Jürgen Antrekowitsch

The high demand for carbon-based products within pyrometallurgy is placing the industry in an increasingly challenging position to meet stringent requirements. To transition away from fossil carbon carriers, biochar emerges as a sustainable and CO₂-neutral alternative, presenting a viable solution without necessitating fundamental adjustments to plant technology, unlike hydrogen as an alternative reducing agent. Prior investigations have underscored the potential of woody biomass pyrolysis products for CO₂-neutral metallurgy. Nonetheless, it is imperative to recognize that biochar must meet distinct requirements across various metallurgical processes. This paper conducts a comparative analysis between biochar and petroleum coke using thermogravimetric analyses, surface measurements, reactivity assessments, and scanning electron microscopy. Furthermore, the performance in a furnace for simulating the Waelz process, specifically regarding ZnO reduction, is scrutinized. The results illustrate the optical differences between petroleum coke and biochar and the significantly higher reactivity and specific surface area of biochar. When used in solid–gas reactors, it is observed that due to its high reactivity, biochar reacts more vigorously and carbon is completely consumed. However, during the reduction of ZnO, only minor differences were monitored, making biochar comparable to petroleum coke. Therefore, under certain constraints, biochar can be considered a potential substitute for metallurgical solid–gas reactions.

Electric arc furnace dust (EAFD) is an important secondary resource for the zinc industry. The most common process for its recycling is the pyro-metallurgical treatment in the Waelz process. However, this process focuses on the recycling of the zinc, whereas the recovery of other metals from the EAFD—such as iron and other alloying elements—is neglected. An up-to-date version of reprocessing can involve multi-metal recycling by means of a metal bath containing carbon. The use of a liquid iron alloy requires a higher processing temperature, which enables the reduction and melting of iron oxides as well as other compounds occurring in the dust. Furthermore, the Zn yield is higher and the reduction kinetics are faster than in the Waelz process. This paper is only focused on the zinc reduction in such a metal bath. In order to determine the influence of the carbon content in the molten metal on the reduction rate, experiments were carried out on the reduction behavior of zinc oxide using a synthetic slag. This slag, with a basicity B₂ = 1, was applied to an iron bath with varying carbon contents. (0.85%, 2.16%, 2.89%, and 4.15%) The decrease in the zinc oxide concentration was monitored, along with the reaction rates calculated from these data. It was found that the reaction rate increases with rising carbon content in the melt.

The processing of polymetallic materials provides some challenges to every flowsheet. Within Aurubis Cu-Pb-metallurgical flowsheet, a broad range of raw materials and intermediates are processed. Continuous improvements are required to adapt the flowsheet according to the changing material quantity and quality. Therefore, thermodynamic modeling is the desired and most efficient way to conduct scenario analysis. Hence, databases and software are becoming better and better as the acceptance of this method increased. Further understanding is promoted by conducting experimental test work to validate the calculated results. In this research work, the impact of various oxygen potential on the formation of the condensed phases’ slag, matte, speiss and crude lead were investigated. A frequent check of slag metallurgy, in particular, the iron and lead concentration, provide feedback if the metallurgical process is operating at the right oxygen potential. Following, the calculated distribution coefficients for Cu, Pb, As, Sb, Sn and Ni between matte/speiss and speiss/lead are discussed.

Zusammenfassung: Die Metallurgie ist wie viele andere Industriezweige seit einigen Jahren geprägt von Bemühungen, den CO₂-Footprint entscheidend zu senken. Im Vordergrund stehen Technologien auf Basis von Wasserstoff, welche allerdings aus unterschiedlichsten Gründen wie beispielsweise hohen Kosten, notwendiger Umstellung von Verfahren oder erhöhter Sicherheitstechnik, schwierig umzusetzen sind. Eine Alternative kann in der Verwendung von pyrolysierter Biomasse gesehen werden, welche in mehreren Bereichen in der Lage ist, fossilen Kohlenstoff direkt zu substituieren. Die vorliegende Arbeit beschreibt die grundsätzliche Charakteristik von Holzkohlen aus Biomasse sowie Anwendungsmöglichkeiten und damit verbundene Vorteile und Nachteile. Dabei sind aus technischer Sicht vor allem die Reaktivität und die Festigkeit wesentliche Kriterien. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus müssen Verfügbarkeit und Preisbildung im Detail betrachtet werden. Zusammengefasst lässt sich ein positives Resümee ziehen, was den Einsatz entsprechender Holzkohlen vor allem in kleineren metallurgischen Einheiten betrifft, speziell in Hinblick auf eine zeitnahe wirtschaftliche Umsetzung.

Zusammenfassung Recycling spielt seit langem in vielen Bereichen eine nicht mehr wegzudenkende Rolle. In der Metallurgie ist vor allem die Wiederverwertung von Schrotten weit verbreitet und neben primären Erzen eine wichtige Quelle für viele Metalle. Eine alternative Rohstoffressource stellen aber auch Nebenprodukte, welche in allen Metallherstellungsrouten anfallen, dar. In vielen Fällen werden diese jedoch nicht verarbeitet, wodurch oft beachtliche Mengen an gewinnbaren Wertstoffen verloren gehen. Außerdem stellt die Deponierung dieser Reststoffe Firmen vor große Probleme, da sie häufig als gefährlicher Abfall eingestuft werden, was mit erhöhten Auflagen und Kosten einhergeht. Da diese Materialien sich aber aufgrund ihrer Entstehung teils erheblich von primären Erzen unterscheiden, ist eine Evaluierung des Materials und das Einbringen in bestehende Prozesse oft schwierig beziehungsweise nicht möglich. Erschwerend kommt hinzu, dass es für sekundäre Rohstoffe keine Beurteilungsverfahren gibt, wie sie für primäre Lagerstätten seit langem üblich sind. Solche Verfahren sind ein wesentlicher Faktor, um Firmen und Investoren Sicherheit in Bezug auf die Beurteilung dieser Ressourcen zu geben. Das Projekt „COMMBY“ wurde an der Montanuniversität Leoben ins Leben gerufen, um die Verwertung von metallurgischen Nebenprodukten zu forcieren. In Zusammenarbeit mit sieben Industriepartnern werden verschiedene Reststoffe beurteilt und entsprechende Prozesse entwickelt und optimiert. Ein wichtiges Ziel dieses Projekts ist es, ein Beurteilungsschema für sekundäre Rohstoffe zu entwickeln. Dieses Schema wird im Aufbau prinzipiell jenem für primäre Rohstoffe ähneln, allerdings an die besonderen Eigenschaften und Herausforderungen von metallurgischen Reststoffen angepasst sein. Diese Veröffentlichung stellt die Hintergründe des Projektes COMMBY im Überblick vor und präsentiert die Schwerpunkte „Charakterisierung“, „Evaluierung von Halden“ und „Evaluierung der Verfahrenstechnik“. Anhand von Beispielen bisher erfolgter Arbeiten werden einige Besonderheiten und Herausforderungen in der Evaluierung metallurgischer Nebenprodukte aufgezeigt.