DE102021126267A1

DE102021126267A1 - Verfahren zur thermischen Behandlung und Kompaktierung von kohlenstoffhaltige Verunreinigungen aufweisenden Feinglasscherben, Filterfeinstäuben und Sekundärrohstoffen

Info

Publication number: DE102021126267A1
Application number: DE102021126267.4A
Authority: DE
Inventors: Khaled Al Hamdan
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2021-10-11
Filing date: 2021-10-11
Publication date: 2023-04-13

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist Verfahren zur Verwertung eines Feinscherbengemisches, welches mindestens Feinscherben und Verunreinigungen, enthaltend Kohlenstoff, umfasst mit den Schritten,- Thermische Behandlung des Feinscherbengemischs bei 100 bis 1000°C, wobei die kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen zersetzt und/oder oxidiert werden und der Kohlenstoff in Form von Abgas ausgetragen wird, zum Erhalt eines Feinscherbengemischs mit reduziertem Kohlenstoffgehalt,- Kompaktierung des Feinscherbengemischs zum Erhalt eines Feinscherbengemischs in Form von Feinscherbenbriketts.

Description

Die Verwertung von alten Gläsern und/oder Glasabfällen gewinnt in Zeiten der Rohstoffknappheit und des nachhaltigen Wirtschaftens zunehmend an Bedeutung.
Glasabfälle aus Haushalt und Industrie werden dabei zur Herstellung neuer Gläser aufgearbeitet und verwendet. Das entsorgte Glas wird dafür zerkleinert und weiterverarbeitet.
Die meisten Betriebe setzen grobe Glasscherben mit einer Partikelgröße von > 1 bis 2 cm bei der Glasherstellung ein, um Staub zu vermeiden. Bei der Scherbenaufbereitung fallen jedoch auch ca. 10 % Feinscherbenanteil mit Korngröße <500 µm an, d.h. es fallen in Deutschland jährlich ca. 0,3 Mill t und in Europa ca. 0,96 Mill t Feinscherben an. Diese würden, wenn in der Glasherstellung mit eingesetzt, zu erheblichen Verstaubungs-, Homogenitäts- und Schaumprobleme im Glasschmelzprozess verursachen. Außerdem hätten Feinscherben durch Förderung der Schaumbildung indirekte den Effekt der Erhöhung des Energieverbrauchs und eine Verkürzung der Lebenszeit der Glasschmelzwanne und der Regeneratoren zur Folge. Feinscherben werden deshalb vor dem Einsatz der Glasabfälle von den groben Glasscherben abgetrennt. Bisher sind keine effizienten Verfahren zur Nutzung dieser Feinscherben bekannt, sodass diese oft in minderwertigen Produkten verarbeitet oder ungenutzt deponiert werden müssen.
Ein weiteres Problem der Feinscherben, ist neben ihrer geringen Korngröße, ein hoher Grad Verunreinigungen, meist organisch - chemischer Natur, die an den Scherben haften und schwer zu entfernen sind. Würden diese Verunreinigungen im Glasherstellungsprozess anwesend sein, würde dies zu einer wesentlichen Veränderung von Redoxgleichgewicht und damit verbunden der Läuterung und Farbqualität der Schmelze führen.
Forschungsvorhaben bemühen sich deshalb, Verfahren zu entwickeln, um auch Feinscherben im Glasherstellungsprozess einzubinden, ohne dass diese die o.g. negativen Effekte verursachen.
Unabhängig vom Einsatz von Feinscherben, ist die Bildung von Rohstofffeinstäuben mit Partikelgrößen < 500 µm, insbesondere < 300 µm, bei der Glasherstellung äußerst unvorteilhaft. Diese Feinstäube bilden sich beim Einlegen der Rohstoffe, wie beispielsweise Soda oder Natriumsulfat, in den Glasherstellungsprozess. Diese Rohstofffeinstäube werden mit dem Abgas ausgetragen und in Filtern gesammelt. Da die Rohstoffe, wie beispielsweise Soda, synthetisch und mit hohem Energieaufwand hergestellt werden müssen, bedeutet eine Entsorgung dieser Stäube auf der Deponie einen erheblichen Rohstoff und Energieverlust und eine Umweltbelastung. Eine Wiederverwendung der Filterfeinstäube durch Einsatz in der Glasschmelze ist wiederum mit enormen Schwierigkeiten, wie beispielsweise eine Verkürzung der Lebenszeit der Glasschmelzwanne, verbunden. Damit werden auch indirekt die Herstellungskosten des Glases erhöht.
Weiterhin können auch viele, für die Herstellung von Glas benötigte, Sekundärrohstoffe, wie beispielsweise Sande, aufgrund ihrer feinen Partikelgröße nicht in der Glasherstellung eingesetzt werden. So fallen beispielsweise durch Produktionsvorgänge in der Gießereiindustrie allein in Deutschland 460 000 t Gießerei-Restsand, auch Gießereiverbrauchssand pro Jahr an, der u.a. mit kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen, wie Glanzkohlenstoffbildnern, Graphit und/oder Steinkohlenstaub, belastet ist. Die Kosten für deren Entsorgung sind in den vergangenen Jahren stark gestiegen, so dass die Wiederverwertung in den Fokus rückt.
Es gibt bereits Ansätze, Feinscherben und andere kleinste Partikel in Glasschmelzprozessen einzusetzen, vorausgesetzt, dass diese mit der Glaszusammensetzung kompatibel sind.
So können sie beispielsweise bei der Herstellung von Schaumglas eingesetzt werden. Der Bedarf ist allerdings sehr gering.
DE 1496396B offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Glas durch Glasschmelzen, wobei beim Schmelzen von Glassorten mit einem Gehalt an leicht flüchtigen Elementen, wie Arsen, Antimon, Schwefel, Selen und/oder Tellur, diese in möglichst hohem wirksamem Anteil im Glas verbleiben, um ihre Exposition in die Umwelt zu vermeiden. Dies geschieht, indem man pulverisierten Glasbruch mit Arsen, Antimon, Schwefel, Selen oder Tellur in einem Verhältnis von 0,05 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge Glasbruch, vermischt, das Gemisch preßt und den Preßling bei einer Temperatur zwischen 500 und 1200° C sintert und das Sinterprodukt zusammen mit dem gewünschten Material des Rohglases in einen Schmelzofen eingibt.
EP2528872 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Glas aus Glasrohstoffen und Scherben aufweisend die Schritte: Bereitstellen der Glasrohstoffe in Form eines Gemenges, Zerkleinern der Scherben zu Feinscherben, Mischen des Gemenges und der Feinscherben zu einem Standardgemenge; Agglomerieren des Standardgemenges.
Ein Forschungsprojekt aus Italien (MEIGLASS - siehe https://ec.europa.eu/environment/ecoap/about-eco-innovation/good-practices/italy/494_de) entwickelte ein Verfahren zur Entfernung organischer Verunreinigungen von Glasabfällen. Das Verfahren nutzt die Schwimmaufbereitung zur Aussortierung von Kunststoff (insbesondere Post-Consumer-Kunststoff), wenn das aufzubereitende Glas in Wasser suspendiert wird. Die Reinigung der Glasscherben mit Wasser ist jedoch äußerst kosten- und energieaufwändig und im Großindustriellen Maßstab nicht effizient durchführbar. Zudem löst das Verfahren das Problem der mangelnden Verwertbarkeit der Feinglasscherben und Filterstäube nicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren bereitzustellen, um den Einsatz von verunreinigten Feinscherben und ggf. Rohstofffeinstäuben für die Glasherstellung zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verwertung eines Feinscherbengemisches, welches mindestens Feinscherben und Verunreinigungen, enthaltend Kohlenstoff, umfasst, mit den Schritten

