AT403481B - Verfahren zum verwerten von beim reduzieren von eisenerz anfallenden stäuben - Google Patents

Description

ΑΤ 403 481 Β

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwerten von beim Reduzieren von Eisenerz mit einem Reduktionsgas anfallenden und hierbei in einem Wäscher in Form von Schlämmen abgeschiedenen Stäuben.

Bei einem Verfahren dieser Art, beispielsweise bekannt aus der AT-376.241 B werden das Reduktionsgas nach einer Feststoffabscheidung sowie das aus der Direktreduktionszone austretende Topgas in Zyklonen einer Gaswäsche unterzogen. Um die bei der Gaswäsche abgeschiedenen Schlämme nutzbringend zu verwerten, werden die Schlämme mit Bindemittel, gebildet von Eisenoxidstaub, Hartpech, Bitumen oder bituminöser Braunkohle, versetzt, heiß brikettiert und der Einschmelzvergasungszone zugeführt, wobei der Eisenoxidstaub aus einer Gichtgasreinigungsanlage stammt.

Die bei der Feststoffabscheidung anfallenden Feststoffe - in der Hauptsache Staubkohle - werden nahezu zur Ganze in den unteren Bereich der Einschmelzvergasungzone rückgeführt; ein geringer Teil der Staubkohle wird mit den mit Bindemittel versetzten Schlämmen vermischt und gemeinsam mit diesen brikettiert.

Nachteilig ist jedoch hierbei, daß infolge des erhöhten Einbringens von Eisenoxiden im Einschmelzvergaser Reduktionsarbeit geleistet werden muß, um das Einsenoxid zu reduzieren, wodurch für den Einschmelzvorgang benötigte Energie diesem entzogen wird und eine Störung des in der Einschmelzvergasungszone ablaufenden Prozesses stattfindet. Weiters stellt die genannte Heißbrikettierung im Hinblick auf die Investitions- und Betriebskosten eine aufwendige Lösung dar.

Aus der DE-41 23 626 A1 ist es bekannt, Hüttenreststoffe zu agglomerieren, u.zw. unter Zuhilfenahme von Bindemitteln, Schlackenbildnern und Reduktionsmitteln, und die Agglomerate in den oberen Möllerbereich eines Schmelzaggregates einzubringen, wobei die Vorwärmung und Trocknung der Agglomerate in diesem Möllerbereich des Schmelzaggregates erfolgt. Der Möller durchsetzt das Schmelzaggregat nach dem Gegenstromprinzip, wobei er zunächst in einen im Inneren des Schmelzaggregates vorgesehenen Reduktionsbereich gelangt und anschließend im unteren Bereich des Schmelzaggregates geschmolzen wird. Dieses bekannte Verfahren ist insofern energieaufwendig, als die Abfall- bzw. Reststoffe im Schmelzaggregat getrocknet und gesintert werden müssen und so den im Schmelzaggregat stattfindenden Prozeß negativ beeinflussen.

Auch hier muß infolge des Einbringens von Eisenoxiden (wie z.B. Zunder) im Einschmelzvergaser Reduktionsarbeit geleistet werden, wozu ein weiterer, erheblicher Energieaufwand notwendig ist. Weiters wird vorgeschlagen, als Bindemittel z.B. Sulfitablaugen einzusetzen, was jedoch zu einem unerwünschten Schwefeleintrag in den Prozeß führt.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und stellt sich die Aufgabe, die bei einer Reduktion von Eisenerz anfallenden Schlämme ohne Störung des Prozeßablaufes der Reduktion nutzbringend zu verwerten, wobei ein zusätzlicher Energieaufwand so gering wie möglich gehalten wird. Weiters soll eine nutzbringende Verwertung auch dann möglich sein, wenn Schwermetallverbindungen in den Schlämmen vorhanden sind, wobei jedoch eine Deponielegung, die bisher bei der Verwertung solcher Schlämme bei der Herstellung von Eisenschmelzen zwecks Verhinderung der Aufschaukelung des Gehaltes an solchen Schwermetallverbindungen erforderlich war, vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination nachfolgender Merkmale gelöst: • daß die Schlämme zunächst auf einen Restfeuchtegehalt entwässert werden, • daß danach den Schlämmen Kohlestaub und als Bindemittel Branntkalk zugesetzt werden, • daß die Schlämme anschließend granuliert werden und • daß das so gebildete Granulat als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zum Aufarbeiten von Schlämmen geeignet, die beim Reduzieren von Eisenerz mit Hilfe eines durch ein Kohlevergasungsverfahren hergestellten Reduktionsgases anfallen. Bei der Aufbereitung der bei der Kohlevergasung eingesetzten Kohle fällt Kohlefilterstaub an, der dann den Schlämmen zusammen mit dem Bindemittel Branntkalk zugesetzt werden kann, so daß der Zusatz des Kohlestaubes keine Zusatzkosten verursacht, sondern, im Gegenteil, eine kostengünstige Verwertung des sonst anderweitig zu verwerenden Kohlestaubes ermöglicht. In diesem Sinne bietet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft zur Verwertung von Schlämmen an, wie sie beispielsweise bei Verfahren gemäß der AT-376.241 B und der AT-370.134 B bei denen eine Kohlevergasung vorgesehen ist, anfallen. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch dann zur Anwendung zu bringen, wenn das Reduktionsgas nicht durch Kohlevergasung gebildet wird, sondern beispielsweise aus Erdgas hergestellt wird.

