NL1007383C2 - Werkwijze voor het valoriseren en het eventueel daartoe bewerken van potslakken. - Google Patents

Description

/ - 1 -

Werkwijze voor het valoriseren en het eventueel daartoe bewerken van potslakken.

Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het 5 valoriseren van potslakken.

Dergelijke potslakken ontstaan bij de staalfabricage. Zo onstaan bijvoorbeeld in de staalconvertor-industrie, enerzijds, zogenoemde LD slakken bij het convertorproces 10 zelf die in het ternaire systeem CaO-SiO~-FeO thuis ^ Λ horen en, anderzijds, als pot- of gietslakken aangeduide staalindustrie-slakken in de erop aangesloten pot- of secundaire metallurgie, welke pot- of gietslakken in het ternaire systeem CaO-SiC^-AljO^ ingedeeld kunnen 15 worden.

Deze potslakken ontstaan bij het uitlopen van het ruwe staal in de pot. Het ruwe staal wordt hierbij in de pot gedesoxideerd, bijvoorbeeld met aluminium, en door het 20 toevoegen van f errolegeringen zoals FeMn of FeSi op de gewenste samenstelling gebracht. Tijdens deze stap ontstaan in het gesmolten staal bij temperaturen van ongeveer 1650°C tot 1680°C niet-metallische chemische verbindingen zoals SiOj/ MnO, a^2^3 en daaruit samengestelde complexe 25 mengoxiden. Om deze niet-metallische chemische verbindingen op te nemen worden bij het uitlopen van het ruwe staal kalk toegevoegd. De daaruit gevormde potslakken worden in de verdere behandeling van het ruwe staal gebruikt. 1 100738"

Zo worden bijvoorbeeld voor het ontzwavelen van het staal en het bereiken van een hoge oxidische zuiverheidsgraad de potslakken op een kalkverzadigingsgraad van ongeveer één ingesteld, hetgeen betekent dat de potslakken verzadigd zijn met kalk.

- 2 -

Naargelang de toepassing van de potbehandelingsmogelijk-heden van het ruwe staal kunnen op het einde van de behandeling potslakken met meer of minder AljO^ met verschillende gehalten aan als sulfide gebonden zwavel 5 verkregen worden en kan ook de reductiegraad van de potslakken verschillend zijn.

Uit deze ruwe postslakken wordt normaal het ijzerhoudend materiaal grotendeels gerecupereerd.

10

Deze potslakken bezitten na dit uithalen van het ijzerhoudend materiaal dan ook typisch de volgende chemische samenstelling, uitgedrukt in gewichtsprocenten op droog product: 15 0 tot 15 % Si02 20 tot 40 % Al2°3 35 tot 60 % CaO (inclusief vrije kalk als CaO uitgedrukt)

20 0 tot 15 % MgO

0 tot 1 % Ti02

0 tot 2 % Na20 en K20 0 tot 3 % S

0 tot 3 % Fe onder vorm van FeO, Fe203 en Fe304 25 0 tot 1 % MnO

en eventueel sporen van andere stoffen zoals PjO^, Cr2C>3, V20^ en NbjO^.

Potslakken zijn zogenoemde uit zichzelf splijtende of uit 30 elkaar vallende slakken. Omwille van de meestal relatief hoge hoeveelheid vrije kalk, kunnen deze potslakken bijvoorbeeld niet in de wegenbouw worden gebruikt.

Het is bekend dat een gedeelte ervan als kalkhoudend 35 bemestingsmiddel kan gebruikt worden, maar het grootste 1007383 - 3 - gedeelte ervan wordt als afval gestort, hetgeen duur is en een belasting voor het milieu vormt.

De uitvinding heeft een werkwijze voor het valoriseren van 5 deze potslakken als doel, waarbij deze potslakken niet langer als afval moeten gestort worden maar op een ekonomische manier in een industrieel proces kunnen gebruikt worden.

10 Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt door deze potslakken, waaruit bij voorkeur het ijzerhoudend materiaal grotendeels werd verwijderd, te gebruiken als grondstof voor de glasproductie.

15 Technisch glas, zoals het gewone vlakglas en holglas bestaat hoofdzakelijk uit SiOj, A^2°3 en al^ali- en aardalkalioxiden.

Bij het vervaardigen van dit glas is een wezenijke factor 20 het smeltvermogen dat vooral van de smeltsnelheid afhangt.