- Thermische Behandlung des Feinscherbengemischs bei 100 bis 1000°C, wobei die kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen zersetzt und/oder oxidiert werden und der Kohlenstoff in Form von Abgas ausgetragen wird, zum Erhalt eines Feinscherbengemischs mit reduziertem Kohlenstoffgehalt,
- Kompaktierung des Feinscherbengemischs zum Erhalt eines Feinscherbengemischs in Form von Feinscherbenbriketts.

Die beiden erfindungsgemäßen Verfahrensschritte sind in ihrer Reihenfolge vertauschbar, sodass in Ausführungsformen das Verfahren in einer Variante (i) und/oder Variante (ii) durchführbar ist,
wobei in Variante i) die Schritte in der Reihenfolge erst a), dann b) erfolgen, wobei gilt:

a) Thermische Behandlung des Feinscherbengemischs bei 100 bis 1000°C, wobei die kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen zersetzt und/oder oxidiert werden und der Kohlenstoff in Form von Abgas ausgetragen wird, zum Erhalt eines vorbehandelten Feinscherbengemischs mit reduziertem Kohlenstoffgehalt,
b) Kompaktierung des vorbehandelten Feinscherbengemischs zum Erhalt von Feinscherbenbriketts mit reduziertem Kohlenstoffgehalt,

c) Kompaktierung des Feinscherbengemischs zum Erhalt von Feinscherbenbriketts,
d) Thermische Behandlung der Feinscherbenbriketts bei 100 bis 1000°C wobei die kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen zersetzt und/oder oxidiert werden und der Kohlenstoff in Form von Abgas ausgetragen wird, zum Erhalt von Feinscherbenbriketts mit reduziertem Kohlenstoffgehalt.

