Entzinkung von Stahlschrotten

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1 von Stahlschrotten Prof. Dr.-Ing. habil. Eberhard Gock, Dr.-Ing. Volker Vogt, Dipl.-Chem. Ingo Schönfelder Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik, TU Clausthal Prof. Dr.-Ing. Otto Carlowitz, Dr. rer. nat. Torsten Zeller, Dipl.-Kfm. Andreas Sauter CUTEC-Institut GmbH, Clausthal 1

2 von Stahlschrotten Kooperationspartner: Clausthaler Umwelttechnik-Institut GmbH, Clausthal (CUTEC) Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik der TU Clausthal (IFAD) Rohstoff-Handelsgesellschaft mbh, Mülheim/Ruhr Sundwig GmbH/Andritz, Hemer Xstrata Zink GmbH, Nordenham Fritz Winter GmbH, Gießereitechnik, Stadtallendorf/Hessen Wolfsburg AG, Wolfsburg Projektentwicklungsgesellschaft für das Entzinken von Feinblechschrotten Auftragspartner: Andritz AG Volkswagen AG 2

3 Eckdaten für Zink Sichere Primärzinkreserven Weltverbrauch an Zink Zinkverarbeitung in Deutschland ca. 220 Mio. t ca. 11 Mio. t/a 0,7 Mio. t/a Anteil am Korrosionsschutz ca. 50% Recyclinganteil gesamt (BGR) ca. 14% Verzinkte Neuschrotte in Deutschland ca. 3 Mio. t/a Zinkinhalt in Neuschrotten ca t/a Recyclingquote konventionelle ca. 60 % Aktueller Marktwert des Zinks ca /t 3

4 Energieeffizienzsteigerung durch Absenken der Prozesstemperatur bei der Konventionelle Neu: saure Vorentzinkung Elektrostahlwerk 1200 C 1) Beizanlage 50 C ZnO Recycling 60% Zinkhütte ZnSO 4 Recycling > 98% Wälzanlage 800 C 2) [Quelle 1) : [Quelle 2) : DAL Engineering Group, Turkey] 4

5 Strategie zur sauren Vorentzinkung H 2 SO 4 (konzentriert) Stahlindustrie Automobilindustrie Neuschrotte saure ZnSO 4 Vorentzinkung Zinkhütte verzinkte Bleche entzinkter Stahlschrott Zink Verzinkung Stahlbleche 5

6 Zinkauflösung an der Oberfläche von Blechschrott 1 t Stahlschrott 16,5 kg Zink 6,5 m 3 Wasserstoff H 2 Zinkrest entzinkte Oberfläche Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 6

7 Zink [g/l] Eisen [g/l] Reaktionskinetik der Zink- und Eisenauflösung bei der sauren (50 C) 68,00 Verzinkungsart 3 g/l Grenzwert galvanisch galvanisch/feuer feuer 1,800 66,00 64,00 62,00 60,00 inhibiert durch Ziehöle Zink Eisen 1,600 1,400 1,200 1,000 58,00 0,800 56,00 0,600 54,00 0,400 52,00 0,200 50, Reaktionsdauer [s] 0,000 7

8 Pilotentzinkungsanlage, CUTEC-Institut GmbH, Clausthal (bis 400 Tonnen pro Tag) Beizmodule Waschmodule Säuretank 11 m 3 Säuretank 11 m 3 8

9 Katalytische Maßnahmen zur Verbesserung der Reaktionskinetik der sauren um den Faktor 17 H 2 Polypropylen 24 t/d Edelstahl 400 t/d 9

10 Produkt 1: Hochkonzentrierte Zinksulfatlösung (120 g/l) für die Zinkgewinnungselektrolyse 10

11 Produkt 2: Entzinkter Stahlschrott beim Einsatz in der Gießerei Entzinkter Stahlschrott Schmelztiegel Stahlschmelze z. B. Rohling für Schwungscheibe (Audi) 11

12 Kapitalrückflusszeit [Jahren] Betrag [Euro/Tonne] t/d t/d 400 t/d 3,50 Profit aus entzinktem Stahlschrott ohne Berücksichtigung von Zink Verzinkungsart galvanisch galvanisch / feuer feuer 25,00 3,00 20,00 2,50 2,00 1,50 15,00 10,00 1,00 0,50 Kapitalrückflusszeit in Jahren Mehrerlös pro Tonne Stahl Produktionskosten pro Tonne Stahl T = 50 C sdauer [s] 5,00 0,00 12

13 Durchsatz [t/d] Produktionskosten Profit/Mehrerlös [Euro/t] [Euro/t] Gesamtprofit bei Schrotten mit unterschiedlicher Verzinkung 1500 galvanisch verzinkter Schrott galvanisch und feuerverzinkter Mischschrott feuerverzinkter Schrott t/d Durchsatz [t/d] Zinksulfaterlös [Euro/t] Stahlmehrerlös [Euro/t] Produktionskosten [Euro/t] Gesamterlös [Euro/t]

14 Energiebilanzen: konventionelle - saure Vorentzinkung benötigte Energie [kwh/a] CO 2 -Emissionen [t/a] Stahlwerk (Zinkverdampfung t/a) Wälzprozessanlage (Wälzoxidherstellung) Summe: Konventionelle Saure Vorentzinkung Bezug: t verzinkter Blechschrott/d t/a mit 1,5 % Zn = t/a CO 2 -Verminderung: Faktor 40 Energieeinsparung: Faktor 50 Recyclingquote Zink: 60 auf > 98% 14

15 Vorträge und Veröffentlichungen Vorträge, Veröffentlichungen und Patente Schönfelder, I., Gock, E., Vogt, V., Carlowitz, O., Zeller, T., Sauter, A.: von Stahlschrotten, Chemie Ingenieur Technik 2012, 84, No.10 S , Wiley-VCH Verlag Weinheim, (Themenheft des BMBF), 2012 Gock, E., Vogt, V., Schönfelder, I., Carlowitz, O., Zeller, T., Sauter, A. and Pillkahn, H-B: Process for the acid Pre-Dezincification of steel scrap, Proceedings of the XXVI International Mineral Processing Congress, p , New Delhi, September 2012 Gock, E.: Energieeffizientes Recycling von Neuschrotten aus der Automobilindustrie, 3. Regionaler EnergieTag, Salzgitter, 20. September 2012 Gock, E., Vogt, V., Schönfelder, I., Carlowitz, O., Zeller, T., Sauter, A.: von Stahlschrotten, Berliner Recycling- und Rohstoffkonferenz, Berlin, , Veröffentlicht in: Recycling und Rohstoffe, Bd. 5, Hrsg. K.-J. Thomé-Kozmiensky, D. Goldmann, TK-Verlag, S , 2012 Schönfelder, I.: von Stahlschrotten, Achema, Frankfurt, 20. Juni 2012 CUTEC Institut GmbH: Stand auf der Achema, Vorstellung des sprojektes, Frankfurt, Juni 2012 CUTEC Institut GmbH: Projektpräsentation von Stahlschrotten auf der Woche der Umwelt 05. Juni 2012 im Schloss Bellevue Gock, E.: Rohstoffrecycling am Beispiel der Stahlschrott-, im Rahmen der Plenarversammlung der Braunschweigischen Wissenschaftlichen Gesellschaft, 09. Juli 2011 Gock, E., Vogt, V., Schönfelder, I., Carlowitz, O., Zeller, T., Sauter, A., Pillkahn, H.-B.: Ein neues Verfahren zur sauren von Stahlschrotten, Tagung Aufbereitung und Recycling, Freiberg, November 2010 Gock, E., Vogt, V., Schönfelder, I., Carlowitz, O., Zeller, T., Sauter, A., Pillkahn, H.-B.: Ein neues Verfahren zur sauren von Stahlschrotten, Berliner Recycling- und Rohstoffkonferenz, Berlin, , Veröffentlicht in: Recycling und Rohstoffe, Bd. 3, Hrsg. K.-J. Thomé-Kozmiensky, D. Goldmann, TK-Verlag, S , 2010 Patente Gock, E., Pillkahn, H.-B., Meynerts, U.: Saure, Anmelder: DRT Deutsche Rohstofftechnik GmbH, WO 2011/ A1, Gock, E., Pillkahn, H.-B., Meynerts, U.: Verfahren zur selektiven sauren von Stahlschrotten, Anmelder: DRT Deutsche Rohstofftechnik GmbH, ,

16 Ergebnisverwertung Interessensbekundungen internationaler Großkonzerne zur Prozesseinführung liegen vor (ArcelorMittal, Daimler AG, ThyssenKrupp AG, Grillo-Werke AG) Integrationskonzeptionierung und Auslegung einer Industrieanlage durch die Volkswagen AG und die Wolfsburg AG am Standort Emden in Bearbeitung Vorgesehene Inbetriebnahme