Deze smeltsnelheid wordt bepaald door fysische parameters van de grondstoffen zoals hun homogeniteit en hun korrelspectrum, maar ook in wezenlijke mate door de chemische samenstelling van de gebruikte grondstoffen.

25

Het is bekend omwille van de verkregen voordelen aan de gebruikelijke natuurlijke grondstoffen voor het vervaardigen van glas, zoals kwartszand als SiC^ component en kalksteen marmer, kalkspaat of dolomiet als 30 CaO en MgO component, in toememende mate industriële secundaire stoffen zoals bijvoorbeeld glasscherven of zelfs slakken zoals hoogovenslakken of fosforslakken toe te voegen.

1 007383 ’ - 4 -

Hierbij zijn vooral de chemische bestanddelen CaO, SiOj/ AljO^ en de als sulfide voorkomende zwavel als werkzame componenten voor het smelten van glas nuttig.

5 Onder meer uit DE-C-23 44 324 is het bekend behandelde hoogovenslakken als grondstof voor de glasproductie te gebruiken. Deze hoogovenslakken verschillen duidelijk van de voornoemde potslakken, niet enkel door hun herkomst maar ook door hun samenstelling.

10

De hoogovenslakken zijn het residu van het smeltproces van ruw ijzererts en cokes waaruit het vloeibaar ijzer is verdwenen, terwijl de potslakken in een veel later stadium ontstaan als het residu van de reactie van toegevoegde 15 reagentia met gesmolten ijzer. Hoogovenslakken bevatten meer dan 30% SiC^ en veel minder dan 20% AljO^ terwijl, zoals reeds vermeld, potslakken minder dan 15% SiOj en meer dan 20% AljO^ bevatten.

20 In DE-C-24 35 043 is het gebruik van silicaathoudende slakken uit de fosforproductie als grondstof voor de glasproductie beschreven. Ook deze slakken verschillen niet enkel van potslakken door hun herkomst maar vooral door hun samenstelling. Ze bevatten meer dan 40% Sit^ en minder 25 dan 10% A^O^·

Door het toevoegen van potslakken kan onder meer de hoeveelheid voornoemde natuurlijke aluminiumhoudende grondstoffen worden verminderd. Deze potslakken zijn 30 gemakkelijk smeltbaar. Door de sulfides in de potslakken wordt het smelten van het mengsel van grondstoffen versneld, waardoor de smeltcapaciteit verhoogt en/of de gesmolten glaskwaliteit verbetert. De potslakken veroorzaken slechts een smeltverlies van minder dan 1 %, 35 tegenover natuurlijke grondstoffen zoals bijvoorbeeld 1007383* - 5 - dolomiet (45% smeltverlies) en kalksteen (meer dan 40% smeltverlies).

Eventuele overblijvende sporen ijzerhoudend materiaal 5 kunnen vooraf uit de potslakken worden verwijderd indien verkleuring van het glas moet worden vermeden.

Bij voorkeur worden uitgereduceerde potslakken aangewend, dit zijn potslakken met een laag gehalte aan SiOj, Fe^+ 10 en chromaten, maar met een hoog gehalte aan AljO^ en sulfidische zwavel uit het ternaire slakkensysteem CaO-SiOj-AljO^, bijvoorbeeld met voorgesmolten calciumaluminaatfasen.

15 Dergelijke potslakken kunnen doelbewust, bijvoorbeeld bij een vacuümbehandeling van ruw staal in een potstand-ontgassingsinrichting of bij een slakkenintensieve-pot-behandeling met een spoelgaslans geproduceerd worden.

20 Hierbij wordt een intensieve menging van de het ruwe staal en de potslakken verkregen zodat de metallurgische reacties tussen het staal en de slakken nagenoeg op het thermodynamische evenwicht eindigen. Door de in de pot ingebrachte hoge kinetische energie worden de door 25 bijvoorbeeld aluminium reduceerbare chemische verbindingen zoals si°2 en Fe-oxide kwantitatief bijna volledig omgezet.

Hierdoor ontstaan potslakken met een tot driemaal hoger 30 A^O^-gehalte dan hoogovenslakken.

Ook bij de staalontzwaveling met CaO-AljO^-slakken worden slakken met een gehalte aan zwavel in sulfidische vorm tussen 1,0 en 2,0 gew.% verkregen.