Erfindungsgemäß wird im Verfahren ein Feinscherbengemisch verwertet. Im Sinne der Erfindung sind Feinscherben feine Glasscherben bzw. Glaspartikel mit Partikelgrößen < 500 µm, bevorzugt < 250 µm. Dem Fachmann sind verschiedene Zusammensetzungen für Glas bekannt.
In Ausführungsformen stammen die Feinscherben aus Glasrecycling-Prozessen und/oder der Glasscherbenaufbereitung. In Ausführungsformen werden die Feinscherben durch dem Fachmann bekannte Trennverfahren von gröberen Glasscherben abgetrennt. In Ausführungsformen werden die Feinscherben durch Vermahlen größerer Glasscherben hergestellt.
Erfindungsgemäß umfasst das Feinscherbengemisch weiterhin Verunreinigungen, mindestens enthaltend Kohlenstoff.
Im Sinne der Erfindung bedeutet Verunreinigungen, Verbindungen, die dem Feinscherbengemisch nicht extra zugegeben werden, sondern die beispielsweise aus der vorangegangenen Verwendung des Glases, z.B. als Lebensmittelbehältnis, Verbundglas, Flachverbundsicherheitsglas oder Schutzglas resultieren.
In Ausführungsformen ist der Kohlenstoff organischer Kohlenstoff bzw. in organischen Verbindungen gebundener Kohlenstoff. Im Sinne der Erfindung bedeutet organischer Kohlenstoff, dass dieser organisch gebunden ist bzw. in organischen Verbindungen enthalten ist. Organische Verbindungen sind dem Fachmann bekannt.
In Ausführungsformen sind die Verunreinigungen ausgewählt aus Lebensmittdresten, Polymeren, Klebstoffen Papier, organischen Farbstoffen und/oder Mischungen dieser.
In Ausführungsformen ist der Kohlenstoff anorganischer Kohlenstoff, das heßt in anorganischen Verbindungen gebundener Kohlenstoff. Anorganische Verbindungen sind dem Fachmann bekannt.
In Ausführungsformen enthält das Feinscherbengemisch zusätzlich Verunreinigungen anorganischen Ursprungs, beispielsweise keramische Reste.
In Ausführungsformen beträgt der Massenanteil an Verunreinigungen an der Gesamtmasse der Feinscherben 0,1 bis 10 %, insbesondere 1 bis 5 %.
In Ausführungsformen beträgt der CSB zur Oxidation des im Feinscherbengemisch vorhandenen Kohlenstoffs 500 bis 45000 mg/kg O₂ Feinscherben inklusive Verunreinigungen. Unter CSB versteht man den Chemischen Sauerstoffbedarf (engl. - COD), das heißt, die Menge an Sauerstoff, der zur Oxidation des gesamten im Feinscherbengemisch vorhandenen Kohlenstoffs benötigt wird
In Ausführungsformen enthält das Feinscherbengemisch zusätzlich mindestens eine Art Rohstofffeinstaub. Dies bedeutet, dass der Feinstaub mindestens eines Rohstoffs bzw. mindestens einer Art Rohstoff, der zur Glasherstellung eingesetzt wird, im Feinscherbengemisch enthalten ist. Rohstofffeinstaub umfasst Partikel des oder der Rohstoffe.
In Ausführungsformen beträgt die Partikelgröße der Rohstoffpartikel im Rohstofffeinstaub < 500 µm, bevorzugt < 200 µm.
In Ausführungsformen ist der Rohstoff bzw. die Art Rohstoff ausgewählt aus Soda, Quarz, Natriumsulfat, Kalk, Dolomit und/oder Mischungen dieser. In Ausführungsformen handelt es sich bei dem Rohstofffeinstaub um eine Mischung aus mindestens zwei verschiedenen Arten von Rohstoff bzw. mindestens zwei verschiedene Rohstoffe.
In Ausführungsformen handelt es sich bei dem Rohstofffeinstaub um Filterstaub, das heißt, der Staub des mindestens einen Rohstoffs oder der mindestens einen Art Rohstoff wird aus Filtern gewonnen, die beim Glasherstellungsprozess zum Einsatz kommen. Dem Fachmann sind Verfahren zur Gewinnung der Rohstofffeinstäube aus Filtern, beispielsweise Herauskratzen, bekannt.
In Ausführungsformen beträgt der Massenanteil des Rohstofffeinstaubs 1 bis 25 %, insbesondere 2 bis 15% der Gesamtmasse des Feinscherbengemischs.
In Ausführungsformen werden dem Feinscherbengemisch pro 100 g Feinscherben (inklusive Verunreinigungen) 1 bis 25 g, insbesondere 2 bis 15 g Rohstofffeinstaub beigemischt.
In Ausführungsformen enthält das Feinscherbengemisch zusätzlich mindestens einen Sekundärrohstoff umfassend kohlenstoffhaltige Verunreinigungen.
In Ausführungsformen ist der Sekundärrohstoff ausgewählt aus mindestens einem Sand, aufweisend kohlenstoffhaltige Verunreinigungen, wobei ein Sand von einem anderen Sand verschieden hohe Anteile an kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen aufweisen kann.
In Ausführungsformen ist der Sand ausgewählt aus Altsand aus Gießereien, sogenannter Gießerei-Restsand bzw. Gießereiverbrauchtsand.
In Ausführungsformen sind die kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen des mindestens einen Sekundärrohstoffs ausgewählt aus Graphit, Glanzkohlenstoffbildnern, Steinkohlenstaub, Holzkohle, Polymeren, Harzen, Phenolen und/oder Mischungen dieser.
In Ausführungsformen beträgt die Partikelgröße des Sekundärrohstoffs < 500 µm, bevorzugt < 200 µm.
In Ausführungsformen ist der Sekundärrohstoff ausgewählt aus Rohstoffen, die für die Glasherstellung geeignet sind. Dem Fachmann sind solche Rohstoffe bekannt.
In Ausführungsformen ist der Sekundärrohstoff ausgewählt aus Gießerei-Restsand, Gießereiverbrauchtsand und/oder anderen Sanden mit kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen und/oder Mischungen dieser.
In Ausführungsformen weisen die Sekundärrohstoffe unterschiedliche Anteile an kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen auf.
In Ausführungsformen beträgt der Massenanteil des Sekundärrohstoffs 1 bis 25 %, insbesondere 2 bis 15% der Gesamtmasse des Feinscherbengemischs.
In Ausführungsformen werden dem Feinscherbengemisch pro 100 g Feinscherben (inklusive Verunreinigungen) 1 bis 25 g, insbesondere 2 bis 15 g Sekundärrohstoff beigemischt.
In Ausführungsformen umfasst das Feinscherbengemisch mindestens einen Rohstoffeinstaub und mindestens einen Art Sekundärrohstoff.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte

- Thermische Behandlung des Feinscherbengemischs und
- Kompaktierung des Feinscherbengemischs.

In Ausführungsformen erfolgen beide Schritte, also thermische Behandlung und Kompaktierung, gleichzeitig, beispielsweise in einem Drehrohrofen. Vorteilhaft wird dabei der aus den Verunreinigungen stammende Kohlenstoff oxidiert und gleichzeitig das Feinscherbengemisch kompaktiert.
Damit erhält man vorteilhaft in nur einem Arbeitsschritt Briketts aus Feinscherben mit reduzierten Verunreinigungen und reduziertem Kohlenstoffgehalt.
Vorteilhaft sind die beiden Schritte auch in verschiedenen Reihenfolgen ausführbar. Am Ende erhält man jeweils Briketts aus Feinscherben mit reduzierten Verunreinigungen und somit reduziertem Kohlenstoffgehalt.
In Ausführungsformen erfolgt in Variante i) in einem ersten Schritt eine thermische Behandlung des Feinscherbengemischs.
In Ausführungsformen erfolgt die thermische Behandlung durch Erwärmen in einem Verbrennungsofen, durch Bestrahlung mit Mikrowellen, durch Erhitzen im Heißluft- und/oder Heißabgasstrom und/oder durch elektrisches Heizen.
Erfindungsgemäß erfolgt die thermische Behandlung bei Temperaturen von 100 bis 1000°C, bevorzugt 120 bis 700°C. Erfindungsgemäß werden dabei die kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen zersetzt und/oder oxidiert und in Form von Abgas ausgetragen.
In Ausführungsformen werden die in den Verunreinigungen enthaltenen Kohlenstoffverbindungen oxidiert.
In Ausführungsformen werden die in den Verunreinigungen enthaltenen organischen Verbindungen zersetzt und/oder der organische Kohlenstoff wird oxidiert.
In Ausführungsformen bildet sich dabei CO₂, die zusammen mit anderen gebildeten Abgasen aus dem Prozess der thermischen Behandlung ausgetragen werden.
In Ausführungsformen erfolgt die thermische Behandlung in einem Verbrennungsofen. Dem Fachmann sind Verfahren zur thermischen Behandlung in Verbrennungsöfen bekannt. Dem Fachmann sind verschiedene Arten von Verbrennungsöfen bekannt.
In Ausführungsformen erfolgt die thermische Behandlung des Feinscherbengemischs in einem Verbrennungsofen durch Einbringen des Feinscherbengemischs, beispielsweise in einem Tiegel, in einen Muffelofen.
In Ausführungsformen erfolgt die thermische Behandlung des Feinscherbengemischs durch eine Bestrahlung mit Mikrowellen.
In Ausführungsformen wird die Leistung der Mikrowelle so eingestellt, dass das Feinscherbengemisch auf Temperaturen von 100 bis 1000°C, bevorzugt 100 bis 200°C erwärmt wird. Dem Fachmann sind Verfahren zur Einstellung der Mikrowellenleistung in Bezug auf die zu erreichende Temperatur in einem Stoffgemisch bekannt.
In Ausführungsformen wird zur thermischen Behandlung durch Bestrahlung mit Mikrowellen das Feinscherbengemisch in einem mikrowellenresistenten Gefäß, beispielsweise aus Stahl, vorgelegt und der Strahlung ausgesetzt.
In Ausführungsformen beträgt der CSB des im behandelten Feinscherbengemisch vorhandenen Kohlenstoffs nach der thermischen Behandlung1000 bis 100 ppm, bevorzugt 500 bis 200 ppm.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Kompaktierung des Feinscherbengemischs zu Feinscherbenbriketts.
In Ausführungsformen (Variante i) erfolgt erst nach der thermischen Behandlung des Feinscherbengemischs eine Kompaktierung zu Feinscherbenbriketts.
Verfahren zur Kompaktierung von Glaspartikeln sind dem Fachmann bekannt.
In Ausführungsformen wird dem thermisch vorbehandelten Feinscherbengemisch vor der Kompaktierung mindestens ein Bindemittel zugegeben.
In Ausführungsformen ist das mindestens eine Bindemittel ausgewählt aus CaO, H₂O, NaOH, Ca(OH)₂, Wasserglas, Zement oder Zementartige Bindemittel, beispielsweise Tonerdezement oder Portlandzement, Na₂CO₃ und/oder Mischungen dieser.
In Ausführungsformen wird dem Feinscherbengemisch vor der Kompaktierung mindestens ein Sekundärrohstoff, umfassend mindestens ein Bindemittel, zugegeben.
In Ausführungsformen beträgt die Partikelgröße des Sekundärrohstoffs < 500 µm, bevorzugt < 200 µm.
In Ausführungsformen ist der Sekundärrohstoff ausgewählt aus Rohstoffen, die für die Glasherstellung und/oder Glasverarbeitung geeignet sind. Dem Fachmann sind diese Rohstoffe bekannt.
In Ausführungsformen ist der Sekundärrohstoff ausgewählt aus Sand, beispielsweise Gießereiverbrauchtsand.
Gießereiverbrauchtsand umfasst vorteilhaft oft noch Bindemittel, welche zur Stabilisierung des Sandes zum Erhalt der Gussform eingesetzt wurden. Dieses Bindemittel kann beispielsweise Wasserglas und/oder ein Binder auf Basis von Wasserglas und/oder modifiziertes Wasserglas sein.
