DE4132107A1 - Verfahren und anlage zur behandlung von organische und gegebenenfalls anorganische schadstoffe enthaltendem aufarbeitungsgut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von organische und gegebenenfalls anorganische Schadstoffe enthaltendem Aufarbeitungsgut durch Entgasen und Brennen des Aufarbeitungsgutes.

Die Entsorgung von stark umweltbelastenden Schadstoffen, wie z. B. kohlenwasserstoffkontaminiertes Erdreich, Erdreich mit Schwermetallverunreinigungen, Industrie- und Gewerbeschlämme aus Papierfabriken, Lackierungsanla­ gen, Galvaniken, Beizereien, Gerbereien sowie Filter­ stäube aus Verbrennungsanlagen und kommunaler Klär­ schlamm konnte bisher noch nicht befriedigend gelöst werden. Es ist bekannt, solche Schadstoffe mittels Hochtemperaturverbrennung in großen Wirbelschicht-Ver­ brennungsanlagen oder in Müllverbrennungs- Drehrohrofenanlagen oder in Hochtemperatur- Vergasungsanlagen zu entsorgen.

Diese bekannten Aufarbeitungsverfahren erfordern kompli­ zierte und teure Anlagen, die nur mit sehr großem Energieaufwand betrieben werden können. Zudem ist die Frage der Gefährdung der Umwelt durch Abgase keineswegs eindeutig gelöst. So gibt es beispielsweise bei der Hochtemperatur-Vergasung zwar ein ausgezeichnetes Zerstörungspotential für organische Stoffe, jedoch kommt es bei anorganischen Schadstoffen leicht zu Überschrei­ tungen der tolerierbaren Grenzwerte.

Zudem sind bekannte Anlagen zur Entsorgung des Aufarbei­ tungsgutes nur für den Durchsatz relativ geringer Mengen geeignet und es ist z. B. sehr schwierig und extrem teuer, kontaminiertes Erdreich, das oft in sehr großen Mengen anfällt, zu entsorgen.

Weiters ist es bekannt, Aufarbeitungsgut in Sondermüll­ deponien zu lagern. Solche Sondermülldeponien erfordern erhebliche bauliche Aufwendungen, insbesondere zur Abdichtung und einen großen Platzaufwand. Zudem stellt sich hier die Frage der Sicherheit bei Langzeitlagerung.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem organische Rückstandsmassen und gegebenenfalls anorganische Schadstoffe enthaltendes Aufarbeitungsgut in einer Weise aufgearbeitet werden kann, bei der die Gefahr einer ökologischen Belastung gänzlich vermieden wird und das fertig aufgearbeitete Aufarbeitungsgut absolut umweltverträglich ist. Das Verfahren soll nur einen geringen anlagenmäßigen Aufwand erfordern und soll weiters die Entsorgung eines Aufarbeitungsgutes mit möglichst geringem Energieaufwand ermöglichen, so daß es ohne weiteres möglich ist, auch größere Mengen von Aufarbeitungsgut kostengünstig und in einer relativ kurzen Zeitspanne zu entsorgen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das stückige, insbesondere in Pellet-Form vorliegende Aufarbeitungsgut mittels Herdwagen durch einen Gegen­ strom-Tunnelofen gefördert wird, welcher hintereinander in Förderrichtung der Herdwagen eine erste Aufheizzone, eine Brennzone und eine zweite Aufheizzone umfaßt, wobei das zu behandelnde Aufarbeitungsgut ein erstes Mal hinter der Brennzone chargiert und zuerst in der zweiten Aufheizzone aufgeheizt und entgast wird, wobei das aus dem Aufarbeitungsgut austretende Gas mit dem Ofengas­ strom in die Brennzone gefördert und dort verbrannt wird, das entgaste Aufarbeitungsgut nach Durchgang durch die zweite Aufheizzone in die erste Aufheizzone einge­ bracht und schließlich nach Passieren der ersten Auf­ heizzone und der nachfolgenden Brennzone dechargiert wird.

Als Aufarbeitungsgut werden hierbei in an sich bekannter Weise mit hochwertigen Tonrohstoffen gemischte Schad­ stoffe, die gegebenenfalls zusätzlich mit sinterspezifi­ schen Versatzstoffen vermischt sind, eingesetzt. Das Mengenverhältnis der Mischung Schadstoffe zu Zusatzstof­ fen liegt zwischen 1 : 1 bis maximal 1 : 4. Das Aufar­ beitungsgut ist zu Pellets geformt und getrocknet.

Vorzugsweise wird das Aufarbeitungsgut in der zweiten Aufheizzone auf maximal etwa 600°C und in der ersten Aufheizzone und in der Brennzone auf maximal etwa 900 bis 1200°C aufgeheizt, wodurch eine vollständige Entga­ sung und ein vollständiges Garbrennen von in erster Linie organische Rückstände aufweisendem Aufarbeitungs­ gut sichergestellt ist. Die maximale Temperatur der Brennzone wird je nach Sinterverhalten der Versatzbildung eingestellt.

