In-Flight Plasma Reduction of Electric Arc Furnace Dust in Carbon Monoxide

Abstract

In a typical electric arc furnace (EAF) operation for melting iron-containing scrap, approximately 1 to 2% of the charge is converted into dust which is collected in the baghouse. These EAF dusts have been classified as hazardous wastes due to their lead, cadmium and hexavalent chromium contents; however, these dusts also contain large quantities of zinc and iron whose recovery is economically attractive. In the present work, a high zinc-containing EAF dust was processed in-flight using a 24 kVA AC plasma arc furnace in a carbon monoxide (CO (g) ) atmosphere. The volatile elements were collected in a condenser and the remaining elements formed a slag phase. The degree of zinc removal, R Zn , was determined as a function of the three operating parameters: reactor temperature (°C), EAF dust feed rate (g/min) and reactant ratio (grams of dust per litre of CO (g) ). Increased process temperatures resulted in an increased recovery of zinc to the condensate. An optimum reactant ratio was found at about 4.5 grams of dust per litre of CO (g) . In general, the degree of lead removal from the EAF dust, R Pb , was found to be approximately equal to that of zinc. Under all the processing conditions, the cadmium in the dust was found to be totally recovered in the condensate.Résumé -Lors de l'opération typique d'un four à arc (EAF) pour la fonte de rebut contenant du fer, approximativement 1 à 2% de la charge est convertie en poussière qui est récupérée par l'unité de filtration. Ces poussières du four à arc ont été classées comme déchets dangereux à cause de leur contenu en plomb, en cadmium et en chrome hexavalent; cependant, ces poussières contiennent également de grandes quantités de zinc et de fer dont la récupération est économiquement intéressante. Dans le présent travail, on a traité, en vol, de la poussière de four à arc ayant un contenu élevé en zinc, en utilisant un four à arc-plasma de 24 kVA AC dans une atmosphère de monoxyde de carbone (CO (g) ). On a récupéré les éléments volatiles dans un condenseur et les éléments qui restaient ont formé une phase de scorie. On a déterminé le degré d'enlèvement du zinc, R Zn , en fonction de trois paramètres d'opération: température du réacteur (°C), taux d'alimentation de la poussière de four à arc (g/min) et proportion de réactant (grammes de poussière par litre de CO (g) ). Une augmentation de la température de traitement résultait en une augmentation de la récupération du zinc dans le condensat. On a trouvé qu'une proportion optimale de réactant était d'environ 4.5 grammes de poussière par litre de CO (g) . En général, on a trouvé que le degré d'enlèvement du plomb de la poussière de four à arc, R Pb , était approximativement égal à celui du zinc. Sous toutes les conditions de traitement, on a trouvé que le cadmium de la poussière était complètement récupéré dans le condensat.

Reduction of electric arc furnace dust pellets by simulated reformed natural gas

“…Approximately 70 % of this waste is placed in landfills, while 30 % is used to zinc recover. The processing cost of 1 ton of EAFD in the USA, for example, is around $150-200 [1][2][3][4].…”

Thermodynamic analysis of the selective chlorination of electric arc furnace dust

“…Although numerous reducing agents have been proposed for EAF dust, such as various carbonaceous materials [26][27][28][29], carbon monoxide [30][31][32][33][34][35][36], hydrogen [37][38][39][40][41], methane [42] and metallic iron [43][44][45][46][47][48][49][50], the favoured reducing agent is coal. In addition, the combustion of the coal can provide a significant amount of energy for the endothermic reduction reactions.…”

Effect of Reduction Parameters on the Size and Morphology of the Metallic Particles in Carbothermally Reduced Stainless Steel Dust

“…Stainless steel dust (SSD) is generated during s45tainless steel production due to ejection of metal and slag droplets by bursting of bubbles on the bath surface (Delhaes et al, 1993), and collected at off-gas cleaning system. Approximately, 20 kg SSD per ton of crude steel is formed in the EAF (Electric Arc Furnace) process (Best and Pickles, 2001;Sofilić et al, 2004) and 10 kg in the AOD (Argon Oxygen Decarburization) process (Delhaes et al, 1993). The SSD contains significant amounts of valuable metals, such as Zn, Cr, Fe and Ni, in the form of complex oxides (Delhaes et al, 1993;Laforest and Duchesne, 2006;Ri and Chu, 2015;Yang et al, 2019).…”