AT405645B

AT405645B - Verfahren zum herstellen von isolierwolle

Info

Publication number: AT405645B
Application number: AT0056397A
Authority: AT
Original assignee: Holderbank Financ Glarus
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 1999-10-25
Also published as: HUP0000828A3; WO1998045215A3; ATA56397A; NO985561D0; NO985561L; JP2000511509A; EP0912454A2; HUP0000828A2; WO1998045215A2; CZ379398A3

Description

AT 405 645 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Hezstellung von Isolierwolle und insbesondere auf ein Verfahren, mit welchem es gelingt, Restschlacken und Abfallschlacken, deren Entsorgung bisher relativ aufwendig war, in besonders einfacher Weise einer neuen Verwendung zuzuführen.

Stanlschlacken, wie beispielsweise LD-Schlacken, weisen üblicherweise eine hohe Basizität auf. Ca0/Si02, die Schlackenbasizität, liegt bei Stahlschlacken üblicherweise nahe 3, wobei derartige Stahlschlacken in der Regel auch relativ hohe Eisenoxidgehalte im Ausmaß von 20 bis 25 Gew.% enthalten können. Auch der Al203-Gehalt ist gering, sodaß sich derartige Schlacken aus vielen Gründen nicht für die Herstellung von Isolierwolle eignen. Für Isolierwolle wurde bisher üblicherweise Basalt eingesetzt und um günstige thermische Isolationswerte und eine einfache Verarbeitung sicherzustellen, müssen die Ausgangsprodukte für die Herstellung von Isolierwolle eine Schlackenbasizität aufweisen, welche weit unter 1 liegt. Für Stahlwerksschlacken ebenso wie für Hochofenschlacken wurde bisher als Entsorgung in erster Linie vorgeschlagen, entsprechende Gemische mit anderen Schlacken herzustellen, welche in der Folge für die Klinkerherstellung, und insbesondere für die Herstellung von Zementzuschlagsstoff Verwendung finden konnten. Müllverbrennungsschlacken, wie sie durch vollständige Oxidation von Haushaltsmüll oder von beim Shreddern von Autos anfallender Shredderleichtfraktion (RESH) entstehen, enthalten üblicherweise Si02 in Mengen von über 40 Gew.%, Al203 in Mengen von 7 bis 10 Gew.% und CaO in Mengen von 10 bis 15 Gew.%. Neben diesen erwähnten Bestandteilen sind in Müllverbrennungsschlacken allerdings mehr oder minder hohe Anteile von Nichteisenmetalloxiden sowie Fe203 in Mengen von etwa 10 Gew.% vorhanden. Müllverbrennungsschlacken sind als saure Schlacken anzusprechen, wobei der bisherige Vorschlag, derartige Schlacken weiter zu verwenden sich darauf beschränkte, die sauren Schlacken der stark basischen Stahlschlacke zur Erzielung einer synthetischen Hochofenschlacke beizumengen. Müllverbrennungsschlak-ken können aber in der Regel nicht unmittelbar eingesetzt werden, und es wurde bereits vorgeschlagen, Müllverbrennungsschlacken für ihre Verwendung bei der Mischzementherstellung nach der vollständigen Oxidation einer Reduktion zu unterwerfen, um insbesondere die zu hohen Anteile an Chrom, Zink, Nickel, Kupfer und teilweise auch zu hohe Eisenoxidanteile entsprechend zu reduzieren. Eine derartige, von Nichteisenmetallen befreite Schlacke stellt eine günstige Ausgangsschlacke für die Herstellung von Isolierwolle dar, und die Erfindung zielt insbesondere darauf ab, die relativ hohen Mengen derartiger saurer Schlacken einer sinnvollen und neuen Verwendung zur Herstellung von Isolierwolle zuzuführen.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß flüssige saure Schlacken, wie z.B. Müllschlacken, Schlacken aus der Verbrennung von Shredderleichtfraktion (RESH) oder Schlacken aus der NE-Metallurgie mit einer Basizität Ca0/Si02 zwischen 0,15 und 0,5 und einem Al203-Gehalt von 10 bis 25 Gew.% sowie 2 bis 15 Gew.% Eisenoxiden bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlacke über ein Schleuderrad und/oder mit Gas oder Dampf getriebene Strahldüsen geleitet und anschließend kontrolliert gekühlt werden. Neben Müllschlacken bzw. Schlacken aus der Verbrennung von Shredderleichtfraktion (RESH) haben vor allen Dingen Schlacken aus der Nichteisenmetallurgie die günstigsten Voraussetzungen in bezug auf die Basizität, wobei diese Schlacken in aller Regel in einem ersten Verfahrensschritt einer an sich bekannten Schlackenreduktion unterworfen werden, um Nichteisenmetalle entsprechend zu reduzieren. Nach Einstellung der geforderten Basizität zwischen 0,15 und 0,5 und Einstellen des geforderten Al203-Gehaltes sowie ggf. der Einstellung des Eisenoxidgehaltes lassen sich derartige Schlacken nun unmittelbar in der entsprechenden Weise in Form von Fasern oder Wolle verspinnen, wobei hier die Schlacke über ein Schleuderrad und/oder eine mit Gas oder Dampf getriebene Strahldüse geleitet und anschließend erstarrt wird.