1007383- - 6 -

De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voor het bewerken van potslakken om ze bijzonder geschikt te maken voor de hogergenoemde toepassing volgens de uitvinding.

5

Deze werkwijze voor het bewerken is gekenmerkt door het feit dat de gekristalliseerde potslakken gebroken worden en gezeefd tot er een fractie overblijft met een maximum korrelgrootte van 1000 micrometer.

10

Bij voorkeur worden overblijvende sporen ijzerhoudend materiaal door magnetische scheiding vooraf uit de gekristalliseerde potslakken verwijderd.

15 Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, voorkeurdragende uitvoeringsvormen van een werkwijze voor het valoriseren en het eventueel daartoe bewerken van potslakken volgens de uitvinding beschreven.

20

Aan een mengsel van grondstoffen voor de glasproductie, dat in hoofdzaak uit zand, kalk, dolomiet, soda en veldspaat bestaat, worden tussen 0,1 en 30 gew.%, in het bijzonder tussen 2 en 4 gew.%, gekristalliseerde potslakken en bij 25 toegevoegd.

Bij voorkeur worden uitgereduceerde potslakken toegevoegd met een laag gehalte aan SiC^, Fe^+ en chromaten en een hoog gehalte aan AljO^ en sulfidische zwavel met 30 voorgesmolten calciumaluminaatfasen.

Deze potslakken zijn afkomstig van de veredeling onder vacuüm van ruw gesmolten ijzer tot hoogwaardig staal en bezitten, na het grotendeels verwijderen van het 1007383" - 7 - ijzerhoudend materiaal, typisch volgende samenstelling (in gewichts- procenten en op basis van droge stof)s 0 tot 15 % Si02 5 20 tot 40 % Al203

35 tot 60 % CaO en vrije kalk 0 tot 15 % MgO

0 tot 1 % Ti02 0 tot 2 % Na20 en K20 10 0 tot 3 % S~~

0 tot 3 % Fe onder vorm van FeO, Fe2°3 en Fe3®4 0 tot 1 % MnO

en eventueel sporen (minder dan 0,1%) van andere stoffen zoals een of meer van volgende stoffen: 15 P2°5' V2°5' Cr2°3 en Nb2°5’

Bij voorkeur is in voornoemde samenstelling het gehalte aan CaO en vrije kalk tussen 45 en 6 0 % gelegen en het gehalte aan Si02 tussen 0 en 10 %.

20

Indien verkleuring van het glas moet worden vermeden, worden vooraf overblijvende sporen van ijzerhoudend materiaal of metaalijzer door magnetische scheiding verwijderd.

25

De korrelgrootte van de toegevoegde gekristalliseerde potslakken moet kleiner zijn dan of gelijk zijn aan 1000 micrometer om het risico op glasfouten door eventuele onregelmatige chemische samenstelling in de grotere korrels 30 te vermijden.

Indien nodig moeten hiertoe de gekristalliseerde potslakken eerst voorgebroken worden en vervolgens fijn gebroken worden tot een grootte van maximum ongeveer 1000 35 micrometer. Door zeven wordt de te gebruiken fractie met 10P70 n - 8 - een korrelgrootte kleiner of gelijk aan 1000 micometer afgescheiden.

Wanneer uit de dagelijkse chemische analyse blijkt dat er 5 onaanvaardbare schommelingen in de samenstelling van de potslakken zijn, moeten deze laatste gehomogeniseerd worden.

De uitvinding zal nader geïllustreerd worden aan de hand van volgend voorbeelden.

10

Verschillende potslakken werden gedroogd, gebroken en gezeefd tot een korrelgrootte van maximum 1000 micrometer en gehomogeniseerd. Door magnetische scheiding werd het metaalijzer verwijderd.

15

Aldus werden een chemisch stabiele, niet verontreingde producten verkregen met een vrij konstante korrelgrootte en met volgende chemische samenstellingen (in gewichtsprocenten en op droog product gerekend): 20

Samenstelling 1: 8,1 % Si02 25 28,3 % A1203 54 % CaO en vrije kalk

4,9 % MgO

0,2 % Ti02 1,7 % S~~ 30 0,5 % Fe203

0,2 % MnO

en sporen (< 0,1%) Na20 en K20

Aan een mengsel van grondstoffen voor de glasproduktie 35 werden 3 gew.% van voornoemd product toegevoegd.

