DE3106710A1

DE3106710A1 - Verfahren zur wiedergewinnung von produkten aus bei der zementherstellung anfallendem staub

Info

Publication number: DE3106710A1
Application number: DE19813106710
Authority: DE
Inventors: Howard F. 15241 Pittsburgh Pa. Davis jun.; John A. 15044 Gibsonia Pa. Persson
Original assignee: Lectromelt Corp
Current assignee: Lectromelt Corp
Priority date: 1980-03-03
Filing date: 1981-02-24
Publication date: 1981-12-03
Also published as: FR2477134B1; AT379132B; IT8120085A0; BR8101290A; DK92981A; IT1235443B; NL8100893A; ATA89081A; CA1144189A; NO152251C; FR2477134A1; BE887745A; NO810695L; US4249952A; SE8101178L; NO152251B

Description

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TELEGRAMMADRESSE: CABLEADDRESS: PATENDLICH MÖNCHEN DIPL.-PHYS. F. ENDLICH, POSTFACH, D-flOM QERMERINQ TELEX: 521730 pate d

Meine Akte: L-4875

Anmelderin: Lectromelt Corporation, Pittsburgh, PA, USA

Verfahren zur Wiedergewinnung von Produkten aus bei der Zementherstellung anfallendem Staub

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Produkten aus bei der Zementherstellung in einem Drehrohrofen anfallendem Staub.

Hydraulischer Zement findet zur Herstellung von Beton und Mörtel für Mauerwerk Verwendung. Der beste bekannte hydraulische Zement ist Portlandzement, welcher Trikaliziumsilikat, Dikalziumsilikat und Kalziumaluminiumferrit enthält. Diese Bestandteile reagieren bei Vermischung mit Wasser in einem feinzermahlenen Zustand zur Bildung eines sehr harten Materials mit einer verfilzten kristallinen Struktur.

Das am häufigsten verwendete Verfahren zur Herstellung von Portlandzement besteht darin, daß feinzermahlener Kalkstein und Kieselerde in einen Drehrohrofen gebracht werden, in dem sie mindestens auf eine Temperatur von etwa 1200 C erhitzt werden, bei welcher Temperatur eine anfängliche Verschmelzung in der Anwesenheit von Aluminiumoxid oder Eisenoxid als Flußmittel beginnt. Drehrohröfen sind mit ihrer Achse zu der Horizontalen schwach geneigt. An ihrem unteren Ende ist ein Brenner angeordnet. Die trockenen Ausgangsmaterialien werden am oberen Ende des Drehrohrofens zugesetzt, so daß das Material aufgrund der Neigung und Drehung des Drehrohrofens allmählich von einer kühlen Zone am oberen Ende in die

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Schmelzzone bewegt wird. In dem heißeren Bereich des Drehrohrofens werden neue Verbindungen gebildet, die versintern und teilweise verschmelzen. Der so hergestellte und abgekühlte Klinker wird vermählen und in Säcke gefüllt in den Handel gebracht.

