Entsorgung fester Abfälle in einem Stahlwerk

Feststoffabfallmanagement in einem Stahlwerk

Die Stahlindustrie produziert im Allgemeinen große Mengen an festen Abfällen, während sie Materialien durch ihre verschiedenen Prozesse verarbeitet. Diese festen Abfälle haben viele wertvolle Produkte, die wiederverwendet werden können, wenn sie wirtschaftlich wiedergewonnen werden. Die Stahlindustrie auf der ganzen Welt hat bereits eine Reihe innovativer Maßnahmen zur 100 %igen Verwertung dieser Abfälle ergriffen und setzt diese fort, um die betriebliche Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Stahlindustrie zu verbessern. Diese Maßnahmen reduzieren nicht nur die Kosten der Abfallentsorgung und der Umweltverschmutzung, sondern liefern dem bestehenden Verfahren auch erhebliche Mengen an Eisenerz und Flussmitteln sowie Vorteile bei der Kraftstoffrate, wodurch entsprechende Mengen an Rohstoffen eingespart werden.

Die Stahlindustrie ist sowohl kapital- als auch energieintensiv und ihre Produktionsmengen sind sehr hoch. Prozessketten innerhalb der Industrie sind lang. Viele verschiedene Technologien werden angewendet und die Industrie hat erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt. Eines der Hauptanliegen der weltweiten Stahlindustrie ist die Entsorgung von Abfällen, die in verschiedenen Verarbeitungsstufen anfallen. Aufgrund des natürlichen Strebens nach Kosteneffektivität gibt es einen wachsenden Trend, solche Abfallverwertungstechnologien einzusetzen, die Abfälle in Wert umwandeln, wodurch Abfälle als Nebenprodukte behandelt werden. Dies hat dazu geführt, dass die Entwicklung von Zero-Waste-Technologien angestrebt wird. Die Technologien, die entwickelt wurden, um Abfälle aus Stahlwerken wirtschaftlich in Wohlstand umzuwandeln, bieten auch neue Geschäftsmöglichkeiten für potenzielle Unternehmer.

Gemäß der World Steel Association (WSA) wendet die Stahlindustrie weltweit die Prinzipien der Reduzierung, Wiederverwendung und des Recyclings (3 „R“) in vielerlei Hinsicht an, um die Nachhaltigkeit der Branche zu verbessern. Aus diesem Grund hat die Industrie den Bedarf an Rohstoffen drastisch reduziert. In den 1970er und 1980er Jahren benötigten moderne Stahlwerke durchschnittlich 1,44 Tonnen Rohstoffe, um 1 Tonne Stahl zu produzieren. Mit Investitionen in Forschung, technologische Verbesserungen und gute Planung verwendet die Stahlindustrie heute nur 1,15 Tonnen an Inputs, um 1 Tonne Stahl herzustellen, was einer Reduzierung um 21 % entspricht.

Heutzutage gibt es viele Überschneidungen bei der Interpretation der Wörter „feste Abfälle“ und „Nebenprodukte“. Tatsächlich sind einige feste Abfälle in der Stahlindustrie wesentlich durch Produkte, die während verschiedener Verarbeitung der Materialien in den Prozessen erzeugt werden, die an der Herstellung von Eisen und Stahl beteiligt sind. Beispielsweise wurden Schlacke, Staub und Schlamm, die von der Stahlindustrie erzeugt wurden, bis zum letzten Jahrzehnt als feste Abfälle bezeichnet, aber jetzt wurde dieser Begriff durch Nebenprodukt für diese Abfallmaterialien ersetzt. Aufgrund der intensiven Verwertung der Abfälle wird ein Teil der festen Abfälle heute zunehmend als „Nebenprodukte“ bezeichnet.

  Gemäß WSA können zurückgewonnene Nebenprodukte (ein Begriff, der synonym mit Nebenprodukten verwendet wird) während des Stahlherstellungsprozesses recycelt oder zur Verwendung durch andere Industrien verkauft werden. Die Nutzung von Nebenprodukten unterstützt die Nachhaltigkeit der Stahlindustrie. Es vermeidet Mülldeponien, reduziert CO2-Emissionen und hilft, natürliche Ressourcen zu schonen. Auch der Verkauf von Kuppelprodukten ist wirtschaftlich nachhaltig. Es generiert Einnahmen für Stahlproduzenten und bildet die Basis einer lukrativen weltweiten Industrie. Einige Stahlhersteller berichten von einer Verwertungs- und Recyclingrate von Nebenprodukten von bis zu 99 %. Die wichtigsten Nebenprodukte der Eisen- und Rohstahlerzeugung sind Schlacken, Stäube, Schrott und Schlämme.