Aus der EP-0 124 038 A1 ist es bekannt, Zementmaterial aus Industrieschlämmen hauptsächlich organischer oder anorganischer Zusammensetzung herzustellen. Hierbei werden die Schlämme nicht näher definierter Zusammensetzung (inklusive kommunaler Abwässer) mit Zementmaterial in Pulverform gemischt, anschließend granuliert oder pelletisiert. Es werden im Hinblick auf den späteren Einsatz in der 2

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Zementindustrie die für die Zementzusammensetzung wesentlichen Zementkomponenten erst zugesetzt. Es findet also eine Beimischung von als Zementkomponenten geeignet erscheinenden Stoffen zu den verschiedensten als Zementersatz bzw. Additiv eingesetzten Schlämmen mit dem Ziel statt, ein für die Zementindustrie geeignetes Klinkerprodukt zu erhalten. Dieses wird anschließend unter Zusatz von Kalziumkarbonat granuliert.

Zweckmäßig wird erfindungsgemäß das Granulat zu für die Zementherstellung eingesetztem Rohmehl gemahlen, getrocknet und anschließend gebrannt.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Granulat mit für die Zementherstellung erforderlichen Mineralstoffen, wie Kalkstein. Ton, etc., vermischt und der so gebildete Klinkeransatz gemahlen, getrocknet und anschließend gebrannt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verfahren zum Herstellen einer Eisenschmelze, bei dem Eisenerz in einer Direktreduktionszone zu Eisenschwamm reduziert, der Eisenschwamm in eine Einschmelzvergasungszone unter Zufuhr von kohlenstoffhältigem Material unter Vergasung des kohlenstoffhältigen Materials zu Reduktionsgas und unter Bildung von Schlacke eingeschmolzen wird und das Reduktionsgas in die Direktreduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als Topgas abgezogen wird, das Reduktionsgas und/oder das Topgas einer Wäsche unterzogen werden und die bei der Wäsche abgeschiedenen Schlämme nach dem Granulieren als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt werden.

Vorzugsweise werden die Schlämme vor einer Weiterbehandlung auf einen Restfeuchtegehalt von 25 bis 50 %, vorzugsweise 35 bis 40 %, entwässert. Hierdurch kann ein diesen Restfeuchtegehalt aufweisender Schlamm direkt in einen Mischgranulator aufgegeben werden. Der bevorzugte Bereich des Restfeuchtegehalts hat einen mengenmäßig günstigen Verbrauch an Branntkalk zur Folge. Ohne eine solche Entwässerung wäre zur Erzielung einer ausreichenden Granulatfestigkeit ein wesentlich höherer Verbrauch an Branntkalk notwendig.

Zweckmäßig wird den entwässerten Schlämmen Kohlestaub in einer Menge von bis zu 30 %, vorzugsweise bis zu 25 %, der entwässerten Schlammenge zugesetzt. Kohlestaub in der genannten Menge hat einen positiven Einfluß auf die Festigkeit der Granulate. Hierbei hat die Verwendung von Kohlestaub aus Entstaubungseinrichtungen einer Kohletrocknungsanlage, welche in das vorliegende Konzept zur Herstellung einer Eisenschmelze bzw. von Roheisen und/oder Stahlvorprodukten integriert ist, einen besonderen Vorteil, u.zw. aus Gründen des Umweltschutzes und der Vermeidung von Transport- und Deponiekosten für den Kohlestaub. Weiters hat das Beifügen des Kohlestaubs zum entwässerten Schlamm den Vorteil, daß die danach im Mischgranulator gebildeten Granulate einen beträchtlichen Kohlenstoffgehalt aufweisen, wobei der Kohlestaub einen wertvollen energetischen Beitrag beim Brennen der Schlämme leistet.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei die Zeichnung in schematischer Darstellung eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.