Enthält das Aufarbeitungsgut zusätzlich zu den organi­ schen Rückständen auch anorganische Schadstoffe, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Aufarbei­ tungsgut nach Durchtritt durch die Brennzone und Dechar­ gierung aus dem Tunnelofen in eine Sinterungszone gelei­ tet bzw. gefördert und bei einer über der Temperatur der Brennzone liegenden Temperatur gesintert und das in der Sinterungszone entstehende Abgas in den Tunnelofen beim Ende der zweiten Aufheizzone eingeleitet, so daß es zusammen mit dem Tunnelofengas durch den Tunnelofen strömt.

Hierbei wird vorteilhaft das Aufarbeitungsgut in der Sinterungszone bis zur Sinterung auf etwa 1300 bis 1400°C aufgeheizt sowie zweckmäßig in der Sinterungszone eine reduzierende Ofenatmosphäre eingestellt.

Um ein Stückigbleiben des Aufarbeitungsgutes zu sichern, wird vorteilhaft das Aufarbeitungsgut in der Sinterungs­ zone laufend bewegt und stetig umgelagert.

Um eine vollständige Entgasung des Aufarbeitungsgutes mit Sicherheit gewährleisten zu können, erfolgt diese zweckmäßig über eine Zeitdauer zwischen 10 und 30 Stunden.

Ein besonders energiesparendes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Tunnelofengas am Beginn der ersten Aufheizzone abgesaugt, ein Teil des Tunnelofenga­ ses zum Vorwärmen von dem Tunnelofen zugeführter Frisch­ luft über einen Wärmetauscher abgeleitet und der andere Teil des Tunnelofengases am Ende der zweiten Aufheizzone in diese eingeleitet wird.

Der anlagenmäßige Aufwand ist besonders gering, wenn das Verfahren zur Behandlung des Aufarbeitungsgutes im Zuge eines Ziegelbrennens durchgeführt wird, bei dem die Ton­ formlinge in einer Vorwärmzone erwärmt, in einer Brenn­ zone gebrannt und in einer Kühlzone gekühlt werden, wobei die Vorwärmzone als erste Aufheizzone und der Bereich der Kühlzone, in dem Temperaturen bis minimal 500°C herrschen, als zweite Aufheizzone dient und wobei das Aufarbeitungsgut in mindestens einem zwischen Tonformlingsstapeln vorgesehenen Aufnahmegefäß durch den Tunnelofen synchron mit den Tonformlingen transportiert wird.

Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Gegenstrom-Tunnelofen und einem durch den Gegenstrom- Tunnelofen bewegbaren Herdwagenzug, wobei der Gegen­ strom-Tunnelofen an einem Ende eine Ofengas-Absauglei­ tung und am anderen Ende eine Ofengas-Zuleitung auf­ weist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Herdwagenzug mit Aufnahmegefäßen für das Aufarbeitungsgut versehen ist und in Förderrichtung des Herdwagenzugs von der Ofengas-Absaugleitung beginnend in aufeinanderfolgender Reihenfolge angeordnet sind:

• - eine Einbringeinrichtung für entgastes Aufarbeitungsgut,
• - eine erste Aufheizzone für entgastes Aufarbeitungsgut,
• - eine Brennzone,
• - eine Dechargiereinrichtung für gebranntes Aufarbeitungsgut und eine Chargiereinrichtung für aufzuarbeitendes Aufarbeitungsgut,
• - eine zweite Aufheiz- und Entgasungszone für das aufzuarbeitende Aufarbeitungsgut und
• - eine Fördereinrichtung zur Förderung des entgasten Aufarbeitungsgutes bis zur Einbringeinrichtung für das entgaste Aufarbeitungsgut.

Eine Anlage zur Behandlung von zusätzlich anorganische Rückstände aufweisendem Aufarbeitungsgut ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterungszone in einem Dreh­ rohrofen vorgesehen ist, wobei vorteilhaft zur Energie­ einsparung der Drehrohrofen mit einer beim Ende der zweiten Aufheizzone in den Tunnelofen mündenden Leitung verbunden ist.

Eine besonders kostengünstige Anlage ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nach der Brennzone angeordnete Char­ giervorrichtung von mindestens einer an der Decke des Tunnelofens vorgesehenen verschließbaren Öffnung gebil­ det ist, unter der ein Aufnahmegefäß in Stellung bring­ bar ist und daß die Dechargiervorrichtung von einer im Boden des Herdwagens vorgesehenen verschließbaren Öffnung, die in das Innere des Behälters mündet, gebil­ det ist.

Zwecks intensiver Durchwärmung und Erhitzung des Aufar­ beitungsgutes ist vorteilhaft das Aufnahmegefäß mit seinen Innenraum durchsetzenden, etwa horizontal und in Durchlaufrichtung des Tunnelofens verlaufenden Gasdurch­ lässen versehen, die an den Seitenwänden des Behälters abgestützt sind.

