СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ ПЕРЕРОБКИ ПИЛУ ЕЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ВИРОБНИЦТВА І ТЕХНОГЕННИХ ЗАЛІЗОВМІСНИХ МАТЕРІАЛІВ

Автор(и)

  • L.V. Kamkina
  • G.P. Stovpchenko
  • Ya.V. Mіanovska
  • V.Yu. Seliverstov
  • D.V. Avtonomov

DOI:

https://doi.org/10.34185/1991-7848.2025.01.21

Ключові слова:

електродугова піч, пил, цинк, вуглець, технологія, термодинаміка

Анотація

Металургійна технологія переробки пилу ДСП та залізовмісних відходів металургійного виробництва. 
Аналіз фізико-хімічних процесів, експериментальні дослідження та розробка інноваційних технологічних рішень та рекомендацій щодо пилу ДСП та залізовмісних відходів металургійного виробництва. 
Теоретичні дослідження базуються на основних положеннях фізичної хімії і теорії металургійних процесів. Розрахунки термодинамічної рівноваги оксидних систем основані на теорії Гіббса та реалізовані за допомогою комп’ютерної програми «FASTSage 6.0»; дослідження хімічного складу фазових складових марганцевих феросплавів виконали з застосуванням растрового електронного мікроскопу YSM-6300LA фірми JEOL, Японія. 
Ефективне видалення цинку з пилу ДСП можливе вже при помірних температурах 1000…1100оС, у тому числі при використанні як вуглецевого відновника некондиційних вуглецевих матеріалів. Для отримання рідкого продукту слід передбачити надмірну кількість вуглецю на навуглецювання з тим, щоб знизити температуру одержуваного розплаву. 
При температурах порядку 1000…1100оC залізовмісний пил і шлам зазнають змін, що призводить до зменшення вмісту Zn в обробленому матеріалі, переходу вихідних пилуватих матеріалів в компактну, досить міцну масу.
Спільна переробка окалини та пилу ДСП шихтуванням у різних пропорціях не є раціональною, оскільки в цьому випадку відбувається зменшення концентрації цинку, що збирається в газоочистці переробного агрегату. Більш ефективним буде організація почергової переробки пилу ДСП та окалини у різні часові періоди (наприклад, помісячно).

Посилання

European Union. EUR-Lex: Access to European Union Law [Electronic resource] / European Union. — Access mode: http://eur-lex.europa.eu

Jordan Daci. EU Law on waste management and shipment: some main legal issues for metal industry in the European Union. 2011. “Education in ‘turbulent times’; the Albanian case in European and global context” 6th International Conference of the Albanian Institute of Sociology (Proceedings, I) See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/326625660

Techno-economic study on the reduction measures, Best Available Technologies, of water discharges and waste generation from the primary and secondary iron and steel industry. Final report: 09.1993.

Jaakko Pöyry. Techno-economic study on the reduction measures, based on best available techniques of emissions (water, wastes, air) from the paper and board manufacturing industry. 1996. Luxembourg : Off. for Official Publ. of the Europ. Communities

Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC). Best Available Techniques Reference Document on the Production of Iron and Steel. European Commision. December 2001. http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/pages/FActivities.htm.

Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC). Draft reference Document on Best Available Techniques for the Production of Iron and Steel. European Commision. Draft February 2008. https://eippcb.jrc.ec.europa.eu/sites/default/files/2019-11/IS_Adopted_03_2012.pdf

Найкращі доступні технології та методи управління (НДТМ) Довідковий документ для виробництва чавуну та сталі Директива 2010/75/ЄС «Про промислове забруднення (інтегроване запобігання та контроль забруднення)» Автори: Райнер Ремус, Мігель А. Агуадо-Монсоне, Серж Рудьє, Луїс Дельгадо Санчо. 2013. https://mepr.gov.ua/files/docs/Atmosferne_povitria/NDTN/21.12.2022/IS_Adopted_03_2012_ukr_ed(2).pdf

European Commission. BAT Note – Ferrous Metal Processing – Final Draft – August 2012 [Electronic resource] / European Commission. — Access mode: https://www.epa.ie/publications/licensing--permitting/industrial/ied/BAT-Note---Ferrous-Metal-Processing---Final-Draft---August-2012---SH.pdf .

