Jürgen Antrekowitsch

Zinc and Residue Recycling

Annual global production of zinc is more than 13xa0million tons. More than 50% of this amount is used for galvanizing while the rest is mainly split into brass production, zinc-based alloys, semi manufacturers and zinc compounds such as zinc oxide and zinc sulfate. For the zinc and steel industries, recycling of zinc-coated steel provides an important new source of raw material. Historically, the generation of zinc-rich dusts from steel recycling was a source of loss from the life-cycle (landfill); however, technologies today provide incentive for steel recyclers to minimize waste. Thus, the recycling loop is endless—both zinc and steel can be recycled again and again without losing any of their physical or chemical properties. Depending on the composition of the scrap being recycled, it can either be remelted or returned to the refining process. This chapter describes the main processes for zinc recycling from different scraps and residues.

Recovery of Zinc and Iron from Steel Mill Dusts by the use of a TBRC: A possible Mini-mill Solution?

The search for an effective mini-mill solution to treat zinc containing residues from steel industry or also cupola furnaces has a long history but has not been very successful yet due to several reasons. Some of them are: Not available technologies, the not well known and not developed product market by the steel producers, still relatively low treatment charges for the landfilling and no effective solution for an additional iron recovery. The present paper describes a process where in two subsequent steps by the use of a Top Blown Rotary Converter technology a simultaneous recovery of zinc, iron and other valuable metals should be possible. Investigations which were done in an advanced technical scale gave satisfying results. These data allowed the calculation of a mass- and energy balance. First economic considerations underline that with such a concept a feasible mini-mill solution could be established for the mentioned residues.

Orientierende Untersuchungen zum Einsatz von Klassierprozessen in der Nichteisenmetallurgie

ZusammenfassungDie Trennung von polydispersen Körnerkollektiven nach Unterschieden in der Korngröße bzw. der Gleichfälligkeit wird in der Mineralaufbereitung als Klassierung bezeichnet. Die Anwendungsfälle wie auch die dafür zur Verfügung stehenden Aggregate und möglichen Verschaltungsvarianten sind ausgesprochen vielfältig.Eine Sonderform der Klassierung ergibt sich dann, wenn die Trennung nach der Korngröße bzw. der Gleichfälligkeit von einem Sortiereffekt begleitet bzw. überlagert wird. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit wird dies etwa dann möglich, wenn sich Unterschiede an Wertstoffgehalten in den verschiedenen Korngrößen- bzw. Gleichfälligkeitsklassen ergeben, etwa bedingt durch unterschiedliche Bildungsprozesse der Mineral‑/Metall-Phasen oder auch durch selektives Zerkleinerungsverhalten der gesteinsbildenden Mineralphasen.Im Rahmen der Dissertation des Erstautors durchgeführte orientierende Untersuchungen haben ergeben, dass Klassierprozesse auch in der Nichteisenmetallurgie für die kontrollierte An- oder Abreicherung bestimmter Elemente bzw. Phasen eingesetzt werden können. In Hinsicht auf die Aufarbeitung von Zwischenprodukten und die Wiederverwertung von Reststoffen aus der Metallurgie ergeben sich durch die Klassierung neue Möglichkeiten der Wertstoffgewinnung beziehungsweise Schadstoffausschleusung aus einer Prozesskette. Anhand dreier Beispiele sollen die diesbezüglichen Potentiale aufgezeigt werden.AbstractThe separation of polydisperse particle systems according to the differences in particle size or settling velocity is referred to the mineral processing industry as screening or as classification, respectively. Manifold applications, process designs and equipment are available in this context.Axa0special form of screening- and classification is incidental, when the process is accompanied or superimposed by axa0separation effect. With no claim to completeness variations of metal grade in different particle-size or settling-velocity classes are present due to differential genesis processes of mineral-/metal phases or to selective comminution behaviour of rock-forming minerals.As part of axa0preliminary study in context with the doctoral thesis of the main author, screening and classification were tested as axa0process for enrichment or depletion of certain elements or phases with three samples from non-ferrous metallurgical industry. First results have shown that in regard to re-processing of intermediate and waste products from non-ferrous metallurgy, screening and classifying opens new possibilities with respect to their recycling methods, which are presented hereafter.

