Alkaline leaching of iron and steelmaking dust
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Technology |
D4 Julkaistu kehittämis- tai tutkimusraportti tai -selvitys
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2012
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
72
Series
Aalto University publication series SCIENCE+TECHNOLOGY, 1/2012
Abstract
Steel production generates significant quantities of dust and sludge in blast furnaces (BF),basic oxygen furnaces (BOF), and electric arc furnaces (EAF). These dusts contain toxicelements, such as heavy metals, and are thus classified as harmful waste making the disposalof them expensive. In addition, direct recycling of dust back to steel production is hindered dueto the presence of zinc. In this literature survey the alkaline leaching of zinc from iron and steelmaking dusts isreviewed. The characteristics of EAF, BOF and BF dust and their processing based on causticsoda (NaOH) leaching is described. Also some methods, e.g. pre-treatments, to enhanceleaching are introduced. Dusts from iron and steel production consist mainly of ferrous oxides. In addition, theycontain zinc, lead and cadmium oxides as well as minor amount of many other elements. Thezinc content in EAF dust can run up 30 %, when it is usually lower in BOF and BF dusts, around1-3 % and 1.5 %, respectively. Zinc is present mainly as zinc oxide, ZnO (50-80 %), and rest is aszinc ferrite, ZnFe2O4. The dusts are very fine (usually < 0.01 mm) and have tendency to agglomerate. Metal extraction from the dusts is difficult due to their complex composition and finding asuitable process is complicated as each dust is unique. The advantage of caustic soda leachingis its selectiveness in leaching zinc compared to iron compounds. Thus a relatively clean andiron-free solution is obtained and the complicated iron removal processes is avoided. Somefacilities using NaOH leaching have been constructed for dissolving zinc from the steelmakingdusts, but they have been closed as inefficient and expensive. For the optimal leaching conditions 6-10 M NaOH solution, liquid to solid ratio of around 10,and temperature of 80 – 95 °C has been presented. Zinc recoveries of 80-85 % can be reachedbut part of zinc is not dissolved and recovered. ZnO dissolves easily in caustic soda, butZnFe2O4 is highly stable compound and is the major obstruction in the hydrometallurgicalextraction of zinc. Pressure leaching, and microwave or ultrasound assisted leaching has notimproved significantly zinc recovery. For breaking the zinc ferrite structure, pyrometallurgicalprocesses, such as roasting, can be used prior to leaching. By roasting with caustic soda priorto alkaline leaching zinc ferrites can be decomposed and leaching of zinc could be improved.Teräksen valmistuksessa syntyy huomattavia määriä pölyjä ja liejuja masuunissa (BF),konvertterissa (BOF) sekä valokaariuunissa (EAF). Nämä pölyt sisältävät haitallisia aineita,kuten raskasmetalleja, ja ne on siten luokiteltu haitalliseksi jätteeksi, mikä tekee niidensijoittamisen kaatopaikalle kalliiksi. Lisäksi pölyjen sinkkipitoisuus estää niidenkierrättämisen suoraan takaisin teräksen valmistusprosessiin. Tässä kirjallisuuskatsauksessa on tarkasteltu sinkin emäksistä liuottamista raudan jateräksen valmistuksessa syntyvistä pölyistä. Masuuni-, konvertteri- ja valokaariuunipölyjenominaisuuksia sekä niiden liuottamista natriumhydroksidilla (NaOH) on kuvattu. Myös jotainmenetelmiä sinkin liuotuksen parantamiseksi, kuten erilaisia esikäsittelyjä, on esitelty. Raudan ja teräksen valmistuksen pölyt koostuvat pääosin raudan oksideista. Lisäksi nesisältävät sinkin ja lyijyn oksideja sekä pieniä määriä monia muita ainesosia. EAF pölynsinkkipitoisuus voi olla jopa 30 %, kun se on yleensä alhaisempi BOF ja BF pölyissä, noin 1-3 %ja 1,5 %. Sinkki on pölyissä pääosin oksidina, ZnO (50-80 %), ja ferriittinä, ZnFe2O4. Pölyt ovaterittäin hienojakoisia (yleensä < 0,01 mm) ja ovat taipuvaisia agglomeroitumaan. Metallien erottaminen pölyistä on hankalaa johtuen niiden kompleksisesta koostumuksestaja sopivan prosessin löytäminen on vaikeaa sillä jokainen pöly on omanlaisensa. Emäkselläliuottamisen etu on, että sinkki liukenee selektiivisesti verrattuna raudan yhdisteisiin ja sitensaadaan raudaton ja suhteellisen puhdas liuos, ja vältytään monimutkaiselta prosessilta raudanpoistamiseksi. NaOH liuotukseen perustuvia laitoksia on perustettu ennenkin sinkinpoistamiseen teräksen valmistuksen pölyistä, mutta ne on suljettu tehottomina ja liian kalliina. Optimaalisiksi liuotusolosuhteiksi kirjallisuudesta saadaan väkevyydeltään 6-10 M NaOHliuos, neste-kiinteä suhteeksi n. 10 ja lämpötilaksi 80-95 °C. Sinkin saanti on ollut tällöin 80-85 % mutta osa sinkistä ei ole liuennut ja jäänyt ottamatta talteen. ZnO liukenee helpostinatriumhydroksidilla mutta ZnFe2O4 on erittäin stabiili yhdiste ja tärkein este sinkinerottamisessa pölyistä hydrometallurgisin menetelmin. Paineliuotus sekä mikroaaltojen taiultraäänen käyttö liuotuksen apuna ei ole parantanut merkittävästi sinkin saantia.Pyrometallurgisia prosesseja, kuten pasutusta, voidaan käyttää ennen liuotustasinkkiferriittien hajottamiseen. Ennen emäsliuotusta tehty pasutus natriumhydroksidinkanssa hajottaa sinkkiferriitit ja sinkin liukeneminen saadaan parannettuaDescription
Keywords
BF dust, BOF dust, EAF dust, NaOH leaching, zinc recovery, masuunipöly, konvertteripöly, valokaariuunipöly, NaOH liuotus, sinkin talteenotto