European Union. Management of Waste from Extractive Industries [Electronic resource] / European Union. — Access mode: https://eur-lex.europa.eu/EN/legal-content/summary/management-of-waste-from-extractive-industries.html.

WeCoop. EU Policies and Regulations [Electronic resource] / WeCoop. — Access mode: https://wecoop.eu/regional-knowledge-centre/eu-policies-regulations/.

European Union. European Union Publication Detail [Electronic resource] / European Union. — Access mode: https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/eaa047e8-644c-4149-bdcb-9dde79c64a12 .

European Commission. EIPPCB - European Integrated Pollution Prevention and Control Bureau [Electronic resource] / European Commission. — Access mode: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu .

Kiran Kumar, T., Roy, G.G. A Review on Processing of Electric Arc Furnace Dust (EAFD) by Pyro-Metallurgical Processes. Trans Indian Inst Met 75, 1101–1112 (2022). https://doi.org/10.1007/s12666-021-02465-6.

World steel Association, 2019. World Steel Association, SteelStatistical Yearbook 2019; Available on Internet: http://www.worldsteel.org/statistics/statistics-archive/yearbook-archive.html

Machado J. M. da Silva, Brehm F. Andrade, Carlos A.M. Moraes, Carlos A. dos Santos. Caracterization study of electric arc furnace dust phases // Materials Reserch. 2006. N 9 (1). P.25-36. https://doi.org/10.1590/S1516-14392006000100009

Jalkanen H., Oghbasilasie H., Raipala K. Recycling of steelmaking dust – the RADUST concept // Journal of Mining and Metallurgy. 2005. N 41. P.1-16. https://doi.org/10.2298/JMMB0501001J.

Xiaolong Lin, Zhiwei Peng, Jiaxing Yan, Zhizhong Li, Jiann-Yang Hwang, Yuanbo Zhang, Guanghui Li,Tao Jiang. Pyrometallurgical recycling of electric arc furnace dust. Journal of Cleaner Production. Volume 149, 15 April 2017, Pages 1079-1100. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.02.128.

R.L. Nyirenda. The processing of steelmaking flue-dust: A review. // Minerals Engineering. Volume 4, Issues 7–11, 1991, Pages 1003-1025. https://doi.org/10.1016/0892-6875(91)90080-F

Mamdouh Omrana, Timo Fabritiusa. Utilization of blast furnace sludge for the removal of zinc from steelmaking dusts using microwave heating. // Separation and Purification Technology. Volume 210, 8 February 2019, Pages 867-884. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.09.010.

Zhengqi Guo, Ruoning Zhan, Yue Shi, Deqing Zhu, Jian Pan, Congcong Yang, Yige Wang, Jin Wang. Innovative and green utilization of zinc-bearing dust by hydrogen reduction: Recovery of zinc and lead, and synergetic preparation of Fe/C micro-electrolysis materials. // Chemical Engineering Journal. Volume 456, 15 January 2023, Р. 141-157. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.141157

Yang Xue, Xiansheng Hao, Xiaoming Liu, Na Zhang. Recovery of Zinc and Iron from Steel Mill Dust—An Overview of Available Technologies. Materials, 2022, 15, 4127. https://doi.org/10.3390/ma15124127

R. O. McElroy, Murray Mcclaren. Processing of electric arc furnace dust via chloride hydrometallurgy. 1994. (pp.993-1010). Hydrometallurgy.

https://doi.org/10.1007/978-94-011-1214-7_68

23. José Alencastro de Araûjo, Valdir Schalch. Recycling of electric arc furnace (EAF) dust for use in steel making process.//Journal of Materials Research and Technology. 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmrt.2014.06.003.

