Untersuchungen zur Brikettierung von Hüttenreststoffen zum erneuten Einsatz im Hochofen zur Eisen- und Stahlerzeugung

Mit einer Produktion von 33,9 Millionen Tonnen Roheisen pro Jahr ist Brasilien der fünftgrößte Roheisenhersteller der Welt /13/14/15/. Diese Produktion ist von zwei wesentlichen Umweltproblemen begleitet: den CO2-Emissionen und dem damit verbundenen Treibhauseffekt sowie den anfallenden Abfällen, insbesondere den Stäuben und Schlämmen.

Die Hüttenwerkgasreinigung durch Staubkollektoren und Gaswäscher führt zu einem Abfallaufkommen in Brasilien von ca. einer Million Tonnen pro Jahr an Stäuben und Schlämmen /16/. Davon sind die wesentlichen Bestandteile Holzkohlen-, Koks- und Eisenerzstaub. Die brasilianische Norm ABNT 10.004 stuft diese Rückstände als gesundheitsschädlich und umweltgefährdend ein /17/18/19/. Daher erfolgt eine Deponierung dieser Abfälle mit entsprechenden Umweltauflagen. Bei der Deponierung werden die enthaltenen Wertstoffe (Eisen und Kohlenstoff) dauerhaft dem Rohstoffkreislauf entzogen. Durch entsprechendes Recycling dieser Rückstände kann das Abfallvolumen jedoch reduziert und die Wertstoffausbeute erhöht werden.

Im Rahmen dieser Arbeit werden Nutzungsmöglichkeiten dieser Stäube und Schlämme mit Hilfe von Agglomerationsprozessen geprüft. Die Agglomerate (Briketts und Pellets) können als Zufuhr für Hochofen oder Stahlkonverter genutzt werden, wenn sie die folgenden drei Aufgaben erfüllen:

1. Durch Aufbereitung der Reststoffe vor der Agglomeration oder durch Agglomerationsparameter wie Bindemittel können die Störstoffe minimiert oder in der Schlacke gebunden werden /20/. Diese inneren Störstoffe (Zink-, Bleioder Alkalien) können die Produktivität des Hochofens beeinträchtigen und den spezifischen Koksverbrauch erhöhen /21/22/23/24/.

2. Die Agglomerate müssen eine hohe Festigkeit besitzen um möglichen Beanspruchungen, insbesondere bei Transport, Lagerung und Zuführung in den Hochofen Stand zu halten. Die Qualitätseigenschaften der Agglomerate können anhand der Trommelfestigkeit hinsichtlich der Abriebbildung sowie anhand der Druckfestigkeit im Hinblick auf die Bruchbeanspruchung bestimmt werden /40/.

3. Nach dem Eintritt in den Hochofen sollten die Agglomerate so lange wie möglich ihre Festigkeit behalten, um tief in den Prozess einzudringen, das heißt, bei hoher Temperatur müssen die Agglomerate dem Reduktionsgas und der mechanischen Belastung widerstehen um möglichst die Reduktionszone erreichen zu können. Andernfalls würde der frühe Zerfall der Agglomerate zurück in den staubförmigen Zustand zu einer Erhöhung der Gichtgasstaubmenge führen.

Um diese drei genannten Eigenschaften der Agglomerate zu prüfen, sind neue Methoden zu entwickeln, die nachstehend beschrieben werden.