Eine wesentliche Schwierigkeit bei diesem Herstellungsverfahren besteht darin, daß während der Herstellung verhältnismäßig große Staubmenge erzeugt werden, weil pulverisierte Ausgangsmaterialien verwendet werden, und weil eine Vermischung durch die Drehbewegung des Drehrohrofens erfolgt. Der Ofenstaub, der bis zu 40 oder 50% der Ausgangsmaterialien ausmachen kann, kann zwar in einem gewissen Ausmaß rezirkuliert werden. Eine vollständige Rezirkulation ist jedoch nicht möglich, weil ein unerwünschter Aufbau des Alkaligehalts des Staub erfolgt. Wenn der Alkaligehalt zu groß wird, verliert das Endprodukt seine zementartigen Eigenschaften. In den meisten Anlagen, in denen eine Rezirkulation erfolgt, ist deshalb eine Nebenleitung zum Abzug von Ofenstaub erforderlich, um einen Teile des Staubs anzuziehen und dadurch den Alkaligehalt in dem Ofen zu steuern. Der abgelassene alkalihaltige Ofenstaub verursacht bekanntlich durch Umweltverschmutzung erhebliche Probleme. Ferner verursacht das Abblasen des Staubs erhebliche wirtschaftliche Verluste, weil dadurch der Wirkungsgrad der Anlage verringert wird.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Produkten aus bei der Zementherstellung anfallendem Staub anzugeben, welche Produkte beispielsweise Zementklinker und Nebenprodukte mit hohem Alkaligehalt sein können, die für Düngemittel verwendbar sind. Durch das Verfahren soll insbesondere der Wirkungsgrad der Zementherstellung verbessert und damit auch der Anteil- der Wiedergewinnung erhöht und der Verlustanteil verringert werden. Ferner soll der Gehalt an Schwefel in dem wiedergewonnenen Klinker verringert werden, wenn die Konzentration dieses Elements unerwünscht hoch ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einem derartigen Verfahren wird der sonst in die Atmosphäre abgeleitete Ofenstaub gesammelt und in einen elektrischen Lichtbogenofen geleitet, in dem der Staub beispielsweise bei einer

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Temperatur von etwa 1760 C geschmolzen wird, bei welcher Temperatur Alkalisulfate verdampft werden und eine Schmelze anfällt, die eine für Zementklinker zufriedenstellende Zusammensetzung aufweist. Das verdampfte Material kann als verwertbares Nebenprodukt gesammelt werden, weil es einen hohen Kaliumgehalt aufweist. Dieses Nebenprodukt ist für Düngemittel oder als Rohmaterial verwendbar, aus dem Kalium in reineren Formen extrahiert werden kann. Ein weiteres Merkmal der· Erfindung ist in der Erkenntnis zu sehen, daß Schwefel aus der Zementklinkerschmelze entfernt werden kann, wenn die Konzentration dieses Elements größer als ein gewünschter Wert ist. Der überschüssige Schwefel kann durch Zusatz von Alkalimterialien wie K_CO_, Na₂CO- oder NaHCO- zu dem Staub entfernt werden. Diese Materialien verbinden sich bei den hohen Ofentemperaturen mit dem Schwefel zu flüchtigen Produkten, die aus dem Ofen bei der Bildung des Zementklinkers abgeleitet werden können.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Zur Durchführung dieses Verfahrens können übliche Drehrohröfen und Lichtbogenofen verwendet werden. Dem Drehrohr- \ ofen werden die pulverisierten trockenen Ausgangsmaterialien zugeführt, die von dem oberen kühleren Ende des Drehrohrofens zu dem heißeren Ende aufgrund der Rotation transportiert werden. Zum Sammeln des aus dem Drehrohrofen austretenden Staubs kann ein an sich bekannter elektrostatischer Abscheider verwendet werden. Die durch den Abscheider wiedergewonnenen Materialien werden dann in einen Speichertrichter transportiert, um anschließend das Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen. Das Verfahren zur Staubabscheidung kann in an sich bekannter Weise erfolgen und kann bei unterschiedlichen Konstruktionen von Drehrohrofen mit unterschiedlichen Mitteln durchgeführt werden. Bei der Herstellung von Portlandzement mit einem Drehrohrofen fällt im allgemeinen Staub mit der folgenden Zusammensetzung an:

Verbindung % in dem Ofenstaub

SiO₂ 15,7

Al₂O₃ 4,4

Fe₂O₃ 2,5

;■;,/.,■_ CaO 49,2

MgO 1 ,0

SO₃ 5,4

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UL- ■ - :- - ■

Verbindung % in dem Ofenstaub Na₂O 0,2

K₂O 4,0

Verluste 17,6 %

100,0 %

Die in der Tabelle genannten Verluste bei der Analyse betreffen im wesentlichen Wasser, CO₂, etc.

