A derítőiszap-hamu felhasználása a fémkohászatban

Átírás

1 KÖRNYEZETRE ÁRTALMAS HULLADÉKOK ÉS MELLÉKTERMÉKEK 7.5 A derítőiszap-hamu felhasználása a fémkohászatban Tárgyszavak: derítőiszap; mennyiség; összetétel; szinterezési eljárás; foszfor-szinter; nyersvasgyártás; gazdaságosság. A derítőiszap környezetkímélő módon történő felhasználása évtizedek óta vita tárgya. A mezőgazdaságban trágyaként alkalmazását néhány évvel ezelőtt, amikor még tiszta trágya-derítőiszapról volt szó, veszélytelennek tartották, de a mai ismeretek alapján a gyógyszerek, antibiotikumok, kórokozók és nehézfémek jelenléte miatt már tiszta lelkiismerettel nem javasolható a mezőgazdasági célú alkalmazásuk. A derítőiszap összetétele és sűrűsége (ellentétben a hagyományos szerves trágyával) a talajszerkezet változásához is vezet, ezért a felelősségük tudatában levő mezőgazdászok a derítőiszapot trágyaként nem alkalmazzák. A talaj komplex ökológiai rendszerrel rendelkező, természetes elem, amely pufferként hat a környezeti hatásokkal és a káros anyagokkal szemben. A derítőiszap napjainkban a háztartásokból, vendéglőkből, szállodákból, gyárakból és üzletekből származó, meghatározhatatlan összetételű hulladékkeverék. Öszszetétele függ a származási helyétől és keletkezésének körülményeitől. Elégetése kiemelt jelentőségű, mert az égetés során megszűnik az iszap okozta veszély, hasznosul az iszap energiatartalma, és csökken a mennyisége. A különböző típusú kemencékben elégetett derítőiszap után a nem illó anyagokat tartalmazó derítőiszap-hamu (KSA, Klärschlammasche) marad vissza. Az önmagában történő elégetés mellett a derítőiszapot hulladékégető berendezésben, széntüzelésű erőművekben, cementégetőkben is elégetik. Napjainkban a KSA legnagyobb részét a bányászatban tömedékanyagként, illetve a földmunkák során használják fel, ami ökológiailag és az anyaghasznosítás szempontjából nem optimális megoldás. A KSA változó összetétele miatt általános értékesítési lehetőség nem határozható meg. A Németországban keletkező derítőiszap-hamu felhasználása a keletkezett mennyiségtől, az összetételtől, a szállítási költségektől és a rendelkezésre álló feldolgozóipartól függ. A derítőiszap kezelési eljárásai között kiemelt jelentőségű az elégetés.

