Sprüh- und Materialversuche für die Schlammeinbringung in einen PYROMARS-Röstreaktor

Abstract

Die Anforderungen der Industrie an Beizlinien und deren Säureregenerationsanlagen nehmen wegen des immer größer werdenden Umweltbewussteins und dem Ziel der besseren Wirtschaftlichkeit zu. Durch das Vermischen von Zunder, Abwässern und Beizchemikalien im Metallverarbeitungsprozess entsteht Beizschlamm. Demnach besteht auch das Streben, diesen eisen-, chrom-, nickel- und fluoridhaltigen Schlamm wiederzuverwerten. Bereits praktizierende Aufbereitungsverfahren sind die Wirbelschichtröstung oder die Röstung mittels Drehrohr- oder Etagenofen, um dadurch Metalloxide in Pulverform zu gewinnen.Das Vorhaben der Andritz AG ist es auch ein Röstverfahren mittels Sprühröstreaktor in die bereits etablierten PYROMARS Regenerationsanlagen zu integrieren. Demnach ist es Ziel dieser Diplomarbeit, die in der Literatur beschriebenen Eigenschaften von dem, in der Edelstahlverarbeitung anfallenden, Beizschlamm zusammenzufassen.Weiters werden im Rahmen der Arbeit Sprühversuche im Labormaßstab durchgeführt und im Zuge dessen wird eine geeignete Feststoffkonzentration für eine optimale Schlammeinbringung bestimmt.Außerdem soll durch eine Analyse der zur Verfügung gestellten Beizschlamm- und Zunderprobe eine Vergleichbarkeit mit zukünftigen Proben hergestellt werden.Für die industrielle Auslegung von Rührwerken ist die Kenntnis der Viskosität der eingesetzten Fluide unabdingbar. Demnach wird zusätzlich zu den Sprühversuchen und den Probenanalysen untersucht, ob mittels eines nachgestellten Kugelfallviskosimeters ein kostengünstiges und leicht durchführbares Verfahren zur Viskositätsbestimmung etabliert werden kann.Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die Schlammeinbringung in den Sprühröstreaktor mit einer Feststoffkonzentration von bis zu 250 g/L unter Erzeugung eines stabilen Sprühbilds erfolgen kann.Des Weiteren hat sich gezeigt, dass das Probenmaterial aufgrund seiner hohen Feststoffdichte von 3,34 g/cm3 zum schnellen Absetzen im Sprühsystem neigt. Bei der industriellen Umsetzung ist dieses schnelle Absetzverhalten zu berücksichtigen.Die Resultate der Viskositätsmessung machen ersichtlich, dass das nachgestellte Kugelfallviskosimeter zum Bestimmen einer ersten Größenordnung der dynamischen Viskosität eines Fluids geeignet ist. Jedoch ist die Ungenauigkeit des erhaltenen Ergebnisses für eine industrielle Rührwerksauslegung zu groß.

The demands of the industry on pickling lines and their acid regeneration plants are increasing due to the ever-growing environmental awareness and the goal of better eco-nomic efficiency. Pickling sludge is produced by mixing scale, wastewater and pickling chemicals in the metalworking process. Accordingly, there is also a drive to recycle this sludge, which contains iron, chromium, nickel and fluoride. Treatment processes already in practice include fluidized bed roasting or roasting by means of rotary kilns or deck furnaces, thereby recovering metal oxides in powder form.The project of Andritz AG aims to integrate a roasting process by means of a spray roasting reactor into the already established PYROMARS regeneration plants. Accordingly, the aim of this diploma thesis is to summarize the properties of the pickling sludge produced in stainless steel processing as described in the literature.Furthermore, spray tests are carried out on a laboratory scale in the course of which a suitable solids concentration for optimum sludge incorporation is determined.In addition, an analysis of the pickling sludge and scale sample provided will establish comparability with future samples.Knowledge of the viscosity of the fluids used is essential for the industrial design of agitators. Accordingly, in addition to the spray tests and the sample analysis, it is being investigated whether a cost-effective and easily feasible method for viscosity determina-tion can be established by means of a replicated falling sphere viscometer.The results of the work show that slurry introduction into the spray oil reactor can be carried out with a solids concentration of up to 250 g/L, while producing a stable spray pattern.Furthermore, it has been shown that the sample material tends to settle rapidly in the spray system due to its high solid density of 3.34 g/cm3. This rapid settling behavior must be taken into account during industrial implementation.The results of the viscosity measurement make it evident that the replicated falling sphere viscometer is suitable for determining an initial order of magnitude of the dynamic viscosity of a fluid. However, the inaccuracy of the result obtained is too high for an industrial agitator design.