DE69805655T2

DE69805655T2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von glasartigen kunstfasern

Info

Publication number: DE69805655T2
Application number: DE69805655T
Authority: DE
Inventors: Lund Jensen; Moller Jensen
Original assignee: Rockwool International AS
Current assignee: Rockwool AS
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: WO1999028247A1; EP1042238A1; EP1042238B1; ATE218119T1; AU2051999A; DE69805655D1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung künstlicher glasartiger Fasern (MMVF) unter Einsatz von Abfallmaterialien als Teil des mineralischen Materials, aus dem die Fasern hergestellt werden.
Es ist üblich, MMV-Fasern durch Bilden einer Schmelze aus granulärem mineralischem Material und dann Bilden von Fasern aus dieser Schmelze, z. B. durch ein Schleuder-Faserbildungsverfahren, herzustellen.
Es werden verschiedene Arten von Öfen zur Bildung der Schmelze eingesetzt, wobei die Wahl u. a. von der Zusammensetzung der zu schmelzenden Charge und der Wirtschaftlichkeit der Energiequelle abhängt.
Ein weit verbreiteter Ofentyp, insbesondere zur Herstellung von Fasern aus Gestein (einschließlich Stein oder Schlacke), ist ein Schachtofen. Darin wird eine Schichtung aus granulärem mineralischem Material (z. B. zerkleinertem Gestein oder Briketts) erwärmt und die Schmelze fließt zum Boden der Schichtung ab. Beim Erwärmen des granulären Materials und bevor es schmilzt können flüchtige Substanzen in das Abgas freigesetzt werden. Die Erwärmung des granulären Materials erfolgt zumindest teilweise durch Verbrennung von Gas oder festem Brennstoff im Ofen und daher ist es notwendig, beträchtliche Mengen an Abgas aus dem Ofen abzulassen. Dieses muß zur Vermeidung von Umweltverschmutzung behandelt werden.
Ein anderer Ofentyp ist ein Wannenofen, worunter Gas- oder Öl-gefeuerte Wannenöfen, Molybdän- und Graphitelektroden-Wannenöfen und elektrische Lichtbogenöfen eingeschlossen sind. In jedem von diesen wird das zu schmelzende Mineral zu einem Schmelzreservoir gegeben, das in der Wanne enthalten ist, und es wird eine ausreichende Wärmeenergie mittels Elektrizität oder Verbrennung zugeführt, um das zugegebene feste Mineral zu schmelzen. Beim Erwärmen durch Verbrennung müssen die Abgase aus dem Wannenofen behandelt werden, um Verschmutzung zu vermeiden.
Es ist unabhängig davon, ob der Ofen ein Schachtofen oder ein Wannenofen ist, üblich, die Schmelze aus einer Mischung von Materialien zu bilden, und es ist üblich, Nebenprodukte von anderen industriellen Verfahren als Teil der mineralischen Materialien einzusetzen. Zum Beispiel ist es üblich, verschiedene Flugaschen- Produkte oder Mineralwollabfall als Teil der mineralischen Charge zuzugeben. Die Flugasche und andere Abfallprodukte, die üblicherweise verwendet werden, müssen frei von nicht annehmbaren flüchtigen Substanzen oder anderen giftigen Komponenten sein, da die vorhandenen Verfahren dergestalt sind, daß die Aufnahme derartiger Komponenten in die Charge zu unannehmbaren Problemen führen würde, entweder bei der Steuerung der Qualität der Schmelze oder bei der Steuerung der Emission des Verfahrens. Zum Beispiel mußten bislang Abfälle mit beträchtlichen Mengen an Zink, Quecksilber, Blei, Cadmium, Fluor, Chlor oder Schwefel oder organischen oder anderen Verbindungen, die während der Ofenbehandlung unter Bildung giftiger Komponenten, wie z. B. von Dioxinen, reagieren könnten, für die Berücksichtigung als Mineral bei der MMVF-Herstellung ausgeschlossen werden.
Verfahren, in denen giftige Abfälle verwendet werden, um einen Teil der mineralischen Charge bereitzustellen, die dann in Mineralfasern überführt werden kann, sind in US-A-5134944 und US-A-5496392 beschrieben. Dabei handelt es sich aber um komplizierte Verfahren und sie bieten keinen einfachen und effizienten Weg für den Einsatz von Abfallstoffen bei Herstellung von MMV-Fasern.
In WO-A-91/03435 wird ein Verfahren beschrieben, in welchem Mineralwollabfall in einem Ofen durch Verbrennungsgase geschmolzen wird und diese Schmelze mit der Schmelze von einem anderen Ofen kombiniert wird, um ein Schmelzgemisch zu bilden, aus dem dann MMV-Fasern gebildet werden. Das von der mineralischen Hauptcharge gesonderte Schmelzen des Abfalls vermeidet die Notwendigkeit, den Abfall in Briketts oder Granulat umzuwandeln, aber dieses Verfahren hat für das ernsthaftere Problem, einen Abfall zu verwenden, der von Zeit zu Zeit mit flüchtigen oder giftigen Verbindungen kontaminiert sein kann, keine Bedeutung.