Manuel Leuchtenmüller, Ulrich Brandner. The catalytic effect of the metal bath on the zinc oxide reduction. // Results in Engineering. Volume 16, December 2022. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2022.100514

J.R.Donald, C.A.Pickles. Reduction of electric arc furnace dust with solid iron powder. // Canadian Metallurgical Quarterly. Volume 35, Issue 3, July–September 1996, Pages 255-267. https://doi.org/10.1016/0008-4433(96)00009-2.

D.Colbert, G.A. Irons. Electric arc furnace dust injection into iron and steel melts. // Canadian Metallurgical Quarterly. 2006. 45(1):1-8. https://doi.org/10.1179/000844306794409057.

Mamdouh Omran, Timo Fabritius, Yaowei Yu, Eetu-Pekka Heikkinen, Guo Chen, Yilmaz Kacar. Improving Zinc Recovery from Steelmaking Dust by Switching from Conventional Heating to Microwave Heating. // Journal of Sustainable Metallurgy, volume 7, p.15–26. 2021. https://doi.org/10.1007/s40831-020-00319-x

M.C. Mantovani, C. Takano, P.M. Büchler. EAF and secondary dust characterisation. // Ironmaking & Steelmaking. Processes, Products and Applications. Volume 31, 2004 - Issue 4. Pages 325-332. https://doi.org/10.1179/030192304225018163

Xue Bing Li, Wei Wang, Dong Hai Zhang, Li Xiong. Basic Properties of Iron and Steel Making Dust. // Advanced Materials Research. 2014. Volume 937. 187-190. https://doi.org/ 10.4028/www.scientific.net/AMR.937.187.

Ashraf Bakkar. Recycling of electric arc furnace dust through dissolution in deep eutectic ionic liquids and electrowinning. // Journal of Hazardous Materials. 2014. 280(9–10):191–199. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.07.066/

D. Mombelli, C.Di Cecca, C. Barella, E. Bondi. Experimental analysis on the use of BF-sludge for the reduction of BOF-powders to direct reduced iron (DRI) production. // Process Safety and Environmental Protection. Volume 102, 2016, P. 410-420. https://doi.org/10.1016/j.psep.2016.04.017

Machado J. M. da Silva, Brehm F. Andrade, Carlos A.M. Moraes, Carlos A. dos Santos. Caracterization study of electric arc furnace dust phases // Materials Reserch. 2006. N 9 (1). P.25-36. https://doi.org/10.1590/S1516-14392006000100009

Pan Hengyu, Xiaohong Zhang, Jun Wu, Yanzong Zhang, Lili Lin, GangYang, Shihuai Deng, LiLi, Xiaoyu Yu, Hui Qi, Hong Peng. Sustainability evaluation of a steel production system in China based on emergy. // Journal of Cleaner Production. Volume 112, Part 2, 2016, Pages 1498-1509. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.05.019

Stewart, D.J.; Barron, A.R. Pyrometallurgical removal of zinc from basic oxygen steelmaking dust. // A review of best available technology. Resour. Conserv. Recycl. 2020, 157, 104746. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.104746

Yu-liang Wu, Ze-yi Jiang, Xin-xin Zhang, Peng Wang, Xue-feng She. Numerical simulation of the direct reduction of pellets in a rotary hearth furnace for zinc-containing metallurgical dust treatment. // International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials volume 20, pages 636–644 (2013). https://doi.org/10.1007/s12613-013-0777-5.

Holtzer M., Kmita A., Roczniak A. The recycling of materials containing iron and zinc in the OxyCup Process. // Arch. Foundry Eng. 2015, 15, 126–130.

Hillmann C., Sassen K.J. Processing of zinc-bearing BOF dusts in a blast furnace. // World Iron Steel 2013, 5, 8–9. https://www.dk-duisburg.de/wp-content/uploads/Artikel-Steelmaking-2014.pdf

Yamada S., Itaya H., Hara Y. Simultaneous recovery of zinc and iron from electric arc furnace dust with a coke-packed bed smelting-reduction process. // Iron Steel Eng. 1998, 75, 64–67.