Hohe Mengen an Abfallschlacke können auf diese Weise einer wirtschaftlichen Verwendung zugeführt werden, wobei die Voraussetzung für die wirtschaftliche Verwendbarkeit zunächst darin zu erblicken ist, daß eine hinreichend saure Schlacke vorliegt, deren Reduktion unmittelbar ein hinreichend reines Produkt ergibt, welches sich in der Folge durch einfache Mischschritte auf die gewünschte Zusammensetzung für die Herstellung von Isoiierwolle einstellen läßt.

Mit Vorteil wird erfindungsgemäß die Schlackenbasizität zwischen 0,2 und 0,4 gewählt, um die Verarbeitung zu Fasern oder Isolierwolle zu erleichtern ("Endlos-Faser-Bildung").

Um die Einstellung der gewünschten Zusammensetzung für die Herstellung der Isolierwolle zu erleichtern und insbesondere das Verfahren auch an anderen Orten als Müllverbrennungs- oder nichteisenmetallurgischen Anlagen wirtschaftlich durchführen zu können, wird mit Vorteil die vorreduzierte, flüssige saure Schlacke zunächst in Stangen oder Brammen erstarrt und auf Stücke mit 50 bis 150 mm Kantenlänge zerkleinert. Derartige stückige Schlacke kann in der Folge aufgeschmolzen und auf den jeweilig für die Zusammensetzung der Steinwolle geforderten Gehalt von CaO, Al203 und/oder Eisenoxiden gebracht werden, sodaß die Herstellung der Isolierwolle nicht notwendigerweise unmittelbar an die Orte gebunden ist, an welchen die flüssige Schlacke anfällt. 2

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In besonders vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren hierbei so durchgeführt, daß die sauren Schlacken auf eine Zusammensetzung von 40 bis 55 Gew.% Si02, 10 bis 20 Gew.% CaO, 10 bis 20 Gew.% Al203, Rest Eisenoxide und übliche Verunreinigungen, eingestellt werden. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß Schlacken mit dieser geforderten Zusammensetzung bei der Verarbeitung zu Isolierwolle nicht nur ein hohes Maß an Reinheit und Unbedenklichkeit sondern auch die gewünschte Isolationseigenschaft gewährleisten, sodaß große Mengen an Abfallstoffen sicher und wirtschaftlich entsorgt werden können.