Bei Einsatz eines Ziegelbrennofens zur Behandlung des Aufarbeitungsgutes, bei dem im Inneren des Ofens ein Herdwagenzug verfahrbar ist, ist vorteilhaft mindestens ein Herdwagen mit mindestens einem Aufnahmegefäß zur Aufnahme des Aufarbeitungsgutes ausgestattet.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier Ausführungs­ beispiele näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 einen Längsschnitt bzw. einen gemäß der Linie II-II der Fig. 1 geführten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Tunnel­ ofen gemäß einer ersten Ausführungsform veranschauli­ chen. Die Fig. 3 und 4 stellen diese Ausführungsform betreffende Temperaturprofile dar. Fig. 5 stellt einen gemäß der Linie V-V der Fig. 1 geführten Schnitt dar. In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Tunnel­ ofens im vertikal geführten Längsschnitt dargestellt. Die Fig. 7 und 8 sind zugehörige Temperaturprofile. In den Fig. 9 und 10 sind die temperaturabhängigen Einflüs­ se, die die Entgasung des brennbaren Aufarbeitungsgutes betreffen, in Diagrammen dargestellt und zwar betrifft Fig. 9 das Abschwel- und Brennverhalten des organischen und anorganischen Kohlenstoffes und Fig. 10 das des Stickstoffes, jeweils einer Ziegel-Rohstoffmasse. In Fig. 11 ist die Abnahme der Scherbenporosität und die Brennschwindung in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt.

In dem mit 1 bezeichneten Gegenstrom-Tunnelofen ist eine Anzahl von Herdwagen 2 mit jeweils einem Fahrwerk 3 auf Schienen 4 in einem geschlossenen Zug hintereinander geführt.

Auf den Herdwagen 2 sind Aufnahmegefäße 5 für zu verar­ beitendes Aufarbeitungsgut 6 aus Schamotte oder feuer­ festem Stahl angeordnet, die oben offen sind. Der Unter­ teil 7 der Aufnahmegefäße 5 ist sich kegel- bzw. pyrami­ denförmig verengend ausgebildet und weist eine Bodenöff­ nung 8 auf, die sich in einer Fahrwerks-Plattform 9 der Herdwagen 2 fortsetzt. Die Bodenöffnung 8 der Aufnahme­ gefäße 5 ist mittels Flachschieber 10 aus feuerfestem Material wie Hartschamotte oder beispielsweise Sikromal­ guß verschließbar. Diese Schieber sind in der Fahr­ werks-Plattform 9 des Herdwagens 2 verschiebbar gelagert und können von der Ofenaußenseite her mittels eines Betätigungsorganes 11 verschoben werden.

Die Herdwagen 2 weisen Gasdurchlässe 12 zum besseren Wärmetausch, d. h. schnelleren Aufheizung des eingefüll­ ten Aufarbeitungsgutes 6 auf. Diese Gasdurchlässe 12 erstrecken sich etwa horizontal und in Durchlaufrichtung des Tunnelofens 1.

Zur Trennung des Ofenraumes 13 vom Raum 14 unter der Fahrwerks-Plattform 9 der Herdwagen 2, der beispielswei­ se als Begehungskanal ausgebildet sein kann, dienen seitlich der Herdwagen 2 und in Längsrichtung des Tunnelofens 1 angeordnete Sandtassendichtungen 15.

Der Ofenraum 13 wird im wesentlichen von drei Zonen gebildet und zwar einer ersten Aufheizzone 16, einer daran anschließenden Brennzone 17 sowie einer an diese anschließenden zweiten Aufheizzone 18. Die Enden des Gegenstrom-Tunnelofens 1 werden von einer Einfahrts- 19 und einer Ausfahrtsschleuse 20 gebildet, sodaß die einzelnen Herdwagen 2 ohne wesentlichen Ofengasverlust in den Ofenraum 13 eingebracht bzw. aus diesem entfernt werden können.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist parallel zum Gegen­ strom-Tunnelofen 1 eine Schienenbahn 21 angeordnet, mit der die Herdwagen von der Ausfahrtsschleuse 20 zur Ein­ fahrtsschleuse 19 verfahren werden können. Während dieses Verfahrens sind die Herdwagen in einen Warmhalte­ transporter 22, der so wie die Ein- und Ausfahrtsschleu­ se Hubtore 23 zum Ein- und Ausbringen eines Herdwagens 2 aufweist, einbringbar.

Etwa in der Mitte der Längserstreckung des Gegenstrom- Tunnelofens 1, am Ende der Brennzone 17, ist eine Chargiereinrichtung 24 für das zu verarbeitende Aufar­ beitungsgut 6 vorgesehen, die von verschließbaren Öffnungen, die die Decke 25 des Gegenstrom-Tunnelofens 1 durchsetzen, gebildet ist. Unterhalb dieser Öffnungen 24 können die Aufnahmegefäße 5 zwecks Füllen mit Aufarbei­ tungsgut 6 in Stellung gebracht werden.

In etwa gleicher Höhe der Längserstreckung des Gegen­ strom-Tunnelofens 1 ist eine Dechargiereinrichtung 26, die ein Entleeren der Aufnahmegefäße 5 durch Öffnen der Schieber 10 gestattet, angeordnet.

