Mỗi tấn thép sản xuất trong lò điện hồ quang (EAF) tạo ra 15-25 kg bụi – các hạt mịn được giữ lại bởi hệ thống lọc bụi túi vải. Đối với một xưởng nấu chảy thép có công suất 500.000 tấn mỗi năm, lượng bụi thải ra hàng năm là từ 7.500 đến 12.500 tấn. Bụi này được phân loại là chất thải nguy hại ở hầu hết các quốc gia vì nó chứa các kim loại nặng – chủ yếu là kẽm, chì và cadmium – có thể ngấm vào nước ngầm nếu được chôn lấp.
MONTE INTELLIGENCE đã tham gia vào các hệ thống xử lý bụi lò điện hồ quang (EAF) hơn một thập kỷ. Vấn đề bụi vừa là trách nhiệm môi trường vừa là cơ hội kinh tế, bởi vì bụi EAF thường chứa 15-30% kẽm — nồng độ cao hơn nhiều so với nhiều mỏ quặng kẽm đang được khai thác hiện nay.
Thành phần của bụi lò điện hồ quang (EAF) phản ánh hỗn hợp phế liệu. Bụi từ các nhà máy nấu chảy phế liệu mạ kẽm có thể chứa 25-35% kẽm. Bụi từ các nhà máy chủ yếu nấu chảy phế liệu nặng và phế liệu sinh hoạt có thể chỉ chứa 8-15% kẽm. Hàm lượng kẽm quyết định tính khả thi về kinh tế của việc tái chế: trên khoảng 15% kẽm, việc tái chế bụi thường mang lại lợi nhuận dương. Dưới 10% kẽm, chi phí tái chế có thể vượt quá giá trị của kẽm thu hồi được, và việc ổn định hóa sau đó chôn lấp trở thành lựa chọn hợp lý về mặt kinh tế — mặc dù các xu hướng quy định đang chống lại lựa chọn đó.
Hàm lượng chì trong bụi lò điện hồ quang (EAF) cần được chú ý vì nó ảnh hưởng đến cả quá trình tái chế và khả năng tiêu thụ sản phẩm kẽm thu hồi được. Hàm lượng chì điển hình dao động từ 1-5%. Chì và kẽm có cấu trúc hóa học khá giống nhau nên việc tách chúng ra về mặt kinh tế rất khó khăn. Quy trình lò Waelz, công nghệ tái chế chủ đạo, tạo ra sản phẩm oxit kẽm thường chứa 0,5-2% chì. Điều này được chấp nhận đối với ngành công nghiệp luyện kẽm, nơi có thể tinh chế thêm vật liệu. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn về chì khắt khe hơn ở một số thị trường có thể yêu cầu các bước tinh chế bổ sung, làm tăng chi phí.
Quy trình lò Waelz là công nghệ chủ lực trong việc tái chế bụi lò điện hồ quang (EAF), xử lý khoảng 80% tổng lượng bụi tái chế trên toàn cầu. Lò nung là một lò hình trụ quay, thường dài 40-60 mét và đường kính 3-4 mét, nghiêng 2-3 độ so với mặt phẳng ngang. Bụi EAF được trộn với chất khử cacbon – thường là than cốc vụn hoặc than đá – và được đưa vào lò. Khi hỗn hợp di chuyển qua lò nhờ sự quay và trọng lực, nhiệt độ đạt đến 1100-1300°C.
Ở nhiệt độ này, oxit kẽm trong bụi được khử bởi cacbon thành hơi kẽm kim loại: ZnO + C → Zn(g) + CO. Hơi kẽm thoát ra khỏi lò nung cùng với khí thải và được oxy hóa trở lại thành oxit kẽm bởi không khí được đưa vào phía trên nguyên liệu: 2 Zn(g) + O2 → 2 ZnO. Oxit kẽm được thu gom trong một túi lọc đặt phía sau lò nung. Sản phẩm này, được gọi là oxit Waelz, thường chứa 55-65% kẽm và được bán cho các nhà máy luyện kẽm như một nguyên liệu đầu vào thứ cấp.