Felix A. López, Aurora López-Delgado. Enhancement of Electric Arc Furnace Dust by Recycling to Electric Arc Furnace. // Journal of Environmental Engineering. 2002. 128(12). https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(2002)128:12(1169)

N. Antuñano, J.F. Cambra, P.L. Arias. Hydrometallurgical processes for Waelz oxide valorization. // An overview. Process Saf. Environ. Prot. 2019, 129, 308–320. https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.06.028

Coronado M., Andres A., Cheeseman C.R. Acid gas emissions from structural clay products containing secondary resources: Foundry sand dust and Waelz slag. // J. Clean. Prod. 2016, 115, 191–202. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.11.083

Suetens T., Klaasen B., Van Acker K., Blanpain B. Comparison of electric arc furnace dust treatment technologies using exergy efficiency. // J. Clean. Prod. 2014, 65, 152–167. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.09.053

A. Magdziarz, M. Kuźnia, M. Bembenek, P. Gara, M. Hryniewicz Briquetting of EAF Dust for its Utilisation in Metallurgical Processes. // Chem. Process Eng., 2015, 36 (2), 263-271. https://doi.org/10.1515/cpe-2015-0018

Chunbao Xu, Shengli Wu, Daqiang Cang. Numerical Modeling of NO Formation during Packed-bed Combustion of Coke Granules. // J. Univ. Sci. Technol. Beijing, 7(2000), No. 4, pp. 261-268.

Xu T., Ning Xj., Wang Gw. et al. Combustion characteristics and kinetic analysis of co-combustion between bag dust and pulverized coal. // Int J Miner Metall Mater 25, 2018, 1412–1422. https://doi.org/10.1007/s12613-018-1695-3

Wang M., Liu X. Applications of red mud as an environmental remediation material: A review. // J. Hazard. Mater. 2021, 408, 124-420. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124420

Yang Xue, Xiaoming Liua. Detoxification, solidification and recycling of municipal solid waste incineration fly ash: A review. // Chemical Engineering Journal. Volume 420, Part 3, 2021, 130-349. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130349

Hui-ning Zhang, Jian-li Li, An-jun Xu, Qi-xing Yang, Dong-feng He, Nai-yuan Tian. Carbothermic Reduction of Zinc and Iron Oxides in Electric Arc Furnace Dust. // Journal of Iron and Steel Research International. Volume 21, 2014, pages 427–432. https://doi.org/10.1016/S1006-706X(14)60066-2

Wei Zhang, Xiaoming Liu, Yaguang Wang, Zepeng Li, Yong Li, Yongyu Ren. Binary reaction behaviors of red mud based cementitious material:Hydration characteristics and Na+ utilization. // Journal of hazardous materials, 410, 124-592. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124592

C.A. Pickles, Omid Marzoughi. Thermodynamic analysis of metal speciation during the chlorosulphation of electric arc furnace dust. // Minerals Engineering. 2019. 140:105874. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2019.105874

Pickles C.A. Thermodynamic analysis of the selective chlorination of electric arc furnace dust. // Journal of Hazardous Materials. 2009. 166(2-3):1030-42. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.11.110.

Havlík T., Souza B.V., Bernardes A.M., Schneider I.A.H., MiškufováA. Hydrometallurgical processing of carbon steel EAF dust. // J. Hazard. Mater. 2006, 135, 311–318. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.11.067

Peng Wei, Wenzhou Yu, Hao Chen, Weiyan Jiang. A New Strategy for Collaborative Utilization of Red Mud and Coal Fly Ash via Vacuum Reduction Technology. // Journal of Sustainable Metallurgy. 2022. 8(3) https://doi.org/10.1007/s40831-022-00578-w.