In der ersten Aufheizzone 16, der Brennzone 17, und der zweiten Aufheizzone 18, sind die Ofenwandungen seitlich durchsetzende Stützbrenner 27 zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Ofentemperatur vorgesehen. Als Stützbrenner 27 sind vorzugsweise Stabilisations- und Hochgeschwindigkeitsbrenner vorgesehen. Für einen effizienten Einsatz dieser Stützbrenner 27 weisen die Aufnahmegefäße gemauerte Sollzugstutzen bzw. Brenngassen 28 bildende Freiräume, die eine gute Verteilung der Heißgase gestatten, auf.

Unmittelbar nach der Einfahrtsschleuse 19 ist an der Ofendecke 25 eine Einmündung einer Gas-Umwälzleitung 29 für die Ofengase vorgesehen. Diese führt parallel zur Ofendecke 25 bis zum hinteren Ende des Tunnelofens 1, wo sie unmittelbar vor der Ausfahrtsschleuse 20 in den Ofenraum 13 mündet. Ein in der Gas-Umwälzleitung 29 vorgesehener Heißgasverdichter 30 sorgt für die nötige Gasbewegung.

Von der Gas-Umwälzleitung 29 zweigt eine Abgasleitung 31 ab, durch die ein Teil des Ofengases (etwa 25 bis 30% der Ofengasumlaufmenge) über einen Wärmetauscher 32, einem Rauchgaskamin mit etwa 140 bis 180°C zugeführt wird. Der Wärmetauscher 32 dient dazu, die für die Stützbrenner 27 benötigte Frischluft vorzuwärmen.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage weist weiter noch einen Drehrohrofen 33 auf, in dem das aus dem Gegen­ strom-Tunnelofen 1 dechargierte Aufarbeitungsgut 6 über eine Förderleitung einbringbar ist. Das im Drehrohrofen 33 entstehende Abgas wird über eine Leitung 34, die in die Gas-Umwälzleitung 29 des Gegenstrom-Tunnelofens 1 einmündet - wo eine Vermischung mit dem im Kreislauf geführten Ofengas stattfindet - in der Nähe der Aus­ fahrtsschleuse 20 in den Ofeninnenraum 13 eingeleitet.

Die Funktion der in den Fig. 1, 2 und 5 dargestellten Anlage ist wie folgt:
Das zu verarbeitende Aufarbeitungsgut 6 wird in den Gegenstrom-Tunnelofen 1 über die Chargiereinrichtung 24 in die sich taktweise durch den Ofenraum 13 bewegenden Aufnahmegefäße 6 chargiert und zwar am Beginn der zweiten Aufheizzone 18. Das Aufarbeitungsgut 6 besteht aus den zu entsorgenden Schadstoffen, die mit hochwertigen Tonrohstoffen und gegebenenfalls mit sinterspezifischen Versatzstoffen vermischt sind und zwar vorteilhaft in einem Gemengeverhältnis von 1 : 1 bis maximal 1 : 4. Dieses Gemisch wird zu Pellets geformt und im getrockneten Zustand in den Gegenstrom-Tunnelofen eingebracht.

In der zweiten Aufheizzone 18 erfolgt eine Aufheizung unter stark oxidierender Atmosphäre gemäß dem in Fig. 3 (bzw. Fig. 4) dargestellten Temperaturprofil auf maximal etwa 600°C.

Die bei diesem ersten Heizvorgang entstehenden Gase werden als Ofengas entgegengesetzt zur Durchlaufrichtung der Herdwagen 2 durch den Ofenraum 13 in Richtung zur Einfahrtsschleuse 19 durch die Brennzone 17 und die erste Aufheizzone 16 geführt, dort abgesaugt und zum Teil wiederum mit einer Temperatur zwischen 600 und 800°C bei der Ausfahrtsschleuse 20 in den Ofenraum 13 eingeleitet. Nach Durchlaufen der chargierten Herdwagen 2 durch die zweite Aufheizzone 18 werden die Herdwagen 2 über die Ausfahrtsschleuse 20, die Schienenbahn 21 und die Einfahrtsschleuse 19 am vorderen Ende des Gegen­ strom-Tunnelofens 1 in den Ofenraum 13 eingebracht.

Hier erfolgt in der ersten Aufheizzone 16 ein weiterer Aufheizvorgang bis auf maximal etwa 900°C bis 1200°C und anschließend in der Brennzone 17 ein Brennvorgang ebenfalls bei einer Temperatur von maximal etwa 1200°C. Während des Durchlaufens des Aufarbeitungsgutes 6 durch den Gegenstrom-Tunnelofen 1 wird das Aufarbeitungsgut durch die zwischen zehn und dreißig Stunden dauernde Temperatureinwirkung völlig entgast und gargebrannt.

Ist das Aufarbeitungsgut 6 mit anorganischen Schadstoffen belastet, so wird das nach der Brennzone 17 aus dem Gegenstrom-Tunnelofen 1 dechargierte Aufarbeitungsgut 6 in den nachgeordneten Drehrohrofen 33 eingeleitet, wo ein weiterer Aufheizvorgang auf maximal 1300 bis 1400°C stattfindet.

In diesem weiteren Brennzyklus, der zwischen zwanzig und sechzig Minuten dauert und vorzugsweise in reduzierender Brennatmosphäre stattfindet, wird in Abhängigkeit der Versatzbildung die Temperatur so hoch gewählt, daß eine starke Schmelzphasenbildung erfolgt und das Aufarbeitungsgut 6 in einen dicht gebrannten bzw. vollkommen gesinterten keramischen Scherben umgewandelt wird.