In eine als Schachtofen 1 ausgebildete Direktreduktionseinrichtung, d.h. in deren Direktreduktionszone 2, werden von oben über eine Zuleitung 3 stückige eisenoxidhältige Einsatzstoffe 4, wie stückiges Erz, gegebenenfalls zusammen mit ungebrannten Zuschlägen 5, chargiert. Der Schachtofen 1 steht mit einem Einschmelzvergaser 6 in Verbindung, in dem aus Kohlenstoffträgern und sauerstoffhältigem Gas ein Reduktionsgas erzeugt wird, welches über eine Zuleitung 7 dem Schachtofen 1 zugeführt wird, wobei in der Zuleitung 7 eine Gasreinigungs- und eine Gaskühlungseinrichtung 8, die als Wäscher ausgebildet ist, vorgesehen sind.

Der Einschmelzvergaser 6 weist eine Zuführung 9 für feste, stückige Kohlenstoffträger, gegebenenfalls mehrere Zuleitungen 10, 11 für sauerstoffhältige Gase und Zuleitungen 12, 13 für bei Raumtemperatur flüssige oder gasförmige Kohlenstoffträger, wie Kohlenwasserstoffe, sowie für gebrannte Zuschläge auf. In dem Einschmelzvergaser 6 sammelt sich unterhalb der Einschmelzvergasungszone 15 schmelzflüssiges Roheisen 16 und schmelzflüssige Schlacke 17, die über einen Abstich 18 abgestochen werden.

Die im Schachtofen 1 in der Direktreduktionszone 2 zu Eisenschwamm reduzierten stückigen Einsatzstoffe werden dem Einschmelzvergaser 6 über eine oder mehrere Leitungen 20 zugeführt, beispielsweise mittels Austragsschnecken. An dem oberen Teil des Schachtofens 1 schließt eine Ableitung 21 für das in der Direktreduktionszone 2 entstehende Topgas an. Dieses Topgas wird einer Gasreinigungseinrichtung 23, die ebenfalls als Wäscher ausgebildet ist, zugeleitet und steht danach über die Exportgasleitung 24 einer weiteren Verwendung zur Verfügung.

Die in den Wäschern 8 und 23 anfallenden Schlammwässer werden über Schlammwasser-Leitungen 25 und 26 einem Eindicker 27 und anschließend einer Entwässerungseinrichtung 28, vorzugsweise einer Dekanterzentrifuge 28, zugeführt, in der die Schlämme auf einen Restfeuchtegehalt von 25 bis 50 %, vorzugsweise von 35 bis 40 %, entwässert werden. Der entwässerte Schlamm wird einer Granulationsein- 3

AT 403 481 B richtung 29, wie einem Mischgranuiator 29, zugeführt.

In die Granulationseinrichtung 29 münden eine Branntkalk 30 zuführende Leitung 31 sowie eine Kohlefilterstaub, der aus einer Kohletrocknungsanlage 32 stammt, zuführende Leitung 33. Die in der Granulationseinrichtung 29 gebildeten Granulate werden über eine Fördereinrichtung 34 ausgetragen und unter Dach 35 gelagert. Die Granulate werden - vorzugsweise per Bahn 36 - zu einem Zementerzeuger transportiert und in weiterer Folge gemeinsam mit den als Zusatz-Ausgangsmaterial für die Zementherstellung dienenden Mineralstoffen 37, 38, wie Kalkstein, Ton, etc., gemischt und gemahlen. Hierzu werden vorzugsweise Walzenschüsselmühlen 39, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, eingesetzt. Anschließend wird der gemahlene Klinkeransatz 40 mit der Abluft 43 des Brennofens 41, der vorzugsweise als Drehrohrofen ausgebildet ist, in einem Trockner 42 getrocknet und im Brennofen 41 gebrannt.

Erfindungsgemäß ist der Schlamm aus den Wäschersystemen 8 und 23 der Eisenherstellungsanlage ausschließlich anorganischer Natur. Die Trockensubstanz des Schlammes weist eine definierte Zusammensetzung auf, wobei neben Kohlenstoff als Hauptkomponenten die vier Zementklinker bildenden Oxide (CaO, MgO, Fe2 Os, AI2O3) bereits vorhanden sind. Die Granulate bilden gemeinsam mit den weiters zugesetzten Mineralstoffen den Klinkeransatz, wobei die Granulate einen wesentlichen Bestandteil der Zementkompo* nenten bilden und nicht nur als Füllstoff bzw. Beimengung dienen. Der leicht basische pH-Wert, die Restfeuchtigkeit von ca. 20 % und die Korngröße der Granulate bedürfen im Hinblick auf die weiteren Verarbeitungsschritte, wie Mahlen und Vortrocknen mit Abluft des Brennofens 41, keiner Korrektur mehr.

Nachstehendes Ausführungsbeispiel erläutert die erfindungsgemäße Vorgangsweise: ln einer Anlage zum Reduzieren von Eisenerz mit Reduktionsgas fallen in Wäschern Schlämme an, welche auf einen Restfeuchtigkeitsgehalt von ca. 40 % teilentwässert und nach Zugabe von Kohlenstoffstaub aus Filtern von Entstaubuungsanlagen mit Hilfe von Branntkalk granuliert werden.

