist für die Zinkhüttenindustrie akzeptabel, da das Material weiter veredelt werden kann. Strengere Bleigehaltsvorgaben in einigen Märkten können jedoch zusätzliche Reinigungsschritte und damit verbundene Kosten erforderlich machen.
Das Waelz-Ofenverfahren ist das wichtigste Verfahren zur Wiederverwertung von Elektrolichtbogenofenstaub und verarbeitet weltweit etwa 80 % des gesamten recycelten Staubs. Der Ofen ist ein rotierender, zylindrischer Ofen mit einer typischen Länge von 40–60 Metern und einem Durchmesser von 3–4 Metern, der um 2–3 Grad gegenüber der Horizontalen geneigt ist. Der Elektrolichtbogenofenstaub wird mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel – üblicherweise Koksgrieß oder Kohle – vermischt und in den Ofen gegeben. Während sich die Charge durch Rotation und Schwerkraft im Ofen bewegt, erreichen die Temperaturen 1100–1300 °C.
Bei diesen Temperaturen wird Zinkoxid im Staub durch Kohlenstoff zu metallischem Zinkdampf reduziert: ZnO + C → Zn(g) + CO. Der Zinkdampf verlässt den Ofen mit dem Abgas und wird durch oberhalb der Beschickung zugeführte Luft wieder zu Zinkoxid oxidiert: 2 Zn(g) + O₂ → 2 ZnO. Das Zinkoxid wird in einem nachgeschalteten Filterfilter aufgefangen. Das Produkt, Waelzoxid genannt, enthält typischerweise 55–65 % Zink und wird als Sekundärrohstoff an Zinkhütten verkauft.
Der nichtflüchtige Rückstand des Waelz-Ofens – die Schlacke – enthält Eisenoxid, Kalk, Kieselsäure und Restmengen an Schwermetallen. Diese Schlacke wurde früher deponiert, findet aber zunehmend Verwendung als Zuschlagstoff im Straßenbau oder als Rohstoff in der Zementherstellung. Um für diese Zwecke zugelassen zu werden, muss die Schlacke Auslaugungstests (wie den TCLP-Test in den USA oder EN 12457 in Europa) bestehen.
Alternative Technologien zum Waelz-Ofen sind der Drehherdofen (RHF), der Mehrherdofen (MHF) und plasmabasierte Verfahren. Der RHF verwendet einen flachen, rotierenden Herd anstelle eines geneigten Zylinders, was kürzere Verweilzeiten und eine präzisere Temperaturregelung ermöglicht. Der MHF nutzt übereinander gestapelte Herde mit Förderarmen, um das Material zwischen den Ebenen zu transportieren. Plasmaverfahren verwenden einen Lichtbogen oder einen Plasmabrenner, um die für die Zinkverflüchtigung erforderlichen hohen Temperaturen zu erreichen. Sie bieten den Vorteil, Strom anstelle fossiler Brennstoffe als Energiequelle zu nutzen.
Jede Technologie hat Vor- und Nachteile. Der Waelz-Ofen bietet die niedrigsten Investitionskosten für hohe Durchsätze (über 50.000 Tonnen pro Jahr), verursacht aber aufgrund des Koksverbrauchs höhere Betriebskosten. Der RHF-Ofen zeichnet sich durch eine bessere Energieeffizienz und geringere Emissionen aus, benötigt jedoch ein gleichmäßigeres Aufgabematerial. Plasmaverfahren weisen die geringste Umweltbelastung auf, verursachen aber die höchsten Stromkosten. Dies kann von Vorteil sein, wenn kohlenstoffarmer Strom verfügbar ist und eine CO₂-Bepreisung gilt.
Die Zinkausbeute in kommerziellen Waelz-Ofenanlagen liegt typischerweise zwischen 90 und 95 %. Ausbeuteraten unter 90 % deuten in der Regel auf ein Prozessproblem hin – unzureichende Reduktionsbedingungen im Ofen, zu kurze Verweilzeit oder mangelhafte Vermischung von Staub und Reduktionsmittel. Mit optimiertem Ofenbetrieb sind Ausbeuteraten über 95 % erreichbar, jedoch rechtfertigen die zusätzlichen Kosten für die letzten Prozentpunkte den Wert des zusätzlich gewonnenen Zinks möglicherweise nicht.
Die eisenreiche Schlacke aus dem Ofen ist ein Materialstrom, der mehr Beachtung verdient, als ihm üblicherweise zuteilwird. Ein Waelz-Ofen, der jährlich 100.000 Tonnen Elektrolichtbogenofenstaub verarbeitet, produziert etwa 60.000 Tonnen Schlacke. Diese Schlacke enthält 30–40 % Eisen, das zurückgewonnen und dem Stahlherstellungsprozess wieder zugeführt werden könnte. Verschiedene Technologien zur Eisengewinnung aus Waelz-Schlacke befinden sich in der Entwicklung, darunter Magnetscheidung und Schmelzreduktion, doch keine hat bisher eine breite kommerzielle Anwendung gefunden.
MONTE INTELLIGENCE liefert Staubbehandlungs- und -aufbereitungssysteme für Elektrolichtbogenöfen, einschließlich pneumatischer Förderanlagen, Pelletieranlagen und Lageranlagen. Wir beraten Sie außerdem zu Strategien für das Staubrecycling – von der Investition in ein Recyclingzentrum vor Ort über die Anlieferung an einen zentralen Waelz-Ofen bis hin zur Beauftragung eines externen Verarbeiters.
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