Die Brenndauer des Gemenges aus Schadstoffen und Ton wird in den ersten beiden Aufheizzonen 18 und 16 bzw. Aufheizphasen hauptsächlich von den im keramischen Scherben ablaufenden chemisch-physikalischen Umwand­ lungsreaktionen bestimmt. Sie begrenzt somit den Zeit­ punkt fast aller bedeutenden Stoffaustauschvorgänge im Scherben, die gleichzeitig auch mit dem Auftreten des höchsten Masse- und Gewichtsverlustes und damit der stärksten Belastung des Scherbengefüges zusammenfällt, während die Brenndauer des letzteingeleiteten Brennzy­ klusses im Drehrohrofen 33 hauptsächlich durch reakti­ onsfähige Festkörperdiffusionen bzw. Mineralneubildungen und durch sehr rasch ablaufende, schmelzwirksame und porenfüllende Verdichtungsvorgänge, die unter beachtli­ cher Verringerung des Scherbenvolumens erfolgen, gekenn­ zeichnet ist.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Behand­ lungsverfahrens besteht darin, daß mit der Unterteilung des Brennverfahrens in eine langanhaltende Aufheizung und in eine sehr kurze Brennphase, dem Brenn- bzw. Aufarbeitungsgut zuerst einmal ausreichend Gelegenheit geboten wird, hohe organische Stoffanteile bereits im unteren Temperaturbereich bei oxidierender Ofenatmosphä­ re und auch bei noch frei wirksamer, ungestörter Kapil­ larität im Scherben und unter geringstem Gasdruckaufbau, d. h. ohne schädliche Blähwirkung im Scherbenkern, abzustoßen, das Gas in die Ofenhochtemperaturzone abzugeben, zur teilweisen Deckung des Energiebedarfes zu verbrennen und erst dann den eigentlichen keramischen Garbrand sowie den Sintertungsprozeß über eine massivere Temperatureinwirkung vorzugsweise in reduzierender Brennraumatmosphäre einzuleiten, wodurch ein allmähli­ ches Füllen und Eliminieren des freien und durch Stoff­ verluste zusätzlich aufgetretenen Porenraumes mit Glasphasen erreicht wird.

Hierbei werden die im Brenngut enthaltenen Metallsalze, als lösliche Metallhydroxide, inzwischen zu glasurbild­ enden Metalloxiden bzw. zu sehr reaktionsfähigen Metal­ len reduziert, unter Mineralneubildungen in schwerlösli­ che Formen übergeführt und in die dichtgesinterte Scherbenmasse fix eingebaut.

In der Fig. 9 und 10 sind jeweils die temperaturabhängi­ gen und sehr langsam ablaufenden Einflüsse dargestellt, die auf die Entgasung der brennbaren Stoffanteile und des Stickstoffgehaltes eines vorgegebenen Gemenges aus einem stark schwermetallhältigen Klärschlamm und einer hochwertigen Ziegeltonmasse im Mischungsverhältnis 1 : 1 während der ersten Brennphase einwirken.

Die schnelleinwirkenden temperaturabhängigen Einflüsse auf die Sinter- und Schmelzvorgänge während der zweiten Brennphase sind in Fig. 11 dargestellt.

Im temperaturabhängigen Glühverlustspektrum des organi­ schen und anorganischen Kohlenstoffes (Fig. 9) wird deutlich sichtbar, daß bereits im unteren Tempera­ turbereich bis etwa 500°C, die gesamte organische Kohlenstoffmasse, darunter können sich auch die in das Gemenge durch das Aufarbeitungsgut fallweise eingebrach­ ten, hochtoxischen Dioxine und Furane befinden, aus dem keramischen Scherben langsam entweichen und im Anschluß daran bei weiter ansteigenden Temperaturen die Verbren­ nung des festen Kohlenstoffes beginnt, die dann bei etwa 900°C allmählich beendet wird.

Sämtliche freiwerdenden Energieinhalte gehen dabei bis zur Zündgrenze der Entgasungsprodukte der direkten Scherbenerwärmung verloren, während die wärmeabgebenden Oxidationen oberhalb der Zündgrenze erhalten bleiben und unmittelbar auf ihre stoffliche Einlagerungsumgebung einwirken. Die flüchtige Schadstoffe enthaltenden "Schwelgase" müssen sodann über den Hochtemperaturbe­ reich des Brennofens zur vollständigen Nachverbrennung geleitet werden.

Parallel zu diesen Untersuchungsvorgängen wurde auch das Entgasungsverhalten des ebenfalls mit dem Aufarbeitungs­ gut eingebrachten Stickstoffanteiles, wahrscheinlich aus den Bakterienmassen entstammend, bestimmt. Hiebei zeigt die Stickstoffemission aus dem Scherben (Fig. 10) ein völlig analoges Verhalten zum Abschwelvorgang der leicht- und frühflüchtigen Kohlenwasserstoffe, wodurch das Auftreten und die Entstehung schädlicher Stickoxide aufgrund des zu niedrigen Temperaturintervalles und der zu geringen Partialdruckverhältnisse völlig auszuschlie­ ßen ist.