Vorteilhaft kann im erfindungsgemäßen Verfahren ein Sekundärrohstoff, umfassend mindestens ein Bindemittel, welcher Partikelgrößen von < 500 µm, bevorzugt < 200 µm aufweist und keine oder nur noch sehr geringe Anteile an kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen aufweist (CSB = 5000 bis 200 ppm), wieder in der Glasherstellung eingesetzt werden.
Vorteilhaft bedarf der Sekundärrohstoff, umfassend mindestens ein Bindemittel, aber keine oder nur noch sehr geringe Anteile an kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen keiner thermischen Behandlung vor der Kompaktierung, sondern kann dem thermisch vorbehandelten Feinscherbengemisch erst direkt vor der Kompaktierung zugegeben werden.
In Ausführungsformen beträgt der Massenanteil an Bindemittel 0,1 bis 10 % bevorzugt 0,1 bis 5 % der Gesamtmasse des thermisch vorbehandelten Feinscherbengemischs.
In Ausführungsformen wird dem Feinscherbengemisch zunächst Wasser mit einem Massenanteil von 0,1 bis 10 % der Gesamtmasse an Feinscherbengemisch zugegeben und dann das mindestens eine Bindemittel.
In Ausführungsformen wird dem Bindemittel zunächst Wasser, bevorzugt mit einem Masseanteil von 0,1 bis 10% der Gesamtmasse des Bindemittels, zugegeben und diese Mischung wird dann mit dem Feinscherbengemisch vermischt.
In Ausführungsformen erfolgt das Kompaktieren mittels Granulierteller, Intensivmischer, Drehtrommel, Drehrohrofen, Pelletierpresse, hydraulischen Presse, Walze und/oder Walzenpresse erfolgt.
In Ausführungsformen erfolgt das Kompaktieren bei einem Druck von 10 bis 150 MPa, bevorzugt 20 bis 100 MPa, insbesondere 40 MPa.
Erfindungsgemäß erhält man Feinscherbenbriketts mit reduziertem Kohlenstoffgehalt bzw. mit reduziertem Grad an Verunreinigungen.
In Ausführungsformen haben die Feinscherbenbriketts eine Größe von 5 mm bis 10 cm Durchmesser.
In Ausführungsformen weisen die Feinscherbenbriketts eine Punktdruckfestigkeit von 10 bis 50 N auf.
Die Bestimmung der Punktdruckfestigkeit erfolgt nach dem Fachmann bekannten Methoden.
In Ausführungsformen erfolgt das Verfahren nach Variante ii) das heißt, es erfolgt erst eine Kompaktierung des Feinscherbengemischs zum Erhalt von Feinscherbenbriketts und im nächsten Schritt eine Thermische Behandlung der Feinscherbenbriketts bei 100 bis 1000°C, wobei die kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen zersetzt und/oder oxidiert werden und der Kohlenstoff in Form von Abgas ausgetragen wird, zum Erhalt von Feinscherbenbriketts mit reduziertem Kohlenstoffgehalt.
In Ausführungsformen wird dem Feinscherbengemisch vor der Kompaktierung mindestens ein Bindemittel zugegeben.
In Ausführungsformen werden dem Feinscherbengemsich vor der Kompaktierung mindestens ein Sekundärrohstoff, umfassend mindestens ein Bindemittel und insbesondere auch kohlenstoffhaltige Verunreinigungen.
In Ausführungsformen ist das mindestens eine Bindemittel ausgewählt aus CaO, H₂O, NaOH, Ca(OH)₂, Wasserglas, Zement oder Zementartige Bindemittel und/oder Mischungen dieser.
In Ausführungsformen beträgt der Massenanteil an Bindemittel 0,1 bis 10 %, bevorzugt 0,2 bis 5% der Gesamtmasse des Feinscherbengemischs.
In Ausführungsformen wird dem Feinscherbengemisch zunächst Wasser mit einem Massenanteil von 0,1 bis 10 % der Gesamtmasse an Feinscherbengemisch zugegeben und dann das mindestens eine Bindemittel.
In Ausführungsformen erfolgt das Kompaktieren mittels Granulierteller, Intensivmischer, Drehtrommel, Drehrohrofen, Pelletierpresse, hydraulischen Presse, Walze und/oder Walzenpresse.
In Ausführungsformen erfolgt das Kompaktieren bei einem Druck von 10 bis 150 MPa, bevorzugt 20 bis 100, insbesondere 20 bis 60 MPa.
Durch das Kompaktieren erhält man in Variante ii) Feinscherbenbriketts, aufweisend kohlenstoffhaltige Verunreinigungen.
In Ausführungsformen haben die Feinscherbenbriketts eine Größe von 5 mm bis 10 cm Durchmesser.
In Ausführungsformen weisen die Feinscherbenbriketts eine Punktdruckfestigkeit von 10 bis 1000 N auf.
Die Bestimmung der Punktdruckfestigkeit erfolgt nach dem Fachmann bekannten Methoden.
In Ausführungsformen erfolgt in einem folgenden Schritt eine thermische Behandlung der Feinscherbenbriketts.
In Ausführungsformen erfolgt die thermische Behandlung der Feinscherbenbriketts in einem Verbrennungsofen, durch Bestrahlung mit Mikrowellen, durch Erhitzen im Heißluft- und/oder Heißabgasstrom, beispielsweise aus dem Verbrennung- oder Schmelzprozess der Glasherstellung, und/oder durch elektrisches Heizen.