2 Németországban, ahol Európában a legtöbb szennyvizet kezelik, évente 2,5 3,2 M t derítőiszap (az EU-tagországokban keletkező iszap 40%-a) keletkezik. Ennek 11 23%-a (300 E 740 E t) elégetésre, 50%-a lerakóhelyen elhelyezésre kerül, a fennmaradó részt a mezőgazdaságban, illetve a földmunkák során használják fel. A derítőiszapot önmagában 16 kommunális és 7 ipari égetőberendezésben égetik el, amelyek Észak-Rajna-Vesztfáliában és a dél-német térségben találhatók. A német derítőiszap 5%-a hulladékégető berendezésekben, 23%-a erőművekben más anyagokkal együtt kerül elégetésre. A derítőiszap elégetése során 35 55% (105 E 415 E t/év) hamu keletkezik, amelynek értékesítése, illetve ártalmatlanítása aktuálisan jelentkező probléma. A KSA kémiai alkotórészei a szilícium-oxidok, az alumínium, a vas, a kalcium és a foszfor, valamint nyomelemek (Ca, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn). A különböző égetőberendezésekben vett KSA minták összetétele jelentősen eltérő. Két típusú KSA definiálható: nagy SiO 2 Fe 2 O 3 P 2 O 5 tartalmú és CaO-szegény nagy SiO 2 CaO P 2 O 5 tartalmú és Fe 2 O 3 -szegény KSA. Az Al 2 O 3 -tartalom a nagy vastartalmú KSA-ban a legkisebb. Az összetételbeli különbségek a derítőkben használt különböző kondicionáló anyagokra (szerves polimerek, mész, Fe- vagy Al-sók, ásványi anyagok) vezethetők viszsza. E cikkben a nagy vas- és foszfortartalmú KSA felhasználhatóságának a vizsgálatára kerül sor. Német vasipari vállalatok kutatómunkát folytattak annak érdekében, hogy a nagy foszfortartalmú KSA-ból, valamint a vas- és acélgyártásban, illetve egyes vegyipari folyamatokban keletkező hulladékokból készíthető-e ún. foszfor-szinter (szinter = zsugorított anyag) és ebből a szinterből nagyolvasztóban előállítható-e nagy foszfortartalmú nyersvas? A nyersvasat kohóban vas-oxid redukciójával állítják elő. A 8 kg-os tömbökben előállított nyersvasból készül az öntöttvas. A nagyolvasztóban vasércet vagy másodlagos nyersanyagokból kinyert vastartalmú szintert használnak fel. A speciális célokra alkalmazott, nagy foszfortartalmú nyersvas iránti igény korlátozott. A foszfor az öntöttvas olvasztása során csökkenti a viszkozitást. A nagy foszfortartalmú nyersvasat vékony falú öntvények, valamint az alumíniumgyártásban alkalmazott acél- és a grafitelektródok közötti elektromosan vezető érintkezők előállítására használják. Még nagyobb foszfortartalmú öntöttvas szükséges a különlegesen kemény foszfid eutektikum előállításához, amelyet a vasúti sínek fékezőtalpainál használnak fel. A Berlini Vízművek ruhlebeni telepének derítőjében évente E t KSA keletkezik, amelyet jelenleg bányák tömedékanyagaként használnak fel. A Vízművek anyagilag támogatta t KSA, a DK Duisburg társaság által végzett ásványtani, kémiai és anyagszerkezeti vizsgálatát, valamint a KSA nagy foszfortartalmú vas előállítása során adalékanyagként történő felhasználását.

3 A vizsgálatok végrehajtása A vizsgálatok során 100 t KSA-t vastartalmú hulladékkal, a szinterezés során alkalmazott adalékanyagokkal (SiO 2, CaO) és a foszfor-szinter előállításához használt darakoksszal együtt használták fel. A feldolgozandó nyersanyag előkészítése során a KSA részarányát a nyersvasban szükséges Fe/P arány kialakításához határozták meg. A KSA összetételét röntgenfluoreszcenciás vizsgálattal határozták meg. A KSA 11% vasat és több mint 7% foszfort tartalmazott. Ez a két komponens a szinterezést követően a nagyolvasztóban a nyersvas előállítása során adalékanyagként felhasználható. A Si, Al, Ca, Mg és a Na oxidált formában az olvasztás során keletkező salakba kerülnek. A keverék szinterré történő feldolgozását ún. DK-eljárással hajtották végre. A feldolgozás folyamata a szinterező berendezésben az 1. ábrán látható. Az anyagkeverékeket az előállítandó szintertermékeknek megfelelő összetételben állították össze. 1. ábra A szinter előállításának folyamatábrája

4 A szinterezési folyamatban felülről lefelé levegőt vezettek át az ércen. Egy gázégő által begyújtott, 1400 C-os szűk hőmérsékletzóna haladt végig felülről lefelé az ércen, mialatt az érc a szállítószalagról vízszintes irányban a berendezés felé mozgott. A szinterezési folyamatban a vékony hőmérsékletzóna gyors előrehaladása miatt az ércszemcsék felülete, valamint a salak megolvad. A forró hőmérsékletzóna áthaladása után az ércszemcsék a salak megdermedése miatt összetapadnak, ami által a kezdetben földszerű érc kőszerű porózus anyaggá válik. Ezt követően a szintert összetörik, szitálják és szállítószalagokkal a nagyolvasztóhoz szállítják. A szinterezési folyamat a vastartalmú hulladékok feldolgozása mellett arra szolgál, hogy a nagyolvasztóban egyenletes elgázosítási viszonyok mellett végbemenjen a vas-oxidok lehető legoptimálisabb redukciója. Ennek érdekében a szinterezési folyamatot a szinter minőségének (kémiai összetétel, szilárdság, szemcsenagyság eloszlás) folyamatos ellenőrzésével szabályozzák. A szinterező berendezésből távozó 340 E Nm 3 /óra mennyiségű gázt a jelenleg az egyik legkorszerűbbnek tekinthető, három lépcsős eljárásban tisztítják (pormentesítés elektromos gáztisztítóban, kéntelenítés mésztejjel, majd kokszpor beinjektálása a gázáramba. Ezáltal a szűrőszöveten mész-kokszpor keverék rakódik le, amelyen a dioxinok, furánok és a nehézfémek megkötődnek). 2. ábra A nagyolvasztó működése

