Ołów jest najważniejszym materiałem zdolnym do zaspokojenia obecnego zapotrzebowania na magazynowanie energii. Bateria kwasowo-ołowiowa jest rozwiązaniem niezawodnym, efektywnym i ekonomicznym. Ciągły rozwój konstrukcji baterii prowadzi do poprawy wszystkich aspektów ich parametrów eksploatacyjnych. Bateria kwasowo-ołowiowa jest jednocześnie głównym produktem ołowiu oraz podstawowym surowcem do jego wytwarzania. Ponad połowa światowej produkcji ołowiu pochodzi z hut wtórnych, w których zużyte baterie stanowią najważniejszy materiał wsadowy.

Presja środowiskowa na produkcję ołowiu narasta od wielu lat i nadal systematycznie się zwiększa. Same procesy i technologie produkcji ołowiu wymagają modernizacji w celu spełnienia nowych regulacji. Choć obecne wymagania są już bardzo restrykcyjne, w przyszłości staną się jeszcze bardziej rygorystyczne, a stosowane dziś technologie mogą okazać się niewystarczające.

Ponieważ możliwość recyklingu stanowi jedną z kluczowych zalet baterii kwasowo-ołowiowych, huty wtórne muszą maksymalnie ograniczać swój wpływ na środowisko. W ostatnich latach sektor hutnictwa wtórnego przeszedł w tym zakresie znaczące zmiany, jednak nadal istnieje potencjał do dalszych usprawnień.

Elektrochemia może zapewnić przełomową poprawę w zakresie ograniczenia oddziaływania środowiskowego wtórnej produkcji ołowiu. Engitec opracował proces elektrochemiczny oparty na ogniwach o bardzo wysokiej gęstości prądu (wysoka wydajność produkcyjna), wykorzystujących niedrogi elektrolit i charakteryzujących się relatywnie niskimi kosztami operacyjnymi.

Niniejsza publikacja przedstawia najnowszy stan rozwoju tej technologii.

Wzrost ceny cynku w ostatnim okresie wywołał silne zapotrzebowanie na procesy umożliwiające odzysk cynku z odpadów oraz materiałów wtórnych. Problem produkcji cynku ze źródeł wtórnych nie został jednak dotychczas w pełni rozwiązany, mimo że zaproponowano wiele alternatywnych technologii, z których część znajduje się obecnie na etapie oceny.

Proces EZINEX, wdrożony przemysłowo do przetwarzania pyłów EAF w ostatniej dekadzie ubiegłego wieku, a następnie przez długi czas pozostający w uśpieniu, ponownie wzbudza duże zainteresowanie rynku. Engitec uznał, że nadszedł właściwy moment na jego reaktywację, w związku z czym proces został poddany kompleksowym pracom rewizyjnym, ukierunkowanym na optymalizację technologii oraz eliminację problemów zidentyfikowanych podczas wcześniejszej eksploatacji przemysłowej.

Ołów, a w konsekwencji wszystkie wyroby ołowiowe – w tym baterie kwasowo-ołowiowe – znajdują się pod silną presją ze strony organów ochrony środowiska. Mimo to był, jest i pozostanie w nadchodzących latach jednym z kluczowych materiałów w sektorze magazynowania energii. Większość ołowiu produkowana jest w instalacjach hutnictwa wtórnego, które muszą zostać zmodernizowane w celu spełnienia coraz bardziej restrykcyjnych regulacji środowiskowych, planowanych do wdrożenia w przyszłości.

Kampania demonstracyjna instalacji FAST Pb Process wykazała, że odzysk ołowiu z pasty akumulatorowej metodami elektrochemicznymi jest technicznie i ekonomicznie opłacalny. W ostatnim roku instalacja demonstracyjna była eksploatowana z wykorzystaniem pasty niepoddanej odsiarczaniu, co pozwoliło stwierdzić, że obecność siarczanów w elektrolicie nie powoduje żadnych problemów technicznych i może być skutecznie kontrolowana.

Ten nowy sposób prowadzenia tej sekcji procesu w istotny sposób zmienia cały układ recyklingu baterii, umożliwiając eliminację niektórych problematycznych jednostek technologicznych oraz dalsze ograniczenie oddziaływania instalacji na środowisko.