Die Entsorgung fester Abfälle aus den Prozessen der Stahlindustrie ist das Hauptanliegen. Daher muss die Stahlindustrie die Philosophie „Reduzieren, Wiederverwenden und Recyceln“ (3 Rs) und ein effizientes Abfallmanagement übernehmen.

Im Folgenden sind die wichtigsten festen Abfälle/Co-Produkte/Nebenprodukte in verschiedenen Produktionsprozessen der Stahlindustrie aufgeführt.

  Koksherstellung

Die wichtigsten festen Abfälle, die bei der Herstellung von metallurgischem Koks anfallen, sind Kohlenstaub, Koksstaub, Teerschlamm und Säureschlamm. Kohlenstaub wird durch die Kohlemischung zurückgeführt. Kohlenstaub kann auch zusammen mit Koksstaub recycelt werden, indem er in die Sintereinsatzmischung gegeben wird. Der Kohlemischung wird Teerschlamm zugesetzt, um ihre Dichte zu verbessern. Säureschlamm muss vor der Entsorgung neutralisiert werden.

  Sinterherstellung

Bei der Sinterherstellung erzeugte feste Abfälle sind Stäube und Schlämme. Stäube entstehen an Sintermaschinenbauböden, Zyklonen und ESP (Elektrofilter). Schlamm entsteht im Klärbecken der Kläranlage. Diese Stäube und Schlämme sind reich an Eisen (Fe) und enthalten eine gute Menge an Kalk (CaO), Magnesia (MgO) und Kohlenstoff (C). Diese Materialien sind sehr gute Materialien für das Recycling zurück in die Sinterherstellung. Diese Materialien werden entweder mit feinem Eisenerz vermischt oder für das Recycling brikettiert.

  Pelletanlage

Die wichtigsten festen Abfälle, die in Pelletanlagen anfallen, sind Stäube und zu kleine Grünpellets. Beides wird in das Pellet-Ausgangsmaterial zurückgeführt.

  Hochofen-Eisenherstellung

Feste Abfälle, die während des Hochofen(BF)-Eisenherstellungsprozesses anfallen, sind Stäube, Abfallrückstände im Lagerhaus, Gießhaus-Eisenstau, Gießereischlamm, Hochofenschlacke, Flugstaub, GCP-Staub oder -Schlamm, feuerfester Abfall und heißes Metall (HM) Pfannenschädel.

Stäube und Möllersiebe werden in die Sinterherstellung zurückgeführt. Gußhausläufermarmeladen werden entweder als Eisenschrott zum Wiedereinschmelzen verkauft oder im Stahlschmelzwerk wiederverwertet. Gießhausmist wird als Deponiematerial deponiert.

Der größte Teil der flüssigen BF-Schlacke wird granuliert und an Zementhersteller zur Herstellung von BF-Schlackenzement verkauft. Eine kleine Menge BF-Schlacke wird luftgekühlt. Die luftgekühlte BF-Schlacke wird entweder auf Deponien abgelagert oder bei Straßenreparaturen innerhalb des Stahlwerks verwendet. In beiden Fällen wird die Eisenverunreinigung der Schlacke abgetrennt und zum Wiedereinschmelzen verkauft.

Flugstaub und GCP-Trockenstaub (bei Trockengasreinigung) werden bei der Sinterherstellung recycelt. GCP-Nassschlamm (im Falle einer Nassgasreinigung) aus dem Klärbecken wird getrocknet und entweder mit dem Eisenerzfeinstoff im Rohmaterialhof vermischt oder brikettiert und in der Sinterherstellung recycelt.

Feuerfeste Abfälle aus der Pfannenreparatur werden verkauft und vom Feuerfesthersteller zur Herstellung von Mörteln verwendet. HM-Pfannenschädel werden entweder durch Fallenlassen von Gewichten oder durch Aufstechen zerbrochen, und der zerbrochene Schädel wird als Eisenschrott verkauft oder im Stahlschmelzwerk verwendet.

