Wie kann Staub beim Schmelzen von Nichteisenmetallen kontrolliert werden?

Die direkte Antwort: Kombinieren Sie Quellenerfassung, Staubfiltration und Rauchgasbehandlung

Staub aus der Nichteisenmetallverhüttung wird durch drei zusammenarbeitende Schichten und nicht durch ein einzelnes Gerät unter Kontrolle gebracht: versiegelte oder abgedeckte Erfassung am Ofen, Konverter und an den Entnahmestellen; a Staubfilter dimensioniert für die sehr feinen Partikelgrößen, die metallurgische Dämpfe erzeugen; und eine Rauchgasbehandlungsstufe, die Schwefeldioxid, saure Gase und restlichen Schwermetalldampf entfernt, für den ein Staubfilter nicht ausgelegt ist.

Wenn alle drei Schichten als ein System konzipiert sind, kann das behandelte Abgas auf eine Partikelkonzentration gebracht werden unter 10 mg pro Normalkubikmeter , mit einer Gesamtabscheidungseffizienz für Schmelzrauch im Submikronbereich, die üblicherweise höher ist 99 Prozent . Selbst wenn die Rauchgasbehandlungsstufe weggelassen wird, verbleiben selbst bei vorhandenem hervorragenden Staubfilter immer noch gasförmige und dampfförmige Schadstoffe im Schornstein, die durch die Partikelkontrolle allein nie entfernt werden konnten.

Warum Schmelzrauch schwerer zu kontrollieren ist als gewöhnlicher Industriestaub

Bei den meisten Partikeln, die eine Nichteisenschmelze verlassen, handelt es sich nicht um mechanisch erzeugten Staub. Es handelt sich um metallurgischen Rauch, der entsteht, wenn Metall- und Metalloxiddämpfe bei höheren Ofentemperaturen entstehen 1.000°C kondensiert zu festen Partikeln, wenn das Gas stromabwärts abkühlt. Da diese Partikel durch Kondensation und nicht durch Bruch oder Abrieb entstehen, misst ein großer Teil von ihnen darunter 1 Mikrometer , wobei ein Großteil der Gesamtmasse unter 0,3 Mikrometer konzentriert ist. Diese feinen Partikel passieren direkt die Ausrüstung, die für gröberen Staub ausgelegt ist, und bleiben viel länger in der Luft schweben als größere Partikel.

Zwei unterschiedliche Staubströme, zwei unterschiedliche Probleme

Bei einem typischen Schmelzvorgang entstehen zwei Staubströme, die sich völlig unterschiedlich verhalten und häufig unterschiedliche Lösungen erfordern. Beim Zerkleinern, Sieben, Fördern und Beladen von Erzkonzentrat entsteht gröberer Handhabungsstaub, im Allgemeinen im Bereich von 10 bis 100 Mikrometern, der sich relativ schnell absetzt und gut auf herkömmliche Hauben- und Zyklonabscheidung reagiert. Ofen- und Konverterabgase hingegen enthalten den oben beschriebenen ultrafeinen Kondensationsrauch, häufig zusammen mit verflüchtigten Verbindungen von Blei, Arsen, Cadmium oder Zink, die in vielen Sulfid- und Oxiderzen vorkommen. Die Dimensionierung einer einzelnen Filteranlage nur für einen dieser Ströme und die anschließende Erwartung, dass sie beide Ströme bewältigen kann, ist einer der häufigsten Gründe dafür, dass Staubkontrollsysteme ihre Konstruktionsziele nicht erfüllen.

Quellenerfassung: Staub stoppen, bevor er in die Luft gelangt

Die kostengünstigste Reduzierung des Schmelzstaubs erfolgt, bevor Gas überhaupt einen Filter erreicht. Öfen, Konverter und Entnahmestellen mit dicht schließenden Hauben oder Vollkapselungen, die gegenüber der umliegenden Werkstatt unter leichtem Unterdruck stehen, verhindern, dass Rauch in das Gebäude entweicht, bevor er in die Absauganlage eingesaugt werden kann. Fanghauben werden üblicherweise für eine Anströmgeschwindigkeit von etwa 100 mm ausgelegt 0,5 bis 1,5 Meter pro Sekunde ; Volle Gehäuse können bei niedrigeren Geschwindigkeiten effektiv betrieben werden, da sich der Rauch nirgendwo verteilen kann, bevor er den Kanal erreicht.

