Sekundärzinkherstellung

Die Sekundärzinkherstellung ist ein Prozess zur Herstellung von Zink aus Zinkschrotten und Zinkabfällen. Es handelt sich dabei um einen Recyclingprozess (Recycling). Sekundärzink deckt etwa 30 Prozent des jährlichen Zinkbedarfs in Europa. Etwa 50 Prozent des Sekundärzinks wird innerhalb der Zinkindustrie direkt recycelt, indem Produktionsabfälle in Zinkgießereien ohne Qualitätsverlust wieder eingeschmolzen werden.

Bei Zink-Schrotten handelt es sich in der Regel um Schrotte folgender Materialien:

Zink-Druckgusslegierungen
Zink-Halbzeuge, beispielsweise Dachrinnen und Dachbleche
Zink-Kohle-Batterien
Feuerverzinkter Stahl, auch als Hartzink bezeichnet
erstarrte Produktionsabfälle aus Zink-Schmelzen, auch als Gekrätze bezeichnet.

Zink-Abfälle sind zinkoxidhaltige Stäube, zinkhaltige Fällschlämme und sogenannte Salmiaschlaken. Salmiaschlaken entstehen bei der Feuerverzinkung und enthalten 20 Prozent Zink. Fällschlämme sind Schlammabfälle, die im verarbeitenden Gewerbe an unterschiedlichsten Stellen entstehen. Zinkoxidhaltige Stäube entstehen in Stahlwerken und Gießereien. In Stahlwerken entstehen sie bei der Herstellung von Stahl aus Schrotten im sogenannten Elektrolichtbogenofen. In Gießereien entstehen sie beim Schmelzen von Schrotten und Eisenerzen im sogenannten Kupolofen.

Beim Recycling von Zink aus Schrotten werden die Schrotte zunächst mechanisch aufbereitet, um Fremdmetalle und -stoffe auszusortieren. Hierbei werden beispielsweise die Dichtesortierung oder die sensorgestützte Sortierung angewandt. Die aussortierten zinkhaltigen Schrotte werden in der Regel durch Umschmelzen weiterverarbeitet, um das Zink herauszutrennen. Beim Umschmelzen werden die Schrotte getrennt nach Legierungen in Schmelzkessel gegeben und die enthaltenen Legierungsbestandteile werden durch das sogenannte Saigern getrennt. Beim Saigern werden in einer festen Legierung leichter schmelzende Bestandteile getrennt, indem bis zu deren Schmelzpunkt erhitzt wird und die flüssige Schmelze dann durch Schwerkraft, beispielsweise Schräglagen, getrennt wird. Das Saigern wird in der Regel beim Recycling von Hartzink, einer Eisen-Zink-Legierungen angewendet. Es werden üblicherweise also die Elemente Zink und Eisen getrennt. Hierbei kann Zink mit einer Reinheit zwischen 96 und 98 Prozent getrennt werden. Soll die Reinheit des getrennten Zinks weiter erhöht werden, wird im Anschluss die Rektifikation, ein Destillationsverfahren, angewandt. Dabei wird Zink-Staub hergestellt, der dann entweder direkt zu flüssigem Zink kondensiert oder zu Zinkoxid verbrannt werden kann. Wird Zinkoxid beziehungsweise Zinkstaub hergestellt, so kann dieser in nachfolgenden Industriezweigen Anwendung finden, beispielsweise zur Primärzinkherstellung.

Beim Recycling von Zink aus Zinkabfällen ist die Herstellung von Zink aus zinkoxidhaltigen Stäuben mengenmäßig am relevantesten. Hierfür werden der sogenannte Wälzprozess oder das Imperial-Smelting-Verfahren angewandt.

Der Wälzprozess ist gängig für zinkreiche Stahlwerksstäube. Beim Recycling von Stahl aus Schrotten fällt zinkoxidhaltiger Staub als Nebenprodukt an. Dies geschieht indem der zinkhaltige Stahlschrott im Elektrolichtbogen bei Temperaturen bis zu 1.800 °C eingeschmolzen wird. Das im Stahlschrott enthaltene Zink verdampft bei circa 980 °C und liegt dann im Abgas als Zinkoxid vor. Der Zinkgehalt beträgt im Abgas etwa 25 Prozent. Das Abgas wird im Anschluss gekühlt und die darin enthaltenen Bestandteile werden mit Staubfiltern vom Abgasstrom getrennt. Der dabei erzeugte zinkoxidhaltige Staub wird im Anschluss mit dem Wälzprozess weiterverarbeitet. Beim Wälzprozess wird zinkoxidhaltiger Staub unter Zugabe von Kalk, Koks, Wasser und Luft bei Temperaturen von etwa 1.100 bis 1.200 °C in einem Drehrohrofen erhitzt, getrocknet und vermischt. Dabei wird Zinkoxid zunächst reduziert und verdampft dann bei zunehmender Temperatur. Im Gasraum des Ofens reoxidiert das verdampfte Zink wieder, indem es mit Sauerstoff zu Zinkoxid reagiert. Dieses Zinkoxid wird auch Wälzoxid genannt und der Zinkgehalt im Wälzoxid beträgt zwischen 50 und 70 Prozent. Es wird im Anschluss aus dem heißen Abgas des Drehrohrofens herausgefiltert und zu Briketts oder Pellets weiterverarbeitet. Das weiterverarbeitete Wälzoxid wird in der Zinkindustrie zur Zinkherstellung genutzt. Analog zur primären Zinkherstellung kann das Wälzoxid entweder mit dem pyrometallurgischen Verfahren oder dem hydrometallurgischen Verfahren zu Zink mit einer Reinheit von 99,9 Prozent weiterverarbeitet werden.

Das Imperial-Smelting-Verfahren ermöglicht die Verarbeitung von gemischten Stahlwerksstäuben mit Zink- und Blei-Anteilen, die beim Kupferrecycling entstehen. Bei dem Verfahren wird Zinkoxid und Bleioxid in einem Schachtofen durch Koks reduziert. Blei sammelt sich in der Schlacke im unteren Teil des Ofens und wird dort abgeführt. Zink verdampft und wird oben abgeführt, anschließend kondensiert und als flüssiges Zink und Zinkstaub ausgebracht. Dabei kann Zink mit einer Reinheit von 98 bis 99 Prozent hergestellt werden. Durch anschließende Destillation kann die Reinheit auf über 99 Prozent erhöht werden.

Die Erzeugung von Nicht-Eisen-Metallen, zu dem die Sekundärzinkherstellung gehört, ist ein energieintensiver Prozess. Der Energieeinsatz für die Sekundärzinkherstellung mit dem Wälzprozess beträgt in Europa etwa 60 bis 70 MJ/kg. Dabei ist der Energieeinsatz für die Erzeugung des zinkoxidhaltigen Staubes mit einbezogen.

Synonym(e):

Sekundärzinkproduktion

Englische Übersetzung(en):

production of secondary zinc