  Eisenherstellung durch Direktreduktion

Während des Eisenherstellungsprozesses durch Direktreduktion sind die hauptsächlichen festen Abfälle Verkohlung (im Fall von Anlagen, die auf Kohle basierende Technologie verwenden), Stäube (sowohl Kohle als auch Eisen), unterdimensioniertes DRI (direkt reduziertes Eisen) und DRI-Abfälle. Char wird in eigenen Kraftwerken als Brennstoff für den Kessel verwendet. In den Sinteranlagen werden Kohlen- und Eisenstäube verwendet. Kohlenstaub kann auch im Kessel verwendet werden. Eisenstaub kann auch an die Zementhersteller verkauft werden. Unterdimensioniertes DRI wird brikettiert und zusammen mit DRI im Stahlschmelzwerk verwendet. DRI-Abfälle werden in den Prozess zurückgeführt.

Schweineguss  

Beim Massivguss von Roheisen entstehen Abfallstoffe wie Blechstau, Angussstau und Kalkschlamm. Plattenmarmelade und Läufermarmelade werden nach der Verarbeitung als Eisenschrott verkauft. Kalkschlamm wird zu Neutralisationszwecken verwendet.

  Grundlegende Sauerstoffstahlherstellung

  Die Hauptabfallmaterialien bei der BOF-Stahlherstellung sind Konverterschlacke, Schrott, Feuerfestabfälle, Konvertermuck und Schlamm aus Gasreinigungsanlagen (GCP). Mit Ausnahme von GCP-Schlamm fallen alle anderen Abfallstoffe in der Regel in gemischtem Zustand an, was bedeutet, dass während der Erzeugung ein Abfallstoff mit anderen Abfallstoffen kontaminiert wird. Daher ist das Sortieren ein sehr wichtiger Schritt für das Recycling der Abfallmaterialien bei der Stahlherstellung.

GCP-Nassschlamm aus dem Klärbecken wird getrocknet und entweder mit dem Eisenerzfeinstoff im Rohmaterialhof vermischt oder brikettiert und in der Sinterherstellung recycelt.

Konverterschlacke wird nach Entfernung des Schrotts als Ersatz für Kalkstein in die Sintermischung zurückgeführt. Konverterschlacke wird auch in Straßenreparaturen, als Gleisschotter und als Bodenverbesserer verwendet.

Sowohl aus Konverterschlacke als auch aus dem Mist entfernter Schrott wird zu Kühlzwecken in den Konverter zurückgeführt. Stahlschrott wird auch erzeugt, wenn eine Pfanne oder ein Konverter durch ist, obwohl dieses Phänomen sehr selten ist.

Aus Konvertermist werden Schrott und feuerfeste Abfälle entfernt und der Rest wird zur Deponierung verwendet.

Feuerfeste Abfälle sind üblicherweise von zwei Arten. Der erste Typ stammt aus gebrauchter Konverterauskleidung und besteht hauptsächlich aus feuerfesten Magnesium-Kohlenstoff-Materialien. Die meisten dieser nicht kontaminierten feuerfesten Materialien werden im Konverter für die Bodenausbesserung verwendet. Der zweite Typ sind feuerfeste Abfälle aus Pfannen. Wenn diese Abfälle basisch sind, werden sie ähnlich wie feuerfeste Konverterabfälle behandelt. Wenn es sich um Aluminiumoxid handelt, wird der feuerfeste Abfall zur Mörtelherstellung verwendet.

  Elektrostahlherstellung

Das Hauptabfallmaterial bei der Elektrostahlherstellung ist EAF (Elektrolichtbogenofen), GCP-Staub, Schlacke, Schrott und feuerfeste Abfälle. Feuerfeste Magnesiakohlenstoffabfälle werden als Schlackenkonditionierer im EAF verwendet.