Die sekundäre Erfassung ist genauso wichtig wie die primäre Erfassung. Beim Klopfen, Ausgießen und Gießen werden kurze Rauchstöße freigesetzt, die einer Primärhaube oft entgehen. Deshalb werden direkt über diesen Stellen angebrachte Hauben oder Push-Pull-Lüftungen speziell zum Auffangen dieser Rauchgase angebracht. Betriebe, die in diese sekundäre Schicht investieren, erwirtschaften in der Regel mehr als 95 Prozent der erzeugten Dämpfe, bevor sie den Staubfilter erreichen, was sowohl die Belastung nachgeschalteter Geräte reduziert als auch diffuse Emissionen begrenzt, die andernfalls durch Dachentlüftungen und Gebäudeöffnungen statt durch den kontrollierten Schornstein entweichen würden.

Auswahl eines Staubfilters zum Schmelzen von Abgasen

Bei der Auswahl eines Staubfilters zum Schmelzen von Abgasen muss die Ausrüstung auf die Gastemperatur, die Partikelgröße und die Korrosivität abgestimmt werden, und nicht nur auf den Nennluftstrom. Die folgende Tabelle fasst zusammen, wie sich die Hauptfiltertypen normalerweise gegen den zuvor beschriebenen metallhaltigen Rauch im Submikronbereich verhalten.

In der Praxis schalten viele Hütten diese Technologien in Reihe, anstatt sich nur auf eine zu verlassen: Ein Zyklon entfernt zunächst die groben Fraktionen, damit der Primärfilter nicht überlastet wird, während ein nachgeschalteter Gewebefilter oder Elektrofilter die feinen Kondensationsdämpfe aufnimmt. Stofffilter ausgestattet mit PTFE-Membranmedien sind zu einer häufigen Wahl für Neuinstallationen geworden, da sie bei einem weiten Bereich von Gasströmungsbedingungen eine Submikrometer-Entfernungseffizienz von über 99,5 Prozent aufweisen. Allerdings erfordern sie eine sorgfältige Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle, um ein Verstopfen der Beutel oder eine Verkürzung ihrer Lebensdauer zu vermeiden.

Rauchgasbehandlung: Verwalten, was der Staubfilter nicht entfernen kann

Ein Staubfilter, so effizient er auch sein mag, entfernt nur feste und flüssige Partikel. Abgase aus der Sulfiderzverhüttung enthalten üblicherweise Schwefeldioxid in Konzentrationen, die weitaus höher sind als die der meisten anderen industriellen Quellen, manchmal im Bereich von 3 bis 30 Volumenprozent für hochkonzentriertes Ofengas, zusammen mit Säurenebel und restlichen Schwermetalldämpfen, die erst nach dem Passieren des Filters kondensieren oder reagieren. Die Rauchgasbehandlung ist die Stufe, die speziell zur Beseitigung dieser gas- und dampfförmigen Schadstoffe entwickelt wurde.

Hochkonzentrierte Ströme: Verwertung statt Entsorgung

Wenn die Schwefeldioxidkonzentration hoch genug ist, besteht der Standardansatz nicht darin, das Gas wegzuwaschen, sondern es durch einen Doppelkontakt- und Doppelabsorptionsprozess in Schwefelsäure umzuwandeln, wodurch höhere Schwefelumwandlungseffizienzen erreicht werden können 99,5 Prozent Dabei entsteht ein nutzbares Säureprodukt und kein Abfallstrom.

Ströme mit geringerer Konzentration und Restgasströmen

Bei schwächeren Gasströmen oder als Aufbereitungsschritt nach der Säurerückgewinnung entfernen nasse, halbtrockene und trockene Sorptionsmittelwäschen mit Kalk, Kalkstein oder Reagenzien auf Natriumbasis typischerweise 90 Prozent oder mehr des verbleibenden Schwefeldioxids. Wenn Quecksilber oder andere flüchtige Schwermetalle vorhanden sind, wird eine Aktivkohleinjektion oder Festbettadsorption eingesetzt, da diese Schadstoffe sowohl Partikelfilter als auch herkömmliche Sauergaswäscher unbeschadet passieren. Wo bei Verbrennung oder Hochtemperaturoxidation auch Stickoxide entstehen, wird dieselbe Gasstrecke mit einer selektiven katalytischen oder nichtkatalytischen Reduktion unter Verwendung eines Reagenzes auf Ammoniakbasis überlagert, um neben Partikeln und Schwefeldioxid auch Stickoxide zu reduzieren.

Wie die Phasen miteinander verbunden sind: Ein mehrstufiger Behandlungszug

Da jede Stufe auf einen anderen Schadstoff- oder Partikelgrößenbereich abzielt, ist die Reihenfolge, in der die Geräte angeordnet sind, genauso wichtig wie die Geräte selbst. Ein typischer Strang für eine Sulfid-Erz-Schmelzanlage transportiert das Abgas durch die folgende Sequenz, wobei jede Stufe die Leistung und Lebensdauer der nachfolgenden Stufe schützt:

• Ofen- oder Konverterabgas verlässt den Prozess heiß und stark mit Feinrauch belastet.
• Abwärmerückgewinnung und Gaskühlung bringen den Strom auf eine Temperatur, die der nachgeschaltete Filter tolerieren kann.
• Ein Zyklon-Vorabscheider entfernt die grobe Partikelfraktion und schützt so den Primärfilter vor Abrieb und Überlastung.
• Ein primärer Staubfilter, typischerweise ein Gewebefilter oder ein Elektrofilter, entfernt die verbleibenden Feinpartikel.
• Eine Rauchgasentschwefelungs- oder Waschstufe entfernt Schwefeldioxid und saure Gase.
• Eine Polierstufe, häufig Aktivkohleadsorption, fängt Spuren von Schwermetalldämpfen ein, die in früheren Stufen nicht möglich sind.
• Das Reingas tritt durch einen Schornstein aus, der mit einer kontinuierlichen Emissionsüberwachung ausgestattet ist.

Das Diagramm oben stellt diesen Ablauf visuell dar: Das Abgas bewegt sich vom Ofen von links nach rechts, durch die Zyklon-Vorabscheidung und den primären Staubfilter, in die Rauchgasbehandlung und eine abschließende Polierstufe, bevor eine kontinuierliche Überwachung bestätigt, was den Schornstein erreicht.

Betrieb, Überwachung und Wartung des Systems

Eine Staubfilter- und Rauchgasreinigungsanlage leistet nur so viel, wie sie betrieben wird. Selbst ein richtig konzipiertes System verliert ohne konsequente Überwachung und Wartung seine Designeffizienz, da Staubablagerungen, Feuchtigkeit und Säurekondensat im Laufe der Zeit kontinuierlich auf die Ausrüstung einwirken.

Durch kontinuierliche Überwachung bleibt das System ehrlich

Auf einem Stapel montierte Instrumente zur kontinuierlichen Emissionsüberwachung, die Partikelkonzentration, Trübung und Schwefeldioxid verfolgen, liefern Bedienern in Echtzeit Hinweise auf die Leistung der Staubfilter- und Rauchgasbehandlungsstufen, anstatt sich allein auf regelmäßige manuelle Tests zu verlassen, um ein Problem zu erkennen, nachdem es sich bereits auf die Emissionen ausgewirkt hat.

Der Differenzdruck signalisiert, wenn ein Filter gewartet werden muss

Über einen Gewebefilter hinweg wird der Differenzdruck normalerweise innerhalb eines Bandes gehalten 1.000 bis 1.500 Pascal . Ein stetiger Anstieg außerhalb dieses Bereichs weist normalerweise auf eine Verstopfung des Beutels durch Feuchtigkeit oder chemische Angriffe hin, während ein plötzlicher Abfall häufig auf einen zerrissenen oder gelösten Beutel hinweist, der den Staub vollständig an der Filterung vorbeilässt.

Planen Sie Beutelaustausch und Korrosion ein, bevor sie zu einer Abschaltung führen

Filterbeutel, die saurem Hochtemperatur-Schmelzgas ausgesetzt sind, haben typischerweise eine Lebensdauer von ca zwei bis vier Jahre vor dem Austausch, wobei abrasive Staubbelastung oder Temperaturschwankungen diese erheblich verkürzen können. Benetzte Komponenten in der Rauchgasbehandlungsstufe sind einem eigenen Korrosionsrisiko durch Säurekondensat ausgesetzt. Daher sind die Materialauswahl und die routinemäßige Inspektion von Rohrleitungen, Wäschereinbauten und Absorberauskleidungen ebenso wichtig wie die zugrunde liegende Prozesschemie.

Häufig gestellte Fragen

Kann ein Gerät sowohl Staub als auch Rauchgas gleichzeitig verarbeiten?

Nasswäscher können Partikel entfernen und saures Gas in einem einzigen Behälter absorbieren, aber die Partikelentfernungseffizienz, die sie für metallurgische Dämpfe im Submikrometerbereich erreichen, ist im Allgemeinen geringer als bei einem speziellen Gewebefilter und sie erzeugen einen Abwasserstrom, der selbst behandelt werden muss. Die meisten Schmelzbetriebe erzielen eine zuverlässigere und einfacher zu wartende Leistung, wenn die Staubfiltration und die Rauchgasbehandlung als separate, speziell gebaute Stufen durchgeführt werden, anstatt sie in einem Gerät zu kombinieren.

Warum muss Schmelzrauch feiner gefiltert werden als Staub, der beim Zerkleinern oder Sieben anfällt?

Da sich Schmelzrauch durch Dampfkondensation und nicht durch mechanischen Bruch bildet, liegt der Großteil seiner Masse unter 1 Mikrometer, während Zerkleinerungs- und Siebstaub typischerweise 10 Mikrometer oder mehr beträgt. Ein Staubfilter- und Auffangsystem, das für den gröberen Strahl ausgelegt ist, kann den feineren nicht zurückhalten.

Wie wird Schwefeldioxid aus Schmelzabgasen üblicherweise behandelt?

Wenn die Schwefeldioxidkonzentration hoch ist, was beim Schmelzen von Sulfiderz üblich ist, ist die Umwandlung in Schwefelsäure durch Doppelkontakt-Doppelabsorption der Standardansatz für die Rauchgasbehandlung, bei der Schwefel als verwertbares Produkt zurückgewonnen wird, anstatt ihn auszuleiten. Schwächere Ströme oder das nach der Säurerückgewinnung verbleibende Restgas werden typischerweise durch nasse, halbtrockene oder trockene alkalische Wäsche gereinigt.

Was führt dazu, dass ein Gewebefilter mit der Zeit an Effizienz verliert?

Die häufigsten Ursachen sind Verstopfungen der Beutel durch Feuchtigkeitskondensation oder chemische Angriffe, physische Schäden wie Risse oder abgenutzte Nähte sowie Staubansammlungen, die durch Reinigungszyklen nicht ausreichend entfernt werden können. Durch die Verfolgung von Differenzdrucktrends in Verbindung mit regelmäßigen Sichtprüfungen oder Dichtheitsprüfungen werden diese Probleme in der Regel erkannt, bevor sie sich als Emissionsüberschreitung zeigen.

Hat die Rauchgasbehandlung Einfluss auf den Betrieb des Staubfilters?

Ja. Die Temperatur und Feuchtigkeit des in die Rauchgasbehandlungsstufe eintretenden Gases werden normalerweise unter Berücksichtigung der Toleranzen des Staubfilters gesteuert, da Kondensation vor dem Filter die Gewebemedien verstopfen oder die Korrosion im Inneren eines Elektrofilters beschleunigen kann. Die beiden Stufen werden normalerweise als ein integriertes System und nicht unabhängig voneinander konzipiert und betrieben.

Welche Partikelkonzentration kann ein gut konzipiertes System erreichen?

Moderne Gewebefilter gepaart mit einer effektiven Quellenerfassung halten die Partikelkonzentration am Auslass üblicherweise niedriger 10 mg pro Normalkubikmeter auf einer nachhaltigen Basis, obwohl die Zahl, die für eine bestimmte Anlage gilt, von den Gaseigenschaften und dem gesetzlichen Grenzwert abhängt, den das System einhalten soll.