5 A szinterből a nagyolvasztóba kerülő nyersvas megolvad (2. ábra). A nagyolvasztó töltése felülről a szinterrel, koksszal és az adalékanyagokkal automatikusan, szakaszosan történik. Alulról 950 C-os forró levegőt fújnak be folyamatosan az olvasztóba. A levegő oxigénje a kokszot exoterm folyamatban elégeti, biztosítva egyrészt a hőenergiát ahhoz, hogy a vas és a salak a szükséges olvadási hőmérsékletet elérje, másrészt CO keletkezik. A CO a szinterben található vas-oxidot vassá redukálja: Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 FeO Fe A megolvadt vas a salakkal együtt a kohó olvasztóterében összegyűlik, ahonnan folyamatosan lecsapolják. A folyékony vasat analitikai vizsgálat után folyamatosan haladó öntőszalagon 8 kg-os blokkokba öntik. 1. táblázat A DK eljárásban és a KSA adagolásával előállított foszfor-szinter kémiai összetétele Elem Si Ti Al Fe Mg Ca Na P Cr Pb Zn Cu Foszforszinter 4,09 0,121 0,69 55,3 0,42 4,98 0,21 1,364 0,056 0,104 1,846 0,032 KSA adagolásával előállított foszforszinter 3,78 0,067 0,66 53,8 0,34 5,11 0,22 1,324 0,045 0,08 2,03 0,032 A KSA foszfor adalékanyag alkalmazásakor a fenti folyamatlépések azonos módon zajlanak, mint a hagyományos foszfor adalékanyagok alkalmazásakor. Eredmények Az 1. táblázatban a DK eljárásban, illetve a KSA felhasználásával előállított foszfor-szinter kémiai összetétele látható. A táblázatból megállapítható, hogy mindkét szinteranyag közel azonos öszszetételű. A szinter fő alkotórészei a magnetit (Fe 3 O 4 ), a hematit (Fe 2 O 3 ), pórusok, és megfigyelhető egy üveges fázis, amelyben magnetitet, hematitot, wollastonitot (Ca, Fe II, SiO 3 ) és apatitot (CaPO 3 ) mutattak ki. Röntgen-, fény- és elektronmikroszkópos vizsgálatokkal igazolták, hogy a hagyományos módon és a KSA felhasználásával gyártott szinter fázisösszetétele közel azonos volt. Vizsgálták a kétfajta szinter szilárdságát, a kapott eredmények itt is megközelítőleg azonosak voltak.

6 A derítőiszap-hamu felhasználási lehetősége foszfortartalmú nyersvas előállításánál A vizsgálatok eredményei alapján megállapítható, hogy a KSA mint foszforforrás, foszfor-szinter, majd ezt követően foszfortartalmú nyersvas előállítására technológiai szempontból sikeresen alkalmazható. A bányák tömedékanyagaként történő felhasználáshoz képest a foszfortartalmú vas gyártási adalékanyagaként történő alkalmazás hulladékgazdálkodási és környezetvédelmi szempontból egyaránt kedvezőbb. A salakból a nem eluálható kötések miatt nem mosódnak ki a veszélyes anyagok. Az eljárás üzemszerű alkalmazásához szükséges a KSA szállításának megszervezése. A termelésifolyamat-függő, ciklikus igénnyel szembe kell állítani a folyamatosan keletkező KSA-t, amelyet megfelelő mennyiségben tárolni kell. Gazdasági szempontból a KSA foszfor-adalékanyagként történő felhasználása a jelenlegi árak miatt nem valósítható meg. Környezetvédelmi szempontból ugyanakkor a KSA nagyolvasztóban adalékanyagként történő felhasználása a bányákban tömedékanyagként történő alkalmazással szemben előnyben részesíthető. (Regősné Knoska Judit) Deike, R.; Freudenberg, A.: Verwertung von Klärschlammasche in der Metallurgie. = Müll und Abfall, 33. k. 12. sz p Slupek, S.; Buczek, A.; Belkheir, K.: Dust and metallic sludges utilization in oxygen converter process. = Inzynieria Srodowiska, 5. k. 2. sz p