Zur Herstellung der Isolierwolle kann mit Vorteil so vorgegangen werden, daß das Schleuderrad mit 300 bis 600 min'1 und einem Durchmesser von 400 bis 800 mm betrieben wird bei spezifischen Schlackeflüssen zwischen 0,5 und 2 t/h. Alternativ können flüssige Schlacken mit Wasser, Wasserdampf und/oder Luft-Wassergemischen vermischt und das verdampfte Wasser gemeinsam mit der erstarrenden Schlacke über Düsen ausgestoßen werden.

Die gewünschte günstigste Zusammensetzung für die saure Ausgangsschlacke, welche in der Folge zu Wolle aufgearbeitet wird, kann in einfacher Weise auch dadurch hergestellt werden, daß den schmelzflüssigen Schlacken Basalt in Mengen von 5 bis 50 Gew.% beigemengt wird.

Die Abtrennung von Kupfer, Nickel, Chrom, Zink, Blei und anderen Schadstoffen aus Müllverbrennungsschlacken oder Schlacken aus der Nichteisenmetallurgie gelingt in besonders einfacher Weise in einem Metallbadreaktor, wobei beispielsweise Eisenbadreaktoren eingesetzt werden können. Die in einem derartigen Reaktor erzielte Reduktion reduziert die jeweils oxidisch vorliegenden Metalloxide zu Metallen, sodaß Metalllegierungen gewonnen werden und eine hochreine saure Schlacke gewonnen wird, welche unmittelbar für die Herstellung von Isolierwolle Verwendung finden kann. Bei entsprechender Reduktion des Eisengehaltes auf Werte unter 10 Gew.% wird in der Regel unmittelbar eine geeignete Zusammensetzung in bezug auf Si02, CaO und FeO aus Müllschlacken erzielt. Die erforderlichen Einstellungen beschränken sich in aller Regel auf eine CaO und Al203)-Zugabe, da die gewünschte Schlackenbasizität unmittelbar vorliegt. Zur Einstellung der gewünschten Basizität kann aber auch leicht basische Hochofenschlacke in kleinen Mengen zugesetzt werden. Hochofenschlacken weisen wesentlich geringere Basizität als Stahlschlacken auf, sodaß die Beimengung von geringeren Mengen an Hochofenschlacke immer noch eine hinreichend saure Schlacke ergibt.

Neben RESH- und Müllverbrennungsschlacken lassen sich folgende Ausgangsschlacken mit nachfolgender Richtanalyse besonders vorteilhaft verwenden:

Herkunft SiOa FeO CaO AI2O3 MgO Cu Zn Pb s Ni Co Bleischlacken 29,0 36,08 11,70 4,60 1,85 0,41 8,40 1,58 1,50 - - Cu-Flammofen 35,0 43,7 6,0 4.0 1,0 0,95 3,0 - - - - Cu-Schacht 24, 45, 11, 6, 4, 0, 4, 0,1 2, - - ofen 01 78 21 84 12 67 22 21 Cu-Konverter 25,6 62,5 1,8 0,9 1,4 2,63 - - 1,1 - - Outukumpo 30,3 53,5 1,91 - 3,85 0,64 4,24 - - - - Ni-Konverter 32,1 55 2,8 5,7 1,7 0,2 0,1 - 1,5 0,4 0,2

Im Rahmen eines Ausführungsbeispieles wurde Kupferschachtofenschlacke in schmelzflüssiger Form mit der nachfolgenden Zusammensetzung unmittelbar im Anschluß an den Schachtofen verarbeitet. Schlak-kenzusammensetzung der schmelzflüssigen Kupferschlacke: 3

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Si02 29,9 AI2O3 6,1 Fe203 48,4 CaO 6,45 MgO 2,4 Ca0/Si02 0,22 Σΐ = 93,25 Gew.% SO3 0,50 K20 0,13 Na20 0,64 T1O2 0,36 M112O3 0,35 P2O5 0,27

Buntmetall ppm Cn 11000 Pb 6800 Zn 3760 Σ2 2,25 Gew.% Σ3 2,16 Gew.% zusammen 97,66 Gew.%, Rest Analysenfehler bzw. unbestimmte Verunreinigungen.