Der abgeschiedene Staub wird einem elektrischen Lichtbogenofen zugeführt, der beispielsweise eine metallische Umhüllung, eine hitzebeständige Auskleidung und eine Abdeckung aufweist, an der eine oder mehrere davon vorragende Elektroden angeordnet sind. Das folgende Ausführungsbeispiel betrifft die Verwendung eines Lichtbogenofens mit 150 kVA.

Nach dem Einbringen des abgeschiedenen Staubs in den Ofen wird das Staubmaterial zur Bildung einer Schmelze erhitzt. Es wurde festgestellt, daß sich eine Schmelze bei etwa 1750° C bildet, also bei einer Temperatur, die in etwa 220 C höher als die maximale Temperatur ist, die in Drehrohröfen auftritt. Die Temperatur kann mit Hilfe eines Thermoelements gemessen werden. Die Temperatur von 175O°C in dem Schmelzbad ist hoch genug, um Sulfate von Natrium und Kalium zu verflüchtigen, die Siedetemperaturen von etwa 1010°C bzw. 169O°C aufweisen. Die mit diesem Verfahren hergestellte Schmelze hat eine für Portlandzement zufriedenstellende Zusammensetzung, wie aus der folgenden Tabelle ersichtlich ist:

Verbindung % im Klinker

SiO₂ 20,90

Al₂O₃ 6,15

Fe₂O₃ 4,38

CaO 63,60

MgO 1,50

SO₃ 0,38

Na₂O 0,08

K₂O 0,43

sonstige 2,58

100,00 %

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Wie aus einem Vergleich der beiden obigen Tabellen ersichtlich ist, wird durch die Behandlung in dem Lichtbogenofen die Konzentration von MgO, SO^, ^Na2° "¹^ ^Ko° wesentlich verringert. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Erkenntnis, daß die aus dem Staub entfernten Komponenten zusammen ein zweites wertvolles Nebenprodukt bilden. Beispielsweise kann ein ein aus dem anfänglichen Schmelzverfahren wiedergewonnenes Alkali-Produkt folgende Zusammensetzung aufweisen:

Verbindung % im Rückstand

SiO₂ 1,1

Al₂O₃ 0,15

Fe₂O₃ 0,97

CaO 2,7

MgO 6,6

SO₃ 36,6

Na₂O 2,4

K₂O 40,5

Verluste 3,6

sonstige 3,5

98,1 %

Dieses Material besitzt einen verhältnismäßig hohen Kaliumgehalt, hauptsächlich in der Form von Kaliumsulfat. Das Material ist zur Herstellung von Düngemitteln geeignet oder als Rohmaterial, aus dem Kalium in reinerer Form extrahiert werden kann. Das beschriebene Verfahren eröffnet deshalb eine neue wirtschaftliche Möglichkeit zur Herstellung von Kalium. Das aus dem Ofen während der Herstellung der Klinkerschmelze abgeleitete Abgas kann entweder in einem elektrostatischen Abscheider oder in einer sonstigen Filteranlage gesammelt werden.

Ein anderes Merkmal der Erfindung betrifft die Beseitigung von Schwefel aus der Zementklinkerschmelze, falls die Konzentration dieses Elements höher als erwünscht sein sollte. Dies wird durch Zusatz von pulverisiertem Alkalimaterialien wie K-CO-, Na„C0_ oder NaHCO₃ zu dem Staub vor der Erhitzung erzielt. Bei den in dem Ofen erzeugten Temperaturen verbinden sich diese Materialien mit dem in dem Staub enthaltenen Schwefel und erzeugen flüchtige Sulfatverbindungen, welche ohne weiteres aus den Schmelzen mit hoher

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Temperatur ausgeschieden werden.