Chất cặn không bay hơi từ lò nung Waelz — xỉ lò — chứa oxit sắt, vôi, silica và các kim loại nặng còn sót lại. Loại xỉ này trước đây thường được chôn lấp, nhưng hiện nay ngày càng được sử dụng làm cốt liệu trong xây dựng đường hoặc làm nguyên liệu thô trong sản xuất xi măng. Xỉ lò phải vượt qua các bài kiểm tra khả năng thẩm thấu (như thử nghiệm TCLP ở Hoa Kỳ hoặc EN 12457 ở Châu Âu) để đủ điều kiện cho các mục đích sử dụng có lợi này.
Các công nghệ thay thế cho lò nung Waelz bao gồm lò nung đáy quay (RHF), lò nung đáy nhiều tầng (MHF) và các quy trình dựa trên plasma. Lò RHF sử dụng đáy quay phẳng thay vì hình trụ nghiêng, cho phép thời gian lưu trú ngắn hơn và kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn. Lò MHF sử dụng các đáy xếp chồng lên nhau với các tay gạt để di chuyển vật liệu giữa các tầng. Các quy trình plasma sử dụng hồ quang điện hoặc đèn plasma để đạt được nhiệt độ cao cần thiết cho quá trình bay hơi kẽm, với ưu điểm là sử dụng điện thay vì nhiên liệu hóa thạch làm nguồn năng lượng.
Mỗi công nghệ đều có những ưu và nhược điểm riêng. Lò Waelz là lựa chọn có chi phí đầu tư thấp nhất cho sản lượng cao (trên 50.000 tấn/năm), nhưng chi phí vận hành cao hơn do tiêu thụ than cốc. Lò RHF có hiệu suất năng lượng tốt hơn và lượng khí thải thấp hơn, nhưng yêu cầu nguyên liệu đầu vào đồng nhất hơn. Các quy trình plasma có tác động môi trường thấp nhất nhưng chi phí điện năng cao nhất, điều này có thể là một lợi thế nếu có sẵn điện năng ít phát thải carbon và chính sách định giá carbon được áp dụng.
Tỷ lệ thu hồi kẽm trong các lò nung Waelz thương mại thường dao động từ 90-95%. Tỷ lệ thu hồi dưới 90% thường cho thấy có vấn đề trong quy trình — điều kiện khử không đủ trong lò, thời gian lưu quá ngắn hoặc trộn bụi và chất khử không tốt. Tỷ lệ thu hồi trên 95% có thể đạt được nếu tối ưu hóa hoạt động của lò, nhưng chi phí biên cho vài phần trăm cuối cùng có thể không tương xứng với giá trị của lượng kẽm thu hồi thêm.
Xỉ giàu sắt từ lò nung là một dòng vật liệu cần được quan tâm nhiều hơn so với hiện nay. Một lò nung Waelz xử lý 100.000 tấn bụi lò điện hồ quang mỗi năm sẽ tạo ra khoảng 60.000 tấn xỉ. Xỉ này chứa 30-40% sắt, có thể được thu hồi và đưa trở lại quy trình sản xuất thép. Một số công nghệ thu hồi sắt từ xỉ Waelz đang được phát triển, bao gồm tách từ và khử bằng phương pháp nấu chảy, nhưng chưa có công nghệ nào được áp dụng rộng rãi trong thương mại.
MONTE INTELLIGENCE cung cấp các hệ thống xử lý và điều hòa bụi cho hoạt động lò điện hồ quang (EAF), bao gồm vận chuyển khí nén, tạo viên và lưu trữ. Chúng tôi cũng cung cấp dịch vụ tư vấn về chiến lược tái chế bụi — liệu nên đầu tư vào tái chế tại chỗ, vận chuyển đến lò Waelz tập trung, hay ký hợp đồng với bên thứ ba để xử lý.
Vui lòng liên hệ helenxu@cnlymonte.com để được đánh giá các phương án quản lý bụi cho lò điện hồ quang (EAF) của bạn.