In Ausführungsformen erfolgt die thermische Behandlung in einem Verbrennungsofen. Dem Fachmann sind Verfahren zur thermischen Behandlung in Verbrennungsöfen bekannt. Dem Fachmann sind verschiedene Arten von Verbrennungsöfen bekannt.
In Ausführungsformen erfolgt die thermische Behandlung der Feinscherbenbriketts in einem Verbrennungsofen durch Einbringen der Feinscherbenbriketts, beispielsweise in einem Tiegel, in einem Muffelofen.
In Ausführungsformen erfolgt die thermische Behandlung des Feinscherbengemischs durch eine Bestrahlung mit Mikrowellen.
In Ausführungsformen wird die Leistung der Mikrowelle so eingestellt, dass die Feinscherbenbriketts auf Temperaturen von 100 bis 1000°C, bevorzugt 100 bis 200°C, erwärmt werden. Dem Fachmann sind Verfahren zur Einstellung der Mikrowellenleistung in Bezug auf die zu erreichende Temperatur in einem Stoffgemisch bekannt.
In Ausführungsformen wird zur thermischen Behandlung durch Bestrahlung mit Mikrowellen das Feinscherbengemisch in einem mikrowellenresistenten Gefäß, beispielsweise aus Stahl, vorgelegt und der Strahlung ausgesetzt.
Vorteilhaft ist die Ankopplung der Mikrowellenstrahlung in den brikettierten Scherben der Feinscherbenbriketts noch größer als in losen Feinscherben. In Ausführungsformen wird mit der gleichen Mikrowellenstrahlung, das heißt, bei gleicher Leistung der Mikrowelle, in den Feinscherbenbriketts eine höhere Temperatur erreicht als in den losen Scherben.
Vorteilhaft nimmt die Menge an Kohlenstoff, also der Kohlenstoffgehalt des Feinscherbengemischs in den Feinscherbenbriketts durch Mikrowellenstrahlung schneller ab, als in losen Feinscherben.
Vorteilhaft sinkt mit Zunahme der Behandlungszeit mit Mikrowellenstrahlung der CSB-Wert sowohl in losen als auch in brikettierten Scherben. Der sinkende CSB Wert ist jedoch in den brikettierten Scherben stärker ausgeprägt, insbesondere durch die bessere Einkopplung der Mikrowellen.
In Ausführungsformen steigt die Festigkeit der Feinscherbenbriketts mit steigender Behandlungszeit durch thermische Behandlung, beispielsweise durch Mikrowellenstrahlung. In Ausführungsformen nimmt die Festigkeit der Feinscherbenbriketts nach einer bestimmten Behandlungszeit wieder ab.
In Ausführungsformen beträgt der CSB des in den thermisch behandelten Feinscherbenbriketts vorhandenen Kohlenstoffs nach der thermischen Behandlung 200 bis 5000 ppm.
Vorteilhaft gelingt es durch das erfindungsgemäße Verfahren, Feinscherben und ggf. Rohstofffeinstäube aus der Glasherstellung so aufzuarbeiten, dass diese unter Berücksichtigung ihrer Zusammensetzung bei der Berechnung des Gemengesatzes in Glasherstellungsprozessen eingesetzt werden können, ohne die o.g. nachteiligen Effekte auf Glasqualität oder Erhalt der Vorrichtungen zu bewirken.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufarbeitung von Feinscherben und ggf. Rohstofffeinstäuben aus der Glasherstellung und/oder deren Vorbereitung für die Glasherstellung. Vorteilhaft können so auch Feinscherben von kleinster Partikelgröße wieder in den Glasherstellungsprozess eingebracht werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Verwertung von alten Gläsern und/oder Glasabfällen, wobei das Glas der Gläser oder Glasabfälle ausgewählt ist aus dem Fachmann bekannten Glassystemen.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung von Feinscherbenbriketts, hergestellt in einem erfindungsgemäßen Verfahren, in der Glasherstellung. Vorteilhaft kann die Zusammensetzung der Feinscherbenbriketts der Zusammensetzung der für die Glasherstellung benötigten Rohstoffe angepasst werden. Vorteilhaft kann der Fachmann die Zusammensetzung des Gemenges der Zusammensetzung der Feinscherbenbriketts anpassen. So gelingt vorteilhaft ein effizienter und ressourcenschonender Glasherstellungsprozess.
Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche zu kombinieren. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden Ausführungsformen. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die speziell beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein, sofern sich die Einzelmerkmale nicht gegenseitig ausschließen, oder eine spezifische Kombination von Einzelmerkmalen nicht explizit ausgeschlossen ist.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, ohne dass diese jedoch beschränkend wirken.
Beispiel 1:
Einfluss der NaOH-Anteile (1, 2, 4%) auf die Briketteigenschaften beim Pressdruck 40 MPa