J. Buzin. EAF dust: an overview on the influences of physical, chemical and mineral features in its recycling and waste incorporation routes. // Journal of Materials Research and Technology. Volume 6, Issue 2, 2017, Pages 194-202. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2016.10.002

Sylwia Oleszeka, Mariusz Grabda, Etsuro Shibata, Takashi Nakamura. Fate of lead oxide during thermal treatment with tetrabromobisphenol. // Journal of Hazardous Materials. Volume 261, 2013, Pages 163-171. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.07.028

Tahir Sofilić, V. Novosel-Radovi, S. Cerjan-Stefanovic, A. Rastovcan-Mioc. The mineralogical composition of dust from an electric arc furnace. // Materials and Technologies. 2005. 39(5):149-154.

Tahir Sofilić, Alenka Rastovcan-Mioc, Stefica Cerjan-Stefanović, Vjera Novosel-Radović, Monika Jenko. Characterization of steel mill electric-arc furnace dust. // J Hazard Mater. 2004 Jun 18;109(1-3):59-70. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2004.02.032.

Man-made materials in the production processes of metals and alloys. Monograph. Kamkina Lyudmila, Myanovska Yana, Proydak Yuriy, Proydak Andriy. Under the author's editorship. Dnipro: PBP "Economica", 2022. 352 p. ISBN 978-966-2637-73-1.

A. A. Khil’ko, L. M. Simonyan, A. A. Lysenko, O. V. Astashkina, A. A. Mikhalchan. Morphology of steel electrofurnace dust. // Steel Transl. 2013, 43, 254–257. https://doi.org/10.3103/S0967091213050070.

Laura M. Simonyan, Anna A. Alpatova, Nadezhda V. Demidova. The EAF dust chemical and phase composition research techniques. // Journal of Materials Research and Technology. Volume 8, Issue 2, April 2019, Pages 1601-1607. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2018.11.005

Y. Projdak, L. Kamkina, Y. Mianovska. Micro-X-ray spectral determination of the chipboard dust samples elemental composition. // System technologies. Vol. 3. No. 140 (2022). Р. 181-192. https://doi.org/10.34185/1562-9945-3-140-2022-15.

Tsubouchi N, Hashimoto H, Ohtaka N, Ohtsuka Y. Chemical characterization of dust particles recovered from bag filters of electric arc furnaces for steelmaking: some factors influencing the formation of hexachlorobenzene. //J Hazard Mater. 2010. Nov 15; 183(1-3):116-24. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.06.122.

Suetens T., Guo M., Van Acker K., Blanpain B. Formation of the ZnFe2O4 phase in an electric arc furnace off-gas treatment system. // J Hazard Mater. 2015. Apr 28; 287:180-7. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.01.050.

Suetens T., Guo M., Acker K.V. et al. Zn Loss into ZnFe2O4 in an Open Type Electric Arc Furnace: An In-Process Separation Performance Model. // J. Sustain. Metall. 1, 297–303 (2015). https://doi.org/10.1007/s40831-015-0033-5.

Касимов А.М., Тошинский В.И., Романовский А.А. Основные физико-химические свойства цинксодержащих отходов газоочисток металлургических агрегатов // Вісник МСУ /Vestnik MSU/. Технічні науки. – 2006. - Т. ІХ. - № 1. - С. 9-13.

Kashiwaya Y., Tsubone A., Ishii K., Sasamoto H. Thermodynamic Analysis on the Dust Generation from EAF for the Recycling of Dust. // ISIJ International, Vol. 44 (2004), No. 10, pp. 1774–1779. https://doi.org/10.2355/isijinternational.44.1774

Jensen J.T. Reduction of EAF dust emissions by injecting it into furnace. // Metallurgical plant and technology internsational. - 1997. - №3. - P. 58-62. Reprint from "MPT-Metallurgical Plant and rechnology International" issue No. g/.l997, p. 58-62.

Завантаження

Опубліковано

2025-05-30

Як цитувати

[1]
2025. СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ ПЕРЕРОБКИ ПИЛУ ЕЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ВИРОБНИЦТВА І ТЕХНОГЕННИХ ЗАЛІЗОВМІСНИХ МАТЕРІАЛІВ. Сучасні Проблеми Металургії. 28 (Трав 2025), 372–404. DOI:https://doi.org/10.34185/1991-7848.2025.01.21.