Auf alle weiteren, bei keramischen Bränden auftretenden Masseverluste, die sich im Gesamtglühverlustanteil bis etwa 1000°C manifestieren, wie z. B. die Austreibung des physikalisch noch im Scherben gebundenen Restwassers, die Abspaltung des adsorbierten Zwischenschichtwassers der Tonminerale, der CO₂-Abgang aus der Entsäuerung der CaCO₃-Anteile und die teilweise Abgabe der OH-Gruppen bei den Entkristallisationsvorgängen, soll wegen ihrer ökologisch völlig unbedenklichen Form nicht näher eingegangen werden, obwohl sie gesamtheitlich gesehen einen sehr wesentlichen Einfluß auf das Gefügeverhalten des Scherbens während der ersten beiden Erhitzungsphasen nehmen.

In Fig. 11 ist auf die unter erhöhter Wärmeeinwirkung auftretenden Sinterungs- und Verdichtungsvorgänge während des letzten Brennzyklusses eingegangen. Hier zeigt sich vor allem, wie sich die stetig und sehr rasch zunehmende Einflußnahme eines weiteren Temperaturanstie­ ges auf die Porosität des Scherbens auswirkt.

Während sich noch zu Beginn des Sinterbrandes bei etwa 950°C eine Brennschwindung des Scherbens von nur 3,8 Vol.-% einstellte, erreichte sie zum Ende des Sintervor­ ganges bei etwa 1200°C bereits den außerordentlich hohen Verdichtungsgrad von 23,5 Vol.-%.

Dieser enorme Brennschwundanstieg geht einwandfrei zu Lasten des freien Porenraumes im Scherben und wird von einem ansteigenden Verglasungs- und Verschmelzungsverhalten sowohl der Scherbenkittmassen als auch der Oberflächen begleitet.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Behandlungsverfahren ist, daß die der Bildung keramischer Verbundstoffe vorausgehenden Sinterreaktionen der Tonminerale, d. h. des entkristallisierten bzw. amorphen Silizium- und Aluminiumoxides mit den ebenfalls sehr reaktionsfähigen Metallionen sowohl über Festkörperdiffusionen, als auch über Schmelzbrücken und -einbettungen so vonstatten gehen, daß einerseits neue, chemisch weitgehend resi­ stente, keramische Verbundstrukturen bzw. Mineralneubil­ dungen entstehen und andererseits die spezifischen Oberflächen und Porenräume so ausgebildet und massiv verringert werden, daß Kapillarsysteme nicht mehr für weitere Austauschreaktionen z. B. für Auslaugungsvorgänge zur Verfügung stehen.

Der Immobilitätsgrad der Schwermetalle in der silikat­ ischen Matrix wird dabei so nachhaltig fixiert, daß bei Königswasseraufschlüssen von feinpulverisierten Scher­ benproben (gemäß DEV S 7) wie auch bei den Eluatuntersu­ chungen von kleinen Schmelzaggregaten (gemäß DEV S 4 mit deionisiertem Wasser) nur mehr noch vernachlässigbare Spurenanteile der ursprünglichen Konzentration ausgewa­ schen werden können.

Die erzielbaren Größenordnungen liegen dabei weit unterhalb der Konzentrationsgrenzwerte für Trinkwasser.

Eine äußerst energiesparende Variante des erfindungs­ gemäßen Verfahrens ist nachfolgend anhand der Fig. 6 bis 8 näher erläutert. Gemäß dieser Variante erfolgt das Behandeln des Aufarbeitungsgutes in einem Ofen 1′ zum Brennen von Tonformlingen, wie z. B. Ziegeln. Hierbei handelt es sich um einen - bis auf die nachste­ hend beschriebenen Änderungen - herkömmlichen Ziegel­ brennofen, der ebenfalls nach dem Gegenstromprinzip arbeitet. Der Ofenraum 13′ weist eine erste Aufheizzone 16′, eine Brennzone 17′ und eine Kühlzone 35 auf. Am Ende der Brennzone 17′ bzw. am Beginn der Kühlzone 35 ist der Ziegelbrennofen 1′ mit einer Chargier- 24 und Dechargiereinrichtung 26 für das Aufarbeitungsgut 6 versehen, die etwa gleich gestaltet sein können wie die Chargier- 24 und Dechargiereinrichtung 26 der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform. Zwischen den die Tonformlinge in Stapeln 36 aufnehmenden Herdwagen 37, ist bzw. sind je nach Bedarf ein oder mehrere Herdwagen 2, die gemäß der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform ausgestaltet sind, mit Aufnahmegefäßen 5 für das Aufarbeitungsgut 6 eingesetzt. Diese Herdwagen 2 werden zusammen mit den die Tonformlinge aufnehmenden Herdwagen 37 taktweise durch den Ofenraum 13′ hindurch bewegt.