Schlacke aus Elektrolichtbogenöfen (EAF) hat aufgrund ihrer hohen Kristallinität und ihres hohen Eisengehalts derzeit kein etabliertes Verfahren für ein mögliches Recycling. Der Basizitätsindex (BI) der Schlacke liegt im Allgemeinen zwischen 1,2 und 1,8, was in die niedrighydraulische Merwinit-Gruppe fällt. Auch der Mahlbarkeitsindex, der ein Maß für die zum Mahlen eines bestimmten Materials auf eine bestimmte Größe erforderliche Energie ist, ist aufgrund des hohen Eisenoxidgehalts hoch. Dies macht die weitere Vermahlung und Verarbeitung der EAF-Schlacke energieintensiv. Die Schlacke wurde als wirksames Aggregat für den Straßenbau verwendet. Aus der EAF-Schlacke wurden auch verglaste Keramikfliesen entwickelt.

Kontinuierliches Gießen

Größte Abfallmaterialien, die beim Stranggussverfahren anfallen, sind Stranggusszunder, feuerfester Abfall, Schrott, Schlacke und Dreck. Auch hier fallen Abfallstoffe im gemischten Zustand an und eine Sortierung ist als erster Schritt zur Trennung verschiedener Abfallarten erforderlich.

Stranggusszunder wird in der Sinteranlage recycelt. Schrott wird in der Stahlherstellung recycelt. Andere Abfallmaterialien werden als Deponie verwendet.

  Walzwerke

Die in Walzwerken anfallenden Hauptabfallmaterialien sind Walzzunder, feuerfeste Abfälle aus Wiedererwärmungsöfen und Schrott.

Walzzunder wird in der Sinteranlage recycelt. Schrott wird im Stahlschmelzwerk recycelt. Feuerfester Abfall wird je nach Zustand entweder zur Mörtelherstellung oder deponiert.

  Kalkkalzinierung

Feste Abfälle, die in der Kalzinieranlage anfallen, sind Kalkstein- und Dolomitabfälle, Kalkstaub und Kalkabrieb. Kalkstaub und Kalkabrieb werden brikettiert und entweder in der Sinteranlage oder im Stahlschmelzwerk recycelt. Kalkstein- und Dolomitabfälle werden in der Sinteranlage recycelt.

  Wärmekraftwerk

Die im Kraftwerk anfallenden Hauptabfälle sind die Flugasche und Bodenasche. Flugasche wird in der Zementherstellung verwendet. In einem Teil der Anlage wird Asche in den Ascheteich geleitet. Aus dem Ascheteich zurückgewonnene Asche wird verwendet, um die Höhe des Deichs des Ascheteiches zu erhöhen.

  Feststoffabfallmanagement

Die Abfallbewirtschaftung fester Abfälle umfasst Erzeugung, Vermeidung, Charakterisierung, Überwachung, Behandlung, Handhabung, Wiederverwendung und Restbeseitigung. Es erfordert eine neue Einstellung der Mitarbeiter und des Managements. Traditionelles Denken legt die ganze Verantwortung auf einige wenige Experten, die dafür verantwortlich sind. Der neue Fokus liegt darauf, die Abfallwirtschaft für jeden Mitarbeiter in die Verantwortung zu nehmen. Die Bedeutung der Abfallwirtschaft ist das, was die produktionsorientierten Manager und Arbeiter lernen müssen. Für eine effektive Abfallbewirtschaftung ist ihre Beteiligung und Zusammenarbeit von entscheidender Bedeutung.

Auch das Engagement des Managements ist für ein erfolgreiches Abfallmanagementprogramm notwendig und lebenswichtig. Das Management kann sein Engagement unter Beweis stellen, indem es die Mitarbeiter in Abfallmanagementtechniken schult, die Vorschläge der Mitarbeiter fördert, Ressourcen für die 3-R-Aktivitäten bereitstellt und die Abfallerzeugung und das Abfallrecycling misst und überwacht.

Das oberste Ziel des Managements muss die Null-Feststoffabfälle aus der Anlage sein. Dafür sind Nachverfolgung und kontinuierliche Verbesserungen entscheidend. Die Messung und Berichterstattung über die Abfallreduzierung und das Erreichen von Kosteneinsparungszielen ist auch hilfreich bei der Verbesserung der Arbeitsergebnisse und der nachhaltigen Entwicklung des Stahlwerks.

3 „R“ der Abfallwirtschaft ist in Abb. 1 dargestellt

Abb. 1 3 „R“ der Abfallwirtschaft