REDUCTION OF ELECTRIC ARC FURNACE DUST WITH SOLID IRON POWDER

摘要

Les poussières issues d'un four électrique à arc (EAF) contiennent, en moyenne, environ 19 pour-cent en masse de zinc et 3 pourcent en masse de plomb. En raison de la présence du plomb, ainsi que celle de cadmium et de chrome hexavalent en petites quantités, les poussières issues de l'EAF ont été classées dans la catégorie des déchets dangereux par les différents organismes gouvernementaux de contrôle. Actuellement, la plupart des procédés de retraitaient des poussières utilise le carbone comme agent de réduction de l'oxyde de zinc contenu dans les poussières de l'EAF. Le zinc à l'état gazeux ainsi obtenu peut être condensé. Le principal problème rencontré avec ces procédés est la diminution de la stabilité d'un des produits de la réaction de réduction, le monoxyde de carbone, avec un abaissement de la température. Ce phénomène aboutit à l'augmentation du pourcentage de dioxyde de carbone dans les gaz issus de la réaction lorsqu'ils sont refroidis et une partie du zinc est réoxydé. De plus, le cuivre et le soufre sont concentrés dans les résidus riches en fer et contaminent le fer récupéré à partir de ces matériaux. Un procédé de remplacement possible consisterait à faire réagir les pousssières avec du fer solide ou liquide. Dans ce cas, la vapeur serait principalement composée de zinc, et le fer ajouté en tant qu'agent de réduction serait dilué dans les résidus. Dans le présent travail, la réaction entre les poussi╚╮es de l'EAF et le fer a été étudiée dans une atmosphère d'argon à l'aide d'une technique thermogravimétrique. Tout d'abord, une étude thermodynamique a été réalisée en utilisant le logicel F*A*C*T. Puis on a examiné l'influence de différents facteurs sur la cinétique de la réaction de réduction: la pression à laquelle les briques ont été fabriquées, le débit du flux d'argon, le ratio de la forme de la brique (1/d), la taille des particules de fer, la quantité de fer ajouté, ainsi que l'addition de produits tels que la chaux ou le clorure de sodium. On a trouvé qu'initialment la réaction était contrôlée chimiquement avec une énergie d'activation de 159kJ/mol. Ensuite, après la formation d'une couche de produit sur la surface extérieure de la brique, la réaction est contrôlée par le transport du zinc à l'état gazeux loin de l'interface où se produit la réaction. La vitesse de réaction suit une loi parabolique qui a été ajustée à l'aide des données expérimentales, et la constante de vitesse de la réaction a été trouvée égale à: k_p= -3.6241 + 0.0033T(K).%Electric arc furnace (EAF) dust contains, on average, about 19mass% zinc and 3mass% lead. Due to the presence of this lead, as well as small amounts of cadmium and hexavalent chromium, EAF dust has been classified as a hazardous waste by various government regulatory agencies. Currently, most dust treatment processes employ carbon as a reducing agent for the zinc oxide in the EAF dust. The zinc vapour that is produced can be condensed. In the present work, the reaction of EAF dust with iron was studied in an argon atmosphere using a thermogravimetric technique. First, a thermodynamic study was performed using the F*A*C*T computational system. Then, the effects of briquetting pressure, argon flowrate, briquette aspect ratio (1/d), iron particle size, amount of iron added, as well as additions such as lime, sodium chloride and zirconium oxide on the kinetics of the reduction reaction were investigated. It was found that, initially, the reaction was chemically controlled with an activation energy of 159 kJ/mol. Then, after a product layer had formed on the outer surface of the briquette, the reaction was controlled by the transport of the zinc vapour away from the reaction interface.