Die Granulate haben einen durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt von ca 20 %, sie haben folgende typische Zusammensetzung (trocken):

Kohlenstoff ca. 33 % Calciumoxid ca. 23 % Eisenoxide ca. 20 % Siliciumoxid ca. 7 % Aluminiumoxid ca. 4 % Metalloxide Rest

Die Granulate werden erfindungsgemäß einer Drehrohrofenanlage zur Herstellung von Zementklinker zugeführt.

Bei der Zementhersteliung wird die Beziehung der vier klinkerbildenden Oxide durch den hydraulischen Modul (HM) beschrieben. HM = _CaO Si02 + AljOj + FcjOj = 1,7-23

Zemente guter Festigkeit haben einen hydraulischen Modul von ca. 2.

Zemente mit HM < 1,7 Weisen meistens ungenügende Festigkeit auf, bei HM > 2,3 sind die Zemente meist nicht volumenbeständig.

Bei einer roheisenerzeugenden Anlage mittlerer Größe mit einer Kapazität von ca. 80 t/h Roheisen fallen ca. 8 t/h Granulate (trocken) an.

Demgegenüber werden bei der Zementherstellung in einer Drehrohrofenanlage mittlerer Größe ca. 70 t/h Klinker gebrannt.

Ausgehend von einem hydraulischen Modul von 2 eines gegebenen Klinkeransatzes ergibt sich bei Zuführung der Granulate mit der angegebenen Zusammensetzung und in den angeführten Mengen ein hydraulischer Modul von ca. 1,9 (innerhalb der Schwankungsbreite).

Durch erhöhte Zufuhr von CaO zum Klinkeransatz kann, wenn erforderlich, der hydraulische Modul wieder dem Wert 2 angenähert werden.

Die Erfindung läßt sich im speziellen bei jenen Eisenherstellungsverfahren anwenden, bei denen das Reduktionsgas aus Kohlegas gebildet wird, da hierbei der für das erfindungsgemäße Verfahren notwendige 4

Claims (6)

1. AT 403 481 B Kohlestaub ohnehin als Nebenprodukt anfällt. Est ist jedoch grundsätzlich unerheblich, ob das Reduktionsgas in einem Einschmelzvergaser 6, wie oben beschrieben, oder in einem speziellen Kohlevergaser, der ausschließlich zur Erzeugung von Reduktionsgas dient, oder aus Erdgas gebildet wird. Auch ist es unerheblich, ob die Direktreduktion des Eisenerzes 4 im Wirbelschichtverfahren in einem oder in mehreren 5 hintereinander angeordneten Wirbelschichtreaktoren oder, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben, in einem Schachtofen 1 stattfindet Patentansprii che 70 75 1. Verfahren zum Verwerten von beim Reduzieren von Eisenerz mit einem Reduktionsgas anfallenden und hierbei in einem Wäscher in Form von Schlämmen abgeschiedenen Stäuben, dadurch gekennzeichnet, • daß die Schlämme zunächst auf einen Restfeuchtegehalt entwässert werden, • daß danach den Schlämmen Kohlestaub und als Bindemittel Branntkalk (30) zugesetzt werden, • daß die Schlämme anschließend granuliert werden und • daß das so gebildete Granulat als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat zu für die Zementherstellung eingesetztem Rohmehl gemahlen, getrocknet und anschließend gebrannt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat mit für die Zementherstellung erforderlichen Mineralstoffen (37, 38), wie Kalkstein, Ton, etc., vermischt und der so gebildete Klinkeransatz (40) gemahlen, getrocknet und anschließend gebrannt wird.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Verfahren zum Herstellen einer Eisenschmelze, bei dem Eisenerz (4) in einer Direktreduktionszone (2) zu Eisenschwamm reduziert, der Eisenschwamm in eine Einschmelzvergasungszone (15) unter Zufuhr von kohlenstoffhältigem Material unter Vergasung des kohlenstoffhältigen Materials zu Reduktionsgas und unter Bildung von Schlacke (17) eingeschmolzen wird und das Reduktionsgas in die 30 Direktreduktionszone (2) eingeleitet, dort umgesetzt und als Topgas abgezogen wird, das Reduktionsgas und/oder das Topgas einer Wäsche unterzogen werden und die bei der Wäsche abgeschiedenen Schlämme nach dem Granulieren als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt werden.
5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die 35 Schlämme vor einer Weiterbehandlung auf einen Restfeuchtegehalt von 25 bis 50 %, vorzugsweise 35 bis 40%, entwässert werden.
6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß den entwässerten Schlämmen Kohlestaub in einer Menge von bis zu 30 %, vorzugsweise bis zu 25 %, der 40 entwässerten Schlammenge zugesetzt wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 45 SO SS 5