1007383 - 9 -

Samenstellingen 2 tot 7:

SiO Al O CaO MgO TiO S Fe Mn 5 2 11,37 24,71 55,02 3,36 0,27 0,84 1,79 0,23 3 6,20 32,48 55,41 4,19 0,41 1,46 0,32 0,08 4 5,07 33,81 54,36 5,14 0,25 1,44 0,10 0,08 5 3,92 31,41 50,70 6,63 0,30 1,64 0,62 0,12 6 10,51 25,26 58,74 3,76 0,34 0,88 0,78 0,07 10 7 5,37 29,86 58,45 3,43 0,21 0,97 1,49 0,10 en in elke samenstelling waren nog sporen PjO^, V2^5' ^r2°3 en N^2^5 aanwezi9-

Glassmeltproeven toonden een verbeterde glaskwaliteit en 15 een hogere smeltcapaciteit aan ten opzichte van het gebruik van natuurlijke aluminiumhoudende grondstoffen zoals nefelien of veldspaat.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor 20 beschreven uitvoeringsvormen, doch dergelijke werkwijze voor het valoriseren van potslakken en werkwijze voor het eventueel daartoe bewerken van potslakken kunnen in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

1007383’

Claims (13)

1. Werkwijze voor het valoriseren van potslakken, daardoor 5 gekenmerkt dat de potslakken worden gebruikt als grondstof voor de glasproductie.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat potslakken worden gebruikt waaruit vooraf het ijzerhoudend 10 materiaal grotendeels werd verwijderd.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de nog overblijvende sporen ijzerhoudend materiaal vooraf uit de potslakken worden verwijderd. 15

4. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot 3, daardoor gekenmerkt dat uitgereduceerde potslakken aangewend worden, dit zijn potslakken roet een laag gehalte aan Si02, Fe^+ en chromaten, maar met een hoog gehalte 20 aan en sulfidische zwavel uit het ternaire slakkensysteem CaO-SiC^-AljO^, bijvoorbeeld met voorgesmolten calciumaluminaatfasen.

5. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot 4, 25 daardoor gekenmerkt dat 0,1 tot 30 gew.% potslakken aan de grondstofsamenstelling voor de glasproductie worden toegevoegd.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat 30 ongeveer 3 gew.% potslakken aan de grondstofsamenstelling voor de glasproductie worden toegevoegd.

7. Werkwijze volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de potslakken aan de 35 grondstofsamenstelling voor de glasproductie worden 1007383 - 11 - toegevoegd onder de vorm van korrels met een korrelgrootte kleiner dan of gelijk aan 1000 micrometer.

8. Werkwijze volgens een van de vorige conclusies, 5 daardoor gekenmerkt dat potslakken worden aangewend die de volgende chemische samenstelling in gewichtsprocenten bezitten: 0 tot 15 % SiOj 10 20 tot 40 % A1203 35 tot 60 % CaO en vrije kalk 0 tot 15 % MgO 0 tot 1 % Ti02 0 tot 2 % Na20 en K20 15. tot 3 % S~" 0 tot 1 % Fe onder vorm van FeO, Fe203 en Fe3®4 0 tot 1 % MnO op eventuele sporen van enkele andere producten zoals P2°5' V2°5' Cr2°3 en Nb2°5 na’ 20

9. Werkwijze volgens conclusie 8, daardoor gekenmerkt dat de hoeveelheid CaO en vrije kalk in de samenstelling van de potslakken tussen 45 en 60% glegen is en de hoeveelheid Si02 tussen 0 en 10%. 25

10. Werkwijze voor het bewerken van potslakken om ze bijzonder geschikt te maken voor de werkwijze voor het valoriseren volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de gekristalliseerde potslakken worden 30 gebroken en gezeefd om een fractie af te zonderen met een maximale korrelgrootte van 1000 micrometer.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, daardoor gekenmerkt dat het ijzerhoudend materiaal grotendeels uit de 35 potslakken wordt verwijderd. 1007383 - 12 -

12.- Werkwijze volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat nog overblijvende sporen ijzerhoudend materiaal door magnetische scheiding uit de potslakken worden verwijderd.

13. Werkwijze volgens een van de conclusies 10 tot 12, daardoor gekenmerkt dat de potslakken worden gehomogeniseerd. 1007383«