Nach Chargierung des Aufarbeitungsgutes 6 mit der Chargiereinrichtung 24, erfolgt das erste Aufheizen des Aufarbeitungsgutes 6 in dem für die Tonformlinge eine Kühlzone 35 darstellenden Bereich des Ofenraumes 13′, wobei das Aufarbeitungsgut auf etwa 500 bis 600°C infolge der von den Tonformlingen abgegebenen Wärme aufgeheizt wird. Wie aus Fig. 7 und 8 ersichtlich ist, stellt somit der erste Teil der Kühlzone 35 eine der zweiten Aufheizzone 18 der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform entsprechenden Aufheizzone 18′ dar. Anschließend erfolgt eine Abkühlung des Aufarbeitungsgutes 6 gemeinsam mit den Tonformlingen.

Die Herdwagen 6 mit Aufnahmegefäßen 5 für das Aufarbei­ tungsgut 6 werden vom Ende des Ziegelbrennofens 1′ zum Beginn des Ziegelbrennofens 1′ verfahren und dort zwi­ schen die Tonformlinge aufnehmenden Herdwagen 37 in den Herdwagenzug eingebaut und anschließend gemeinsam mit den ungebrannten Tonformlingen in den Ziegelbrennofen 1′ eingefahren.

In der Aufheizzone 16′ des Ziegelbrennofens 1′ erfolgt nunmehr die zweite Aufheizung des Aufarbeitungsgutes 6, wobei die Temperatur in dieser Zone, die der ersten Aufheizzone 16 der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform entspricht, etwa 900 bis 1200°C er­ reicht. Anschließend erfolgt der Brennvorgang in der Brennzone 17′, worauf das Aufarbeitungsgut 6 aus den Aufnahmegefäßen 5 dechargiert wird. Die Weiterbehandlung im Drehrohrofen kann gewünschtenfalls gemäß der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform erfolgen.

Das Verfahren gemäß Fig. 6 bis 8 kann dahingehend abgewandelt werden, daß das Aufarbeitungsgut 6 nach Erreichen des Temperaturmaximums der zweiten Aufheizzone von etwa 500 bis 600°C aus dem Ziegelbrennofen 1′ dechargiert und in einen Bereich der Aufheizzone 16′ des Ziegelbrennofens 1′ abermals chargiert wird, in dem die Tonformlinge in etwa die Temperatur des aus der Kühlzone 35 dechargierten Aufarbeitungsgutes 6 aufweisen.

Enthalten die Tonformlinge ausbrennbare Stoffe, deren Ernergie dem Brennverfahren zunutze gemacht werden sollen, kann der Ziegelbrennofen 1′ zweckmäßig mit einer Abgasleitung derart ausgestattet sein, daß der Abgas­ strom in zwei, vorzugsweise etwa gleich große Teilströme geteilt, der erste Teilstrom zur Kühlzone 35 rückgeführt und wieder in die Kühlzone 35 eingeleitet wird, und der zweite Teilstrom, vorzugsweise nach seiner Reinigung, in einer in der Kühlzone 35 des Ziegelbrennofens 1′ ange­ ordneten Wärmeaustauscheinrichtung nachverbrannt wird, worauf das nachverbrannte Abgas, gegebenenfalls nach Passieren von Wärmeaustauschern, zur Gewinnung des Wärmeinhaltes des Abgases für die Trocknung von Tonform­ lingen abgeführt wird.

Ein Verfahren dieser Art und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in der AT-B 3 83 886 beschrieben.

Es ist auch möglich, anstelle des geradlinigen Tunnel­ ofens einen Ringtunnelofen vorzusehen, welche Variante insbesondere für die in den Fig. 1 bis 5 veranschaulich­ ten Verfahrensweisen vorteilhaft ist.

Claims (15)