Zur Erhöhung des Al203-Gehaltes wurden zerkleinerte Gebrauchtkatalysatoren in einem Ausmaß von 25 Gew.% zugesetzt. Die Entstickungskatalysatoren hatten folgende chemische Zusammensetzung: S1O2 0,34 AI2O3 26,1 Fe203 35,1 CaO 2,6 MgO 20,1 S03 5,4 K20 0,01 Ti02 0,65 ΜΠ2Ο3 0,34 P2Os 0,06 Total 90,98 4

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Rest übliche Verunreinigungen und Schwermetalle

An Schwermetallen waren nachfolgende Metalle vertreten:

Cd 3,4 ppm Cr 2350 ppm Cu 14600 ppm Ni 830 ppm Pb 1770 ppm Zn 640 ppm Sn 62 ppm -> Pt 8950 ppm

In einem weiteren Versuch wurden aluminiumhaltige Schleifstäube aus der Motorenfertigung eingesetzt, welche nachfolgende chemische Analyse aufwiesen:

Eisen 35 % Aluminium 5 Nickel 0,24 Zink 0,013 Kupfer 0,15 Mangan 0,20 Chrom 2,2 % -> Korund (Al203) 52! % Cristoballit (Si02) 0,43 Quarz (Si02) 0,61 Kohlenwasserstoffe 4,5

Durch Einsatz von Schleifstäuben dieser Zusammensetzung in einer Menge von etwa 10 Gew.% konnten die gewünschte Basizität und der gewünschte AI203*Gehalt eingestellt werden, wobei die Faserherstellung mit einer Dampfdüse durchgeführt wurde. Für die Herstellung von Isolierwolle wurde auch Schlacke aus RESH eingesetzt. RESH verfügt über einen relativ hohen Heizwert von 10000 bis 16000 kü/kg, da in RESH ein hoher Anteil organischer Substanzen, wie beispielsweise Altöle, Kunstoff, Holz od.dgl., enthalten ist. RESH enthält allerdings in hohem Maße toxische Schwermetallverbindungen und insbesondere Kupfer, Zink und Blei. Aufgrund des hohen Heizwertes kann beim Aufschmelzen derartiger Shredderleichtfraktionen ein etwa gleich großer Anteil an Basalt mit eingeschmolzen werden, wobei die geforderten Additive zur Einstellung der Basizität und des Aluminiumoxidgehaltes mitverschlackt werden können. Kalkstein kann aufgrund der hohen Temperaturen unmittelbar als Kalziumkarbonat zugegeben werden und wird beim Einschmelzen gleichzeitig kalziniert.

Entschrotteter RESH enthält typisch 44 Gew.% anorganische Anteile und 56 Gew.% brennbare Anteile sowie Wasser. Eine typische RESH-Analyse wird nachfolgend angegeben: 5

AT 405 645 B RESH-Analyse (Anorganika) Komponente Anteil (%) Si02 53 CaO 15 AI2O3 13 Fe203 5 Na20 3,5 K20 2,3 MgO 2 Pb 0,1 cg 0 i- 1 MnO 0,2 Zn 0,5 S03 0,1 P 0,7 Cu 1,5 Ni 0,1 C1 2

Derartiger RESH wurde in einem Einschmelzoxidationsreaktor oxidierend geschmolzen, sodaB alle Metalle verschlackt und Schwefel- und Chloridverbindungen der Schwermetalle entweder in Oxidverbindungen umgewandelt oder unmittelbar über das Abgas abgezogen wurden.

Die oxidierte Schlackenschmelze wurde anschließend in einem Eisen-Nickelbadreaktor weiterbehandelt, wobei alle Metalle, die edler als Eisen sind, in das Metallbad reduziert wurden. Eisen, welches in der Schlacke verbleibt, liegt zweiwertig vor und ist in der fayalitischen Schlacke gelöst.