Im folgenden soll ein Beispiel eines Verfahrens zur Verringerung des Schwefelgehalts erläutert werden. Es wurden etwa 22kg von abgeschiedenem Staub der oben beschriebenen Zusammensetzung mit O,8kg pulverisierten K₃CO₃ vermischt, wobei sich ein Ausgangsprodukt mit der folgenden Zusammensetzung ergab:

Verbindung % in dem gemischten

Ausgangsmaterial

SiO₂ 15,1

Al₂O₃ 4,2

Fe₂O₃ 2,4

CaO 47,4

MgO 0,96

SO₃ 5,2

Na₂O 0,19

K₂O 7,5

Verluste 17,0

sonstige 0,05

100,00 %

Nach dem Erhitzen in dem Lichtbogenofen auf etwa 1755°C wurde der Sulfatgehalt auf einen Wert verringert, der beträchtlich unter dem Wert lag, der sich ohne den Zusatz des Alkalimaterials ergeben hätte.

Mit der Erfindung erzielbare Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß zwei verwertbare Produkte aus dem sonst nicht verwertbaren Ofenstaub anfallen. Das Verfahren kann verschiedene Arten von · Ofenstaub angepaßt werden, was deshalb von praktischer Bedeutung ist, weil die Zusammensetzung des Staubs in Abhängigkeit von der Konzentration der Ausgangsmaterialien unterschiedlich sein kann. Deshalb kann Kalkstein oder Kieselerde dem Staub zugesetzt werden, wenn die betreffende Zusammensetzung dies erfordert.

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Claims

Patentansprüche

1·. Verfahren zur Wiedergewinnung von Produkten aus bei der Zement- - herstellung in einem Drehrohrofen anfallendem Staub, der einen Alkaligehalt oberhalb desjenigen aufweist, der für die Herstellung von Zementklinker benötigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub abgeschieden und in
einen elektrischen Lichtbogenofen gebracht wird, und daß der
Staub in dem Lichtbogenofen auf eine Temperatur erhitzt wird,
die zur Bildung einer Schmelze ausreicht, die geeignete Zementklinkereigenschaften aufweist, und um darin enthaltene Alkalisulfate zu verflüchtigen.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub in dem Lichtbogenofen auf eine
Temperatur von etwa 1690° C (3O75°F) oder darüber erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungstemperatur etwa 1760 C
(32OO°F) beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k fc η η ζ ο i c h η ο L , daß wählend der Erhitzung j η dein Lichtbogenofen verflucht, itft.e Produkt ο wiedergewonnen weiden.

5, Vorfahren zur Wiedergewinnung von Produkten aus bei der Zementherstellung' in einem Drehrohrofen anfallendem Staub mit einem

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Schwefel- und Alkaligehalt, der größer als derjenige ist, der für die Herstellung von Zementklinker geeignet ist, dadurch gek ennzeichnet, daß der Staub abgeschieden und mit eiier derartigen Menge von pulverisiertem Alkalimaterial vermischt wird, daß beim Erhitzen der in dem Staub enthaltene überschüssige Schwefel in eine flüchtige Alkalisulfatverbindung umgewandelt wird, daß die Mischung aus dem Staub und dem Alkalimaterial einem elektrischen Lichtbogenofen zugeführt wird, und daß die Mischung in dem Lichtbogenofen auf eine Temperatur erhitzt wird, die zur Bildung der flüchtigen Sulfatverbindungen ausreicht, und um eine Schmelze mit geeigneten Zementklinkereigenschaften zu bilden und Alkalisulfate daraus zu verflüchtigen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lichtbogenofen eine Erhitzung auf etwa 169O°C oder mehr erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Temperatur von etwa 1760 C erhitzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadu rch geken η zeichnet, daß die in dem Ofen verflüchtigten Produkte während der Erhitzung gesammelt werden, um ein Material mit hohem Kaliumgehalt zu gewinnen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte pulverisierte Alkalimaterial aus K„CO , Na₂CO-, NaHCO₃ oder Mischungen davon besteht.

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