Zur Untersuchung der Wirkung von NaOH-Lösungen auf die Briketteigenschaften wurde die Konzentration der NaOH von 1 bis 4 m% bezogen auf die Gesamtmasse der Scherben, variiert und die Mischung, enthaltend Behälterglasscherben der Größe < 3mm mit Verunreinigungen aus Lebensmitteln und Papierresten, bei konstantem Pressdruck von 40 MPa gepresst. Die Eigenschaften der hergestellten Briketts sind in der Tabelle 1 aufgeführt Tabelle 1: Die Eigenschaften der hergestellten Briketts mit 1, 2% und 4% NaOH, Scherbengröße < 3 mm und 40 MPa Pressdruck

	1%NaOH	2% NaOH	4% NaOH
Punktdruckfestigkeit in N (sofort)	13,71±0,61	16,42±0,59	28±0,9
Punktdruckfestigkeit in N (nach 1h)	17,8±1,96	18,29±1,93	33±1,5
Punktdruckfest N nach Brennen bei 550 °C	87,3±5	105,3±10	157±6
Abriebfestigkeit nach 2 Mal Sturz (>3/>6,3mm) %	95,4±1,82 /91,1±4,17	98,15±0,35 /95,9±1,1	99,2±1,2 /95,2±2,1
Dichte in g/cm³	1,95±0,01	1,96±0,01	2,04±0,015

Die Punktdruckfestigkeit wurde durch Messungen folgendermaßen bestimmt: Bei den Messungen wurde eine Zug-Druck-Prüfmaschine Tiratest 2420 eingesetzt. Die zylindrischen Tabletten (Briketts) wurden auf eine Bodenplatte gelegt in welche eine passende Nut eingearbeitet war. Über eine Traverse wurde von oben mit einer Vortriebgeschwindigkeit von 1 mm/min über eine Punktauflage eine Kraft auf den verpressten Körper ausgeübt. Die maximal aufgenommene Kraft des Prüfkörpers bevor es zum Bruch kommt, wurde vom Gerät automatisch in Newton ausgegeben
Aus der Tabelle 1 kann folgenden Ergebnisse geschlussfolgert werden:

➢Mit steigenden NaOH-Konzentrationen von 1 auf 4 % steigt die Festigkeit der Briketts. Dies ist mit der vermehrten Bildung von Hydraten und auch Hydroxiden zu begründen.
➢Die Punktdruckfestigkeit nimmt mit der Zeit zu.
➢In Folge des Brennens der Briketts bei 550 °C, steigt die Festigkeit mit steigender Konzentration.
➢Eine erhöhte NaOH-Konzentration führt zu der schon beobachteten Zunahme der Dichte der Briketts.

Beispiel 2
Reduzierung des Kohlenstoffgehalts in kompaktierten und losen Glasstäuben mittels Einsatz von Mikrowellen
100 g Brikettierte Feinscherben und lose Feinscherben (zum Vergleich) werden in einem Korundtiegel eingewogen und stehend auf einer Isoliermatte in einem Haushaltmikrowellengerät bei konstanter Mikrowellen-Leistung von 700 W für verschiedene Zeiten bestrahlt.

Die Abhängigkeit der CSB und Punktfestigkeit von der Behandlungszeit mit der Mikrowelle ist in der Tabelle 2 zusammengestellt Tabelle 2: Abhängigkeit der CSB und Punktfestigkeit von derBehandlungszeit und Temperatur mit Mikrowelle

	0 Probe	Brikett (mittel Wert)				Lose Gemenge
Behandlungszeit in min	0	3,4	5	10	15	3,4	5	10	15
CSB [ppm C]	12910	5670	4737	1752	639,5	10914	9849	8577	7674
Abnahme CSB in %		31	65	72	95	15,5	23	33	45
Punktfestigkeit [N]	547	852	971	663	540	0	0	0	0
Scherben-Temperatur °C		140	220	500	600	80	150	150	150

Aus den Ergebnissen (Tabelle 2) kann geschlussfolgert werden:

