Plasma-gedreven slak verdampingsproces voor industriële procesresiduen

Slakken afkomstig van secundaire kopersmelterijen bevatten een aanzienlijke hoeveelheid ZnO. Deze slakken worden behandeld in een fuming oven, waar het ZnO een endotherme reductiereactie ondergaat met metallurgische kool en Zn wordt verdampt en teruggewonnen als metaal of als zinkoxidestof. Het proces met ondergedompelde plasma-injectie is een nieuwe technologie waarbij elektriciteit als energiebron wordt gebruikt in plaats van branders op fossiele brandstoffen. In plaats van het reductiemiddel via de blaasmonden in de reactor te brengen, wordt het gepelletiseerd en via een afzonderlijk toevoersysteem toegevoegd. Deze veranderingen maken het mogelijk het proces wendbaarder te maken, het proces te intensiveren dankzij de hoge vlamtemperatuur van het plasma en de uitstoot van broeikasgassen te verminderen.

Het is van essentieel belang de grenzen van het plasmaproces te kennen om er optimaal gebruik van te kunnen maken. Daarom wordt in deze studie een procesmodel ontwikkeld in FactSage 7.0 op basis van Aurubis Beerse's batch-type plasma-aangedreven plasma oven. Er wordt een dynamische stromingsmodelbenadering gebruikt om de complexe thermodynamische en kinetische interacties te modelleren. De warmte-uitwisseling tussen het slakbad, de vrijboord en de watergekoelde reactorwanden werden eveneens gemodelleerd om een volledige warmtebalans van het proces te verkrijgen. Het model wordt gebruikt om de snelheidsbeperkende factoren van het proces van Aurubis Beerse te bestuderen en de procesparameters te optimaliseren om een hoge procesefficiëntie te bereiken.

Het model toonde aan dat het geïnjecteerde gasrendement, d.w.z. de verhouding tussen de warmte die van het geïnjecteerde gas naar het slakkenbad wordt overgedragen en de totale warmte in het gas, een essentiële kinetische parameter is, aangezien deze van invloed is op het thermische en zinkvergassingsrendement. Hij is echter gevoelig voor verschillende procesparameters zoals badtemperatuur, hoogte en viscositeit. De reactiviteit van de petcokes, d.w.z. de hoeveelheid petcokes die per tijdseenheid in het slakkenbad reageert, speelt slechts een korte rol wanneer het petcokesnelheidsdebiet wordt gevarieerd. De simulatieresultaten, zoals badtemperatuur en totaal geproduceerd ZnO, waren consistent met de gemeten gegevens.