In US-A-2311870 wird der chemische Gehalt einer Endschmelze durch Mischen geeigneter Anteile von Schmelzen aus zwei verschiedenen Öfen erhalten, die jeweils eine unterschiedliche Charge enthalten, und zusätzliches festes Material kann dann zum Schmelzgemisch gegeben werden, während die Erwärmung durch Verbrennung weiter erfolgt, um die gewünschte Schmelztemperatur aufrechtzuerhalten. Wiederum hilft dies nicht zur Lösung der Probleme, denen man begegnet, wenn der Abfall von Zeit zu Zeit flüchtige Substanzen oder andere giftige Komponenten enthalten kann.
FR-A-2711078 offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Abfallmaterialien durch Schmelzen unter Bildung einer glasartigen Matrix, um den Abfall zu immobilisieren.
Es wäre zweckmäßig, ein System zur Herstellung von MMV-Fasern aus einer Charge bereitzustellen, welche Abfallmaterialien beinhalten kann, die von Zeit zu Zeit giftige oder flüchtige Komponenten enthalten können, ohne daß unerwünschte Folgen bezüglich der Fasern oder der Umwelt verursacht werden.
Nach der Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung von künstlichen glasartigen Fasern bereitgestellt, welches umfaßt das Bereitstellen einer faserbildenden mineralischen Schmelze aus granulärem mineralischem Primärmaterial und mineralischem Abfallmaterial und das Bilden von Fasern aus der faserbildenden Schmelze, worin
das granuläre mineralische Primärmaterial in einem Primärofen geschmolzen wird, wodurch in dem Primärofen eine Primärschmelze gebildet wird,
das Abfallmaterial (oder Sekundärmaterial) in einem gesonderten Ofen für den Abfall, der ein Elektroofen oder ein Plasmabrennerofen ist, geschmolzen wird, wodurch in dem Ofen für den Abfall eine Abfallschmelze gebildet wird, und
die Primärschmelze und die Abfallschmelze unter Bildung der faserbildenden mineralischen Schmelze gemischt werden:
Auf diese Weise wird nach der Erfindung das granuläre Abfallmaterial in einem Ofen geschmolzen, der abgesondert ist von dem Ofen, in welchem der Rest des granulären mineralischen Materials geschmolzen wird, und der Ofen für den Abfall ist ein Elektroofen oder ein Plasmabrennerofen, wodurch Abgase aus dem Abfall minimiert werden.
Als Folge des Schmelzens des Primärmaterials in einem Ofen und des Abfallmaterials in einem anderen ist es nun möglich, die Bedingungen für jedes zu optimieren, während bei einem Schmelzen aller Materialien in einem einzigen Ofen dann ein Kompromiß notwendig ist, der im allgemeinen weder für das Primärmaterial noch für das Abfallmaterial ein Optimum darstellt.
Als ein Beispiel sei aufgeführt, daß einige Abfälle eine höhere Energie oder Temperatur benötigen als für ein optimales Schmelzen des mineralischen Primärmaterials erforderlich sind. Durch das Schmelzen in gesonderten Öfen können die Bedingungen in jedem für ein Optimum für das spezielle Material ausgewählt werden. Wenn es z. B. notwendig ist, das Abfallmaterial auf eine höhere Temperatur zu erwärmen, z. B. um giftige oder flüchtige Substanzen zu zerstören oder auszutreiben, kann dies nun erfolgen, ohne die Gesamtcharge auf diese Temperatur erwärmen zu müssen.
Als anderes Beispiel sei aufgeführt, daß Abfall, der von Zeit zu Zeit (oder häufiger) verwendet wird, giftige oder flüchtige Substanzen enthalten kann, so daß besondere Vorkehrungen bezüglich der Handhabung von Abgasen aus derartigen Abfällen getroffen werden müssen. Durch das Schmelzen des Primärmaterials und des Abfalls in gesonderten Öfen ist es möglich, die speziellen Vorkehrungen wirksamer auf das Abgas vom Abfall zu konzentrieren. Ferner wird der Ofen für den Abfall durch Energiequellen erwärmt, die selbst keine großen Mengen an Verbrennungsgasen oder anderen Abgasen erzeugen. Obwohl der Primärofen große Mengen an herkömmlichen Verbrennungsabgasen erzeugen kann, ist der Ofen für den Abfall daher vorzugsweise ein Elektroofen, damit die Menge an Verbrennungsgasen, die sich mit dem Abgas aus dem Ofen für den Abfall mischen, beseitigt oder minimiert wird. Statt eines Elektroofens kann ein Lichtbogenplasmaofen als Ofen für den Abfall eingesetzt werden