Die Ausbildung dieser fayalitischen Schlacke führt zu einer wesentlichen Herabsenkung des Schmelzpunktes und damit einer wesentlichen Verbesserung des Schlackenhandlings. Die Schlackenschmelze wurde anschließend mit einer Dampfdüse zu Isolierwolle versponnen und konventionell zu Isoliermatten weiterverarbeitet. Diese Fasern können z.B. als "Filament" (Endlosfasern) texturiert und zu Matten verwebt werden. Es können aber auch "Stapelfasern" hergestellt werden, die anschließend konventionall versponnen werden. Als dritte vorteilhafte Möglichkeit steht die Herstellung von Vlies-Matten im Vordergrund. Da das erhaltene Material keine freie Kieselsäure enthält, da Si02 im Fayalit abgebunden ist, ist die entstandene Isolierfaser physiologisch unbedenklich. Der Wasserdampf, welcher beim Spinnvorgang eingesetzt wird, führt zu einer porösen glasartigen Struktur der Faser, wodurch besonders gute Isoliereigenschaften erzielt wurden.

Die hergestellten Isoliermatten wiesen bis ca. 800 * C hervorragende Wärmedämmeigenschaften, wobei die Matten auch feuerhemmende Eigenschaften besitzen. Die Matten eignen sich auch für Tieftemperaturisolation.

Eine sehr vorteilhafte weitere Verwendungsmöglichkeit besteht darin, das gereckte Endlosgarn (Filament) auf Spezialwebmaschinen zu Feuerfest-Geweben zu verarbeiten. Diese Gewebe werden anschließend z.B. in Vakuum und bei erhöhter Temperatur mittels metallischem Aluminium bedampft (beschichtet). Derartige Gewebe werden z.B. als Feuerschutzbarrieren (Feuerwehrschutzanzüge, Schläuche etc.) mit Vorteil eingesetzt.

Auch als Hochtemperatur-Filtermaterial für die Staubabscheidung bei Gastemperaturen bis 800* C kann das beschriebene Material verwendet werden. 6

Claims

AT 405 645 B Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von Isolierwolle, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige saure Schlacken, wie z.B. Müllschlacken, Schlacken aus der Verbrennung von Shredderleichtfraktion (RESH) oder Schlacken aus der NE-Metallurgie mit einer Basizität Ca0/Si02 zwischen 0,15 und 0,5 und einem Al203-Gehalt von 10 bis 25 Gew.% sowie 2 bis 15 Gew.% Eisenoxiden bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlacke über ein Schleuderrad und/oder mit Gas oder Dampf getriebene Strahldüsen geleitet und anschließend kontrolliert gekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenbasizität zwischen 0,2 und 0,4 gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen sauren Schlacken in Stangen oder Brammen erstarrt und auf Stücke mit 50 bis 150 mm Kantenlänge zerkleinert werden und daß die für die Herstellung der Isolierwolle geforderte Zusammensetzung beim Aufschmelzen zugesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sauren Schlacken auf eine Zusammensetzung von 40 bis 55 Gew.% Si02, 10 bis 20 Gew.% CaO, 10 bis 20 Gew.% Al203, Rest Eisenoxide und übliche Verunreinigungen, eingestellt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleuderrad mit 300 bis 600 min-1 und einem Durchmesser von 400 bis 800 mm betrieben wird bei spezifischen Schlackeflüssen zwischen 0,5 und 2 t/h.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige Schlacken mit Wasser, Wasserdampf und/oder Luft-Wassergemischen vermischt und das verdampfte Wasser gemeinsam mit der erstarrenden Schlacke über Düsen ausgestoßen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den schmelzflüssigen Schlacken Basalt in Mengen von 5 bis 50 Gew.% beigemengt wird. 7