Setiap ton baja yang diproduksi di tungku busur listrik (EAF) menghasilkan 15-25 kg debu — partikel halus yang ditangkap oleh penyaring debu (baghouse). Untuk pabrik peleburan dengan kapasitas 500.000 ton per tahun, itu berarti 7.500 hingga 12.500 ton debu setiap tahunnya. Debu ini diklasifikasikan sebagai limbah berbahaya di sebagian besar negara karena mengandung logam berat — terutama seng, timbal, dan kadmium — yang dapat meresap ke dalam air tanah jika dibuang ke tempat pembuangan sampah.
MONTE INTELLIGENCE telah terlibat dalam sistem penanganan debu EAF selama lebih dari satu dekade. Masalah debu ini merupakan kewajiban lingkungan sekaligus peluang ekonomi, karena debu EAF biasanya mengandung 15-30% seng — konsentrasi yang lebih tinggi daripada banyak deposit bijih seng yang saat ini ditambang.
Komposisi debu EAF mencerminkan campuran skrap. Debu dari pabrik yang melebur skrap galvanis dapat mengandung 25-35% seng. Debu dari pabrik yang terutama melebur skrap berat dan skrap rumah tangga mungkin hanya mengandung 8-15% seng. Kandungan seng menentukan kelayakan ekonomi daur ulang: di atas sekitar 15% seng, daur ulang debu umumnya menghasilkan keuntungan positif. Di bawah 10% seng, biaya daur ulang dapat melebihi nilai seng yang diperoleh kembali, dan stabilisasi diikuti dengan pembuangan ke tempat pembuangan sampah menjadi pilihan yang rasional secara ekonomi — meskipun tren regulasi mendorong untuk menentang pilihan tersebut.
Kandungan timbal dalam debu EAF perlu diperhatikan karena memengaruhi proses daur ulang dan daya jual produk seng yang diperoleh. Kandungan timbal tipikal berkisar antara 1-5%. Timbal dan seng secara kimiawi cukup mirip sehingga pemisahan keduanya secara ekonomis sulit dilakukan. Proses tungku Waelz, teknologi daur ulang yang dominan, menghasilkan produk seng oksida yang biasanya mengandung 0,5-2% timbal. Ini dapat diterima untuk industri peleburan seng, yang dapat memurnikan material tersebut lebih lanjut. Namun, spesifikasi timbal yang lebih ketat di beberapa pasar mungkin memerlukan langkah pemurnian tambahan yang menambah biaya.
Proses tungku Waelz adalah tulang punggung daur ulang debu EAF, yang mengolah sekitar 80% dari seluruh debu daur ulang secara global. Tungku ini berupa tungku silinder berputar, biasanya berukuran panjang 40-60 meter dan diameter 3-4 meter, dengan kemiringan 2-3 derajat dari horizontal. Debu EAF dicampur dengan reduktan berkarbon — biasanya serbuk kokas atau batubara — dan dimasukkan ke dalam tungku. Saat muatan bergerak melalui tungku karena rotasi dan gravitasi, suhu mencapai 1100-1300°C.
Pada suhu ini, seng oksida dalam debu direduksi oleh karbon menjadi uap seng logam: ZnO + C → Zn(g) + CO. Uap seng keluar dari tungku bersama gas buang dan dioksidasi kembali menjadi seng oksida oleh udara yang dimasukkan di atas muatan: 2 Zn(g) + O2 → 2 ZnO. Seng oksida dikumpulkan di dalam filter kantong di hilir tungku. Produknya, yang disebut oksida Waelz, biasanya mengandung 55-65% seng dan dijual ke pabrik peleburan seng sebagai bahan baku sekunder.
Residu non-volatil dari tungku Waelz — terak — mengandung oksida besi, kapur, silika, dan sisa logam berat. Terak ini secara historis dibuang ke tempat pembuangan sampah, tetapi semakin banyak digunakan sebagai agregat dalam konstruksi jalan atau sebagai bahan baku dalam pembuatan semen. Terak harus lulus uji pelindian (seperti uji TCLP di Amerika Serikat atau EN 12457 di Eropa) agar memenuhi syarat untuk penggunaan yang bermanfaat ini.
Teknologi alternatif untuk tungku Waelz meliputi tungku perapian putar (RHF), tungku perapian ganda (MHF), dan proses berbasis plasma. RHF menggunakan perapian putar datar alih-alih silinder miring, yang memungkinkan waktu tinggal lebih singkat dan kontrol suhu yang lebih tepat. MHF menggunakan perapian bertumpuk dengan lengan pengarah untuk memindahkan material antar tingkat. Proses plasma menggunakan busur listrik atau obor plasma untuk mencapai suhu tinggi yang dibutuhkan untuk penguapan seng, dengan keuntungan menggunakan listrik alih-alih bahan bakar fosil sebagai sumber energi.
Setiap teknologi memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Tungku Waelz adalah pilihan dengan biaya modal terendah untuk kapasitas produksi tinggi (di atas 50.000 ton per tahun), tetapi memiliki biaya operasional yang lebih tinggi karena konsumsi kokas. RHF memiliki efisiensi energi yang lebih baik dan emisi yang lebih rendah, tetapi membutuhkan bahan baku yang lebih seragam. Proses plasma memiliki jejak lingkungan terendah tetapi biaya listrik tertinggi, yang dapat menjadi keuntungan jika listrik rendah karbon tersedia dan penetapan harga karbon diberlakukan.
Tingkat pemulihan seng dalam operasi tungku Waelz komersial biasanya berkisar antara 90-95%. Tingkat pemulihan di bawah 90% biasanya menunjukkan masalah proses — kondisi reduksi yang tidak memadai di dalam tungku, waktu tinggal yang terlalu singkat, atau pencampuran debu dan reduktan yang buruk. Tingkat pemulihan di atas 95% dapat dicapai dengan pengoperasian tungku yang dioptimalkan, tetapi biaya marginal dari beberapa poin persentase terakhir mungkin tidak sebanding dengan nilai seng tambahan yang dipulihkan.
Terak kaya besi dari tanur merupakan aliran material yang layak mendapat perhatian lebih daripada yang biasanya diterima. Sebuah tanur Waelz yang memproses 100.000 ton debu EAF per tahun menghasilkan sekitar 60.000 ton terak. Terak ini mengandung 30-40% besi, yang dapat dipulihkan dan dikembalikan ke proses pembuatan baja. Beberapa teknologi untuk pemulihan besi dari terak Waelz sedang dikembangkan, termasuk pemisahan magnetik dan reduksi peleburan, tetapi belum ada yang mencapai adopsi komersial secara luas.
MONTE INTELLIGENCE menyediakan sistem penanganan dan pengkondisian debu untuk operasi EAF, termasuk pengangkutan pneumatik, pembuatan pelet, dan penyimpanan. Kami juga menawarkan konsultasi tentang strategi daur ulang debu — apakah akan berinvestasi dalam daur ulang di lokasi, mengirimkannya ke kiln pusat Waelz, atau melakukan kontrak dengan pengolah pihak ketiga.
Hubungi helenxu@cnlymonte.com untuk penilaian opsi pengelolaan debu EAF Anda.