- Es kann angenommen werden, dass bei der Bestrahlung von Scherben mit Mikrowellen zwei Vorgänge ablaufen:
- • Zersetzung/Verbrennung der organischen Bestandteile in den Scherben
- • Reaktionen des Kohlenstoffs mit Sauerstoff aus der Umgebung und möglicherweise mit reduzierbaren Verbindungen, wie Fe₂O₃, Sulfate.
- Die o.g. Vorgänge waren entsprechend der Entstehung von gasförmigen Produkten mit Gewichtsverlust begleitet.
- Ankopplung der Mikrowelle in brikettierten Scherben ist größer als in losen Feinscherben, dies spiegelt sich wider in den gemessenen Temperaturen während der Bestrahlung und der stärkeren Abnahme der CSB in den brikettierten Scherben.
- Mit Zunahme der Behandlungszeit mit Mikrowellenstrahlung sinkt der CSB-Wert sowohl in losen als auch in brikettierten Scherben. Der Abfall ist jedoch in den brikettierten Scherben stärker ausgeprägt entsprechend der besseren Einkopplung der Mikrowellen.
- Die Brikettfestigkeit steigt zunächst mit der steigenden Behandlungszeit, ab ca. 5 Minuten sinkt diese jedoch wieder allmählich. Damit resultiert eine optimale Behandlungszeit.

Die Behandlungszeit und Energieverbrauch sind von vielen Faktoren u.a. vom Volumen des Gerätes, von der Probenmenge sowie der Probengeometrie und weiterer Konstruktionsmerkmale abhängig.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1496396 B [0010]
EP 2528872 A [0011]

Claims

Verfahren zur Verwertung eines Feinscherbengemisches, welches mindestens Feinscherben und Verunreinigungen, enthaltend Kohlenstoff, umfasst, mit den Schritten - Thermische Behandlung des Feinscherbengemischs bei 100 bis 1000°C, wobei die kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen zersetzt und/oder oxidiert werden und der Kohlenstoff in Form von Abgas ausgetragen wird, zum Erhalt eines Feinscherbengemischs mit reduziertem Kohlenstoffgehalt, - Kompaktierung des Feinscherbengemischs zum Erhalt eines Feinscherbengemischs in Form von Feinscherbenbriketts.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Variante i) die Schritte in der Reihenfolge a), b) erfolgen, wobei gilt: a) Thermische Behandlung des Feinscherbengemischs bei 100 bis 1000°C, wobei die kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen zersetzt und/oder oxidiert werden und der Kohlenstoff in Form von Abgas ausgetragen wird, zum Erhalt eines vorbehandelten Feinscherbengemischs mit reduziertem Kohlenstoffgehalt b) Kompaktierung des behandelten Feinscherbengemischs zum Erhalt von Feinscherbenbriketts mit reduziertem Kohlenstoffgehalt, und wobei in Variante ii) die Schritte in der Reihenfolge c), d) erfolgen, wobei gilt: c) Kompaktierung des Feinscherbengemischs zum Erhalt von Feinscherbenbriketts, d) Thermische Behandlung der Feinscherbenbriketts bei 100 bis 1000°C, wobei die kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen zersetzt und/oder oxidiert werden und der Kohlenstoff in Form von Abgas ausgetragen wird, zum Erhalt von Feinscherbenbriketts mit reduziertem Kohlenstoffgehalt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinscherbengemisch zusätzlich mindestens einen Rohstofffeinstaub umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche der 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinscherbengemisch zusätzlich mindestens einen Sekundärrohstoff, aufweisend kohlenstoffhaltige Verunreinigungen, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Feinscherbengemisch vor der Kompaktierung zusätzlich mindestens ein Sekundärrohstoff, umfassend mindestens ein Bindemittel, zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Feinscherbengemisch und/oder vorbehandelten Feinscherbengemisch vor der Kompaktierung mindestens ein Bindemittel zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bindemittel ausgewählt ist aus CaO, H₂O, NaOH, Ca(OH)₂, Zement, zementartige Bindemittel, Na₂CO₃, Wasserglas und/oder Mischungen dieser.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenanteil an Bindemittel 0,2 bis 10 % der Gesamtmasse des Feinscherbengemischs und/oder behandelten Feinscherbengemischs beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung durch Erwärmen in einem Verbrennungsofen, durch Bestrahlung mit Mikrowellen, durch Erhitzen im Heißluft- und/oder Heißabgasstrom und/oder durch elektrisches Heizen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompaktierung mittels Granulierteller, Intensivmischer, Drehtrommel, Drehrohrofen, Pelletierpresse, hydraulischen Presse, Walze und/oder Walzenpresse erfolgt.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Aufarbeitung von Feinscherben und ggf. Rohstofffeinstäuben aus der Glasherstellung und/oder die Vorbereitung von Feinscherben und ggf. Rohstofffeinstäuben für die Glasherstellung.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in der Verwertung von alten Gläsern und/oder Glasabfällen, wobei das Glas der Gläser oder Glasabfälle ausgewählt ist aus dem Fachmann bekannten Glasarten.
Verwendung von Feinscherbenbriketts, hergestellt in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, in der Glasherstellung.