1. Verfahren zur Behandlung von organische und gegebenenfalls anorganische Schadstoffe enthaltendem Aufarbeitungsgut (6) durch Entgasen und Brennen des Aufarbeitungsgutes, dadurch gekennzeichnet, daß das stückige, insbesondere in Pellet-Form vorliegende Aufarbeitungsgut (6) mittels Herdwagen (2) durch einen Gegenstrom-Tunnelofen (1, 1′) gefördert wird, welcher hintereinander in Förderrichtung der Herdwagen (2) eine erste Aufheizzone (16, 16′), eine Brennzone (17, 17′) und eine zweite Aufheizzone (18, 18′) umfaßt, wobei das zu behandelnde Aufarbeitungsgut (6) ein erstes Mal hinter der Brennzone (17, 17′) chargiert und zuerst in der zweiten Aufheizzone (18, 18′) aufgeheizt und entgast wird, wobei das aus dem Aufarbeitungsgut (6) austretende Gas mit dem Ofengasstrom in die Brennzone (17, 17′) gefördert und dort verbrannt wird, das entgaste Aufarbeitungsgut (6) nach Durchgang durch die zweite Aufheizzone (18, 18′) in die erste Aufheizzone (16, 16′) eingebracht und schließlich nach Passieren der ersten Aufheizzone (16, 16′) und der nachfolgenden Brennzone (17, 17′) dechargiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufarbeitungsgut (6) in der zweiten Aufheizzone (18, 18′) auf maximal etwa 600°C und in der ersten Aufheizzone (16, 16′) und in der Brennzone (17, 17′) auf eine Garbrandtemperatur von maximal etwa 900 bis 1200°C aufgeheizt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Behandlung von zusätzlich zu den organischen Rückständen auch anorgani­ sche Schadstoffe enthaltendem Aufarbeitungsgut (6), dadurch gekennzeichnet, daß das Aufarbeitungsgut (6) nach Durchtritt durch die Brennzone (17, 17′) und Dechar­ gierung aus dem Tunnelofen (1, 1′) in eine Sinterungszone (33) geleitet bzw. gefördert und bei einer über der Temperatur der Brennzone (17, 17′) liegenden Temperatur gesintert wird und daß das in der Sinterungszone (33) entstehende Abgas in den Tunnelofen (1, 1′) beim Ende der zweiten Aufheizzone (18, 18′) eingeleitet wird und zusammen mit dem Tunnelofengas durch den Tunnelofen (1, 1′) strömt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufarbeitungsgut (6) in der Sinterungszone (33) bis zur Sinterung auf etwa 1300 bis 1400°C aufgeheizt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Sinterungszone (33) eine reduzie­ rende Ofenatmosphäre eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufarbeitungsgut (6) in der Sinterungszone (33) laufend bewegt und stetig umgelagert wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasung über eine Zeitdauer zwischen 10 und 30 Stunden durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tunnelofengas am Beginn der ersten Aufheizzone (16) abgesaugt, ein Teil des Tunnelofengases zum Vorwärmen von dem Tunnelofen (1) zugeführter Frischluft über einen Wärmetauscher (32) abgeleitet und der andere Teil des Tunnelofengases am Ende der zweiten Aufheizzone (18) in diese eingeleitet wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren im Zuge eines Ziegelbrennens, bei dem die Tonformlinge in einer Vorwärmzone (16′) erwärmt, in einer Brennzone (17′) gebrannt und in einer Kühlzone (35) gekühlt werden, durchgeführt wird, wobei die Vorwärmzone als erste Aufheizzone (16′) und der Bereich der Kühlzone (35), in dem Temperaturen bis minimal 500°C herrschen, als zweite Aufheizzone (18′) dient und wobei das Aufarbeitungsgut (6) in mindestens einem zwischen Tonformlingsstapeln (36) vorgesehenen Aufnahmegefäß (5) durch den Tunnelofen (1′) zusammen mit den Tonformlingen transportiert wird.

10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Gegen­ strom-Tunnelofen (1, 1′) und einem durch den Gegenstrom- Tunnelofen (1, 1′) bewegbaren Herdwagenzug (2), wobei der Gegenstrom-Tunnelofen (1, 1′) an einem Ende eine Ofen­ gas-Absaugleitung (29) und am anderen Ende eine Ofen­ gas-Zuleitung (29) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Herdwagenzug mit Aufnahmegefäßen (5) für das Aufar­ beitungsgut (6) versehen ist und in Förderrichtung des Herdwagenzugs von der Ofengas-Absaugleitung beginnend in aufeinanderfolgender Reihenfolge angeordnet sind:

• - eine Einbringeinrichtung (19) für entgastes Aufarbeitungsgut (6),
• - eine erste Aufheizzone (16, 16′) für entgastes Aufarbeitungsgut (6),
• - eine Brennzone (17, 17′),
• - eine Dechargiereinrichtung (26) für gebranntes Aufarbeitungsgut (6) und eine Chargiereinrichtung (24) für aufzuarbeitendes Aufarbeitungsgut (6),
• - eine zweite Aufheiz- und Entgasungszone (18, 18′) für das aufzuarbeitende Aufarbeitungsgut (6) und
• - eine Fördereinrichtung (21, 22) zur Förderung des entgasten Aufarbeitungsgutes (6) bis zur Einbringeinrichtung (18) für das entgaste Aufarbeitungsgut (6).

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterungszone in einem Drehrohrofen (33) vorgesehen ist.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrofen (33) mit einer beim Ende der zweiten Aufheizzone (18, 18′) in den Tunnelofen (1, 1′) mündenden Leitung (34) verbunden ist.

13. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Brennzone (17, 17′) angeordnete Chargiervorrichtung (24) von mindestens einer an der Decke (25) des Tunnelofens (1, 1′) vorgesehenen verschließbaren Öffnung (24) gebil­ det ist, unter der ein Aufnahmegefäß (5) in Stellung bringbar ist und daß die Dechargiervorrichtung (26) von einer im Boden (9) des Herdwagens (2) vorgesehenen verschließbaren Öffnung (8), die in das Innere des Aufnahmegefäßes (5) mündet, gebildet ist.

14. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmegefäß (5) mit seinen Innenraum durchsetzenden, etwa horizontal und in Durchlaufrichtung des Tunnelofens (1, 1′) verlaufenden Gasdurchlässen (12) versehen ist, die an den Seitenwän­ den des Aufnahmegefäßes (5) abgestützt sind.

15. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Ofen (1′) zum Brennen von Tonformlingen ein Herdwagenzug verfahrbar ist, bei dem mindestens ein Herdwagen (2) mit mindestens einem Aufnahmegefäß (5) zur Aufnahme des Aufarbeitungs­ gutes (6) ausgestattet ist.