Optimization and Biomass Utilization in Heavy Metal Recycling

Environmental legislation, limited resources as well as high metal prices force the metallurgical industry more and more to make use of secondary materials. For this, also residues from metal production are nowadays considered as a possible resource. Due to their often complex structure and the presence of a multi-metal-system, efficient recycling of such materials is not easy to realize and suffers from various problems. The Christian Doppler Laboratory for Optimization and Biomass Utilization in Heavy Metal Recycling together with its partner companies Befesa R&D, voestalpine Stahl Linz, RHI, and Aurubis investigate alternative strategies and optimization possibilities for the considered residues. The achievements of three years’ activity in the major fields of the CDL, characterization of the complex input materials, upgrade of the product quality of recycling processes, utilization of biomass in the form of charcoal for use as a reducing agent and simultaneous recovery of valuable metals are described in the paper.ZusammenfassungUmweltauflagen, limitierte Ressourcen und hohe Metallpreise bewegen die metallurgische Industrie, verstärkt sekundäre Einsatzmaterialien zu nutzen. Dieser Notwendigkeit folgend, werden heute auch Rückstände der metallerzeugenden Industrie als mögliche Rohstoffe in Betracht gezogen. Aufgrund deren häufig komplexen Struktur sowie dem Vorhandensein eines Multimetall-Systems ist das Recycling entsprechender Materialien oft nicht einfach zu realisieren und leidet unter verschiedensten Problemen. Das Christian Doppler Labor für Optimierung und Biomasseeinsatz beim Recycling von Schwermetallen untersucht gemeinsam mit seinen industriellen Partnern, Befesa R&D, voestalpine Stahl Linz, RHI und Aurubis alternative Strategien und Optimierungsmöglichkeiten für die im Fokus befindlichen Rückstände. Die Erkenntnisse und Erfolge der bisher dreijährigen Tätigkeit in den Hauptbereichen des CDLs, Charakterisierung komplexer Einsatzmaterialien, Erhöhung der Produktqualität in Recyclingprozessen, Einsatz von Biomasse in Form von Holzkohle als Reduktionsmittel und die simultane Rückgewinnung von Wertmetallen sind im vorliegenden Beitrag beschrieben.

PGM Recycling from Catalysts in a Closed Hydrometallurgical Loop with an Optional Cerium Recovery

Today PGM-recovery from spent catalysts is a standard procedure. Nevertheless still big amounts of these materials remain untreated. Furthermore the state of the art process is a very expensive solution and does not offer a recovery of all valuable materials.

Development of a Mini-mill Concept for the Recycling of Steel Mill Dusts in a TBRC Recovery of Zinc and Iron from Steel Mill Dusts by the Use of a TBRC

The search for an effective mini-mill solution to treat zinc containing filter dusts from steel industry or also from cupola furnaces has a long history but has not been very successful yet due to several reasons. Some of them are: unavailable technologies, the not well known and not developed product market by the steel producers, still relatively low treatment charges for the landfilling, and no effective solution for an additional iron recovery. The present paper describes a process where, in two subsequent steps by the use of a Top Blown Rotary Converter technology, a simultaneous recovery of zinc, iron, and other valuable metals should be possible. Investigations done in an advanced technical scale have given satisfying results. These data have allowed the calculation of a mass and energy balance. First economic considerations underline that, with such a concept, a feasible mini-mill solution could be established for the mentioned residues.ZusammenfassungDie Erforschung sogenannter „Mini-Mill“-Lösungen für die Aufarbeitung von Stahlwerksstäuben sowie Stäuben aus Kupolöfen blickt bereits auf eine längere Geschichte zurück, welche allerdings aus verschiedenen Gründen bisher wenig erfolgreich war. Ursachen dafür sind die nicht verfügbaren Technologien, ein von Seiten der Stahlwerksbetreiber unbekannter und zum Teil schlecht entwickelter Produktmarkt, nach wie vor vergleichsweise niedrige Kosten für die Deponierung der Stäube und eine ineffiziente Eisenrückgewinnung. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Verfahren, welches in zwei aufeinanderfolgenden Prozessschritten unter Verwendung der „Top Blown Rotary Converter“-Technologie eine simultane Rückgewinnung von Zink, Blei und Eisen realisierbar erscheinen lässt. Untersuchungen im Technikums-Maßstab zeigen zufriedenstellende Ergebnisse. Die ermittelten Daten ermöglichten die Berechnung einer Massen- und Energiebilanz. Daraus folgende kostentechnische Betrachtungen unterstreichen, dass mit einem entsprechenden Konzept, eine wirtschaftliche „Mini-Mill“-Lösung für die beschriebenen Rückstände realistisch erscheint.

Development of a New Recycling Process for High Zinc Containing Steel Mill Dusts including a Detailed Characterization of an Electric Arc Furnace Dust

ZusammenfassungFilterstäube aus der Eisen- und Stahlindustrie sind bedeutende sekundäre Rohstoffquellen für die primäre Zinkindustrie. Grundsätzlich erfolgt die Differenzierung der Stäube in zwei Kategorien. Auf der einen Seite sind dies hochzinkhaltige Filterstäube aus Elektrostahlwerken mit Zinkkonzentrationen von bis zu 40 %, während die zweite große Gruppe, Stäube aus LD-Stahlwerken, bevorzugt Zinkgehalte im Bereich von 3 bis 15 %1 aufweist. Im Moment beherrscht im Wesentlichen ein Prozess den Recyclingmarkt dieser Stäube. 80 % der globalen Elektrolichtbogenofenstaubproduktion wird derzeit über den Wälzprozess recycelt2. Dieser Prozess arbeitet bevorzugt bei Zinkgehalten im Bereich von 20–25 %3. Eine zentrale Aufgabe des Christian Doppler Labors besteht darin, eine direkte Aufbereitungsstrategie für hochzinkhaltige Stäube zu entwickeln. Problematisch ist bei derzeitigen Recyclingprozessen neben einer hohen Produktion von unerwünschten Nebenprodukten die Anreicherung von Begleitelementen im resultierenden Zinkoxid was zu einer beträchtlichen Minimierung der Produktqualität führt. Der Großteil an derzeitigen pyrometallurgischen Recyclingverfahren für derartige Reststoffe arbeitet nach demselben Prinzip. Das im Staub enthaltene Zinkoxid wird reduziert, verflüchtigt, im Abgasstrom reoxidiert und im Anschluss über das Filteraus als crude zinc oxide aufgefangen. Im Zuge dieses Prozesses kommt es aber auch zur Verflüchtigung von Verunreinigungen, wodurch höhere Konzentrationen an Halogen-, Alkalien- und Bleiverbindungen im entstehenden Produkt resultieren. Diese Verunreinigungen sind für nachfolgende Prozessschritte schädlich und mindern die Produktqualität des Zinkoxides. Ein Forschungsansatz besteht in der Implementierung eines zusätzlichen Prozessschrittes, um schädlichen Verbindungen zu entfernen, bevor in einer nachfolgenden Reduktionsstufe ein hochwertiges Zinkoxidprodukt gewonnen werden kann.SummaryFilter dusts from the iron and steel industry are an important secondary raw material for the winning of metallic zinc. There are two kinds of dust available. On the one hand high zinc containing electric arc furnace dusts (EAFD) which include up to 40 % zinc and on the other hand there are basic oxygen furnace dusts which have a zinc-content mostly in the range of 3 to 15 %1. At present time the waelz kiln is the main process to treat such filter dusts. About 80 % of the global recycled EAFD is treated by this method2. The zinc-content in the filter dust mixture ranges in the most of the cases from 20 to 25 %3. One aim of the research activities of the Christian Doppler Laboratory in this field is the development of a direct recycling route for high zinc containing dusts. A typical problem of current recycling processes is the high amount of unwanted by-products as well as a resulting impure crude zinc oxide. The majority of the pyrometallurgical recycling facilities for such residues are based on the same principle. The zinc compounds are reduced and the resulting zinc is vaporized and re-oxidized in the off-gas system before the so called crude zinc oxide is collected by the filter system. In this process impurities are always fumed with the zinc and so high values of halogens, lead and alkalis in different compounds occur in the product. These impurities are harmful in further process steps and lower the quality lof the resulting zinc oxide. One idea to solve this problem is the implementation of an additional processing step to remove impurities before the reduction step, where afterwards a higher zinc oxide quality can be produced.