W niniejszej publikacji przedstawiono to nowe podejście technologiczne wraz z jego kluczowymi zaletami technicznymi i ekonomicznymi.

Recykling materiałów żelaznych jest obecnie realizowany głównie w stalowniach wyposażonych w piece elektryczne łukowe (EAF). Główny obieg żelaza jest systematycznie doskonalony poprzez wdrażanie zasady 3R (Reduce, Reuse, Recycle). Zielona transformacja Wspólnoty Europejskiej, potwierdzona licznymi nowymi projektami mającymi na celu zastąpienie węgla jako reduktora wodorem, prowadzi do wzrostu świadomości społecznej dotyczącej losu wszystkich materiałów wykorzystywanych w cyklu życia produktu. W konsekwencji coraz bardziej konieczne staje się kompleksowe podejście do wszystkich produktów i produktów ubocznych, w celu ograniczenia lub całkowitego wyeliminowania odpadów.

Wymaga to wdrożenia wielu wtórnych, cyrkularnych procesów, powiązanych z głównym cyklem produkcji stali. Wszystkie te obiegi muszą być analizowane i rozwiązywane zgodnie z najlepszymi praktykami rynkowymi. W tym kontekście cynk odgrywa kluczową rolę w bocznych pętlach procesowych przemysłu stalowego.

Cynk odparowuje z pieca i ulega wtórnemu utlenieniu w kontakcie z tlenem (powietrzem lub dmuchawą) podczas przepływu przez kanały spalin. Powstający pył tlenku cynku jest następnie wychwytywany w filtrach workowych wraz z innymi solami, takimi jak tlenki i chlorki żelaza, wapnia, magnezu, manganu oraz ołowiu. Szczególnym przypadkiem jest pył powstający w piecach EAF wyposażonych w system podgrzewania wsadu – w takich warunkach zawartość cynku może wynosić od 25% do nawet 55%, w zależności od sposobu zarządzania podgrzewaniem.

Na przestrzeni lat Engitec opracował technologię umożliwiającą bezpośrednią konwersję pyłów EAFD do metalu cynkowego, bez konieczności wstępnego wzbogacania, płukania czy prażenia. Technologia ta opiera się na hydrometalurgii i elektrochemii, a jej potencjał jest powszechnie znany:

• reakcje prowadzone w temperaturach zbliżonych do otoczenia (50–70 °C),

• środowisko wodnych roztworów,

• wysoka selektywność elektrochemiczna względem cynku,

• łatwa skalowalność procesu,

• proste uruchamianie i zatrzymywanie (start & stop),

• brak konieczności płukania chlorkowego i siarczanowego,

• minimalizacja śladu wód szarych,

• wykorzystanie tzw. blue water oraz wytwarzanie green water.

Dzięki dalekowzrocznej strategii instalacja demonstracyjna została zbudowana bezpośrednio na terenie zakładu Cape-Gate L.t.D. w Republice Południowej Afryki. Etapy oczyszczania zostały niedawno ponownie przeanalizowane i usprawnione pod kątem efektywności oraz zrównoważonego rozwoju. Instalacja demonstracyjna potwierdziła swoje możliwości, produkując metaliczne płyty cynkowe o czystości SHG, przy zużyciu energii na poziomie 2700 kWh/t Zn.

Głównymi produktami ubocznymi procesu były:

• pozostałość stała: tlenki żelaza i manganu, możliwe do zawrócenia do pieca w celu odzysku tych pierwiastków oraz pozostałego cynku z ferryty cynkowych,

• cementy: zawierające ok. 50% Pb oraz Cu, Cd i Ag w postaci cząstek metalicznych, przeznaczone do sprzedaży do hut ołowiu,

• dwutlenek manganu: niemal czysty związek, możliwy do dalszego oczyszczania lub wykorzystania w piecach stalowniczych,

• gips: związek o wysokiej czystości, powstający w wyniku gospodarki wapniem w elektrolicie procesu Ezinex.

Technologia jest stale rozwijana, również w oparciu o doświadczenia zdobyte podczas eksploatacji instalacji demonstracyjnej, i obecnie jest gotowa, aby sprostać wyzwaniu pełnego zamknięcia obiegu odzysku cynku z pyłów piecowych.