High temperature thermal behaviors of EAF dust by coke at initial reaction stage were studied to obtain the fundamental data of EAF dust treatment process, that is Extended Arc Plasma Furnace System called RAPID system. In this study thermal behaviors including calcination of limestone, devolatilization of EAF dust itself, and reduction & devolatilization of mixture(EAF dust : coke : limestone = 80 : 10 : 10 wt.%) were investigated as functions of reaction temperature (1000~1300$^{\circ}C$) and reaction time (3~12 min), considering the 180% equivalence of carbon reduction and 1.7 bacisity for optimum reduction and melting of EAF dust in the RAPID system. Size of sample was about below 0.1 mm for these experiments. Limestone was completely calcined at above 1100$^{\circ}C$ within 1 minutes. In the case of devolatilization of EAF dust itself, weight loss of EAF dust was about 14% at 1300$^{\circ}C$ and 12 minutes, and partial sintering and melting were found in part of sample. Weight loss of mixtures increased with increasing reaction temperature and time, about 46% weight loss in it was occurred at 1300$^{\circ}C$ and 12 minutes. From these weight losses showing devolatilization and reduction of EAF dust, the treatment time of EAF dust inside.
EAF's dust has been treated mainly by pyrometallurgical reduction process in rotary kiln furnace to recover valuable metal elements such as Zn and to avoid the disposal of hazardous materials to waste. Recently, hydrometallurgical eletrowinning of zinc from a zinc-amino chloride solution obtained by the leaching of EAF's dust was developed to recover high grade zinc metal from EAF’s dust. But there are some disadvantages in each process such as difficulty of operation condition control and sticking problem in kiln process and low extractability and recovery of zinc owing to insoluble zinc-ferrite in electrowinning process. We propose a new combined process of pyrometallurgical one and hydrometallurgical one to treat EAF's dust efficiently and economically. In this study, ammonium chloride solution leaching of crude zinc oxide recovered from reduction of EAF's dust was carried out to find out the efficiency of zinc extraction from it and the possibility for performance of eletrowinning in the proposed process. Effects of various leaching variables ruck as leaching temperature, concentration of leaching solution and leaching time were investigated. And the leaching results of the crude zinc oxide were compared with those of EAF's dust. The extraction percents of zinc in ammonium chloride solution leaching of the crude zinc oxide recovered from reduction of EAF's dust were above 80% after 60 minutes of leaching under the leaching condition of 4M NH$_4$CI concentration and above leaching temperature of 7$0^{\circ}C$. And the concentrations of zinc in the leached solution were obtained above 50g/$\ell$. The activation energy calculated for zinc extraction in NH$_4$CI leaching was 58.1 KJ/㏖ for EAF's dust and 15.8 KJ/㏖ for the crude zinc oxide recovered from reduction of EAF's dust.
To be recycled iron and heat source in EAF, EAF dust and mill scale generated from steelmaking plant should be made to iron carbide. Behavior of reduction and carburization in EAF dust and mill scale is studied to get fundamental data. EAF dust and mill scale are carburized at $650^{\circ}C$ by 100% CO gas. The carbon content of iron carbide(about 9 wt,% C) is higher than that of cementite without free carbon. The 1.2 times of calculated carbon content is suitable for reduction of EAF dust. The reduction temperature is appropriate to $900^{\circ}C$ in EAF dust and $1000^{\circ}C$ in mill scale. The carburization rate of mill scale are faster than those of EAF dust. The composition of super iron carbide is almost $Fe_2$C.
Zhang, Chuanfu;Peng, Bing;Peng, Ji;Lobel, Jonathan;Kozinski, Janusz A.
Proceedings of the IEEK Conference
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2001.10a
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pp.404-408
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2001
This paper focuses on the pilot-scale investigation of direct recycling of electric arc furnace (EAF) stainless steelmaking dust. The direct recycling of EAF dust is to make pellets with the mixture of the dust and the reducing agent carbon, then introduce the pellets to the EAF. The valuable metals in the dust are reduced and get into the steel as the alloying elements. Experiments simulating direct recycling in an EAF were performed using an induction furnace. But it seems difficult to reduce all metal oxides in the dust so that some metal reducing agents added in the late stage of reduction process. The valuable metals in the dust were reduced partly by carbon and partly by metal reducing agent for the economical concern. The recovery of iron, chromium and nickel from the flue dust and the amount of metal oxides in the slag were measured. The results showed that the direct recycling of EAF stainless steelmaking dust is practicable. It wes also found that direct recycling of flue EAF stainless steelmaking dusts does not affect the chemistry and quality of stainless steel produced in the EAF. It is benefit not only for the environmental protection but also for the recovery of valuable metal resources in this way.
1. EAF Dust in Japan - Generation and Characteristics. The quantity of dust generated from EAF shops in Japan was estimated to be 520,000 tons/year in 1999. Extremely fine dust (or fume) is formed in the EAF by metal vaporization. Its characteristics such as chemical compositions, phases, particle size, leaching of heavy metal are mentioned. 2. EAF Dust Treatment Methods in Japan. In 1999, 61% of EAF dust was treated by regional zinc recovery processing routes, 25% went to landfill disposal, 4% was reused as cement material, and 10% was treated by on-site processing routes. The problems of EAF dust treatment methods in Japan are: (1) very high treatment cost, and (2) heavy environmental load (leaching of heavy metal, emission of dioxins, depletion of disposal sites, etc). It has been much hoped for that new dust management technology would be developed. 3. New technology of EAF dust treatment in Japan. In Japan, some new technologies of EAF dust treatment have been developed, and some others are in the developing stages. Following five processes are mentioned:. (1) Smelting reduction process by Kawasaki Steel, (2) DSM process by Daido Steel, (3) VHR process by Aichi Steel, (4) On-site dust direct recycling technology, and (5) Process technology of direct separation and recovery of iron and zinc metals contained in high temperature EAF off gas by the Japan Research and Development Center fur Metals.
EAF (Electric arc furnace) dust is an important secondary resource such as zinc, lead, and iron. Recycling of EAF dust is benefit to solving disposal and environmental problems caused by the heavy metals entrained in the dust. In this study, pyrometallurgical treatment technology of EAF dust reviewed for the improvement of conventional process and development of new process. The existing technologies categorized into four groups: those by rotary kiln process, rotary hearth furnace (RHF) process, shaft type process, and reduction smelting process. The product of these processes are ZnO and Fe or slag as a waste. Their mechanisms for the production of ZnO from EAF dust were carbothermic reduction and oxidation of zinc gas with air.
As the consumption of galvanized steels in cans and automobiles and the quantity of scraps increase, the recycling problems of EAF dust become a important problem. Valuable metals such as Fe, Zn, Pb are of continued interest to metallurgists. To recover the valuable metal and to remove the toxicity of EAF dust, high temperature smelting process is or researching as a pilot scale. The Reduction kinetics of Zn in EAF dust is so important in a view of the economic consideration of the process. In this study, the kinetics behavior of Zn in EAF dust were measured as a point of application in high temperature smelting process. The rate control step in ZnO and franklinite is revealed to be chemical reaction on the reaction surface.
There is a potential usability of electric arc furnace(EAF) dust produced during the iron manufacturing process as a recycled resource, because valuable materials such as Zn, Pb and Fe are contained in it. In this study, metallic Zn was recycled from the fine electric arc furnace dust by a solid state reduction method using carbon at relatively low temperature. It was possible to recover metallic zinc by using of high vapour pressure of zinc with this reduction method. The feasibility of recycled zinc for cold bonded pellet(CBP) was investigated. The main composition of EAF dust were franklinite(ZnFe$_2$O$_4$), magnetite(Fe$_3$O$_4$) and zincite(ZnO), and Pb and Cl were completely removed by a heat treatment in oxidation environment. The reduction ratio increased as the solid carbon content increased, and it increased with decreasing of dust particle size and increasing of compaction pressure due to a increase of contact area.
This study was carried out to find the existing forms of chlorlnc in EM dust and to understand the valaliliratian behavior and the removal of chlorine from EAF dust with lemperalure and heating almosphere The chemical compositions of dust A are 27.3%Fe. 21.8%3Zn, 3 15%Pb, 3 51%C1 and that of dust B BE 33.92%Fe, 15.94%Zn, 2.73% Pb, 3.98%Cl. The XRD analysis and water leaching test shows that chlorlne in EM dust exist mainly as NaCI, KCI, Pb (0H)Cl. Above 99% of chlorine was volatilized when dust was hentcd in alr atmosphere at 1100$^{\circ}$C h r 1 hour and that was 96% when heated in reduction atmosnherc at 1100$^{\circ}$C for 1 hour.
EAF dust generated from electric arc steelmaking process is classified as "hazardous" materials by tbe environmental regulation because of the existence of water leachable heavy metals such as Fe, Zn, Pb, and Cd. However, Fe and Zn among t the elements in the dust can be recovered to high valuable materials by applying a proper process. Therefore, in order to study t the possibility of recovery of iron from EAF dust, the effect oE carbon content and basicity, of synthesized EAF dust on the reduction rate of iron oxide was studied. Experimental results are as follows: TIle softening and melting temperature of the slag w was illcreased with increasing carbon addition amount [or carbon reduction eqUIvalent. At the carbon addition amount of 100% for carbon reduction equivalent and basicity of 1.7, reduction rate of $Fe_2O$ in the slag was the highest. The reaction order fur reduction of $Fe_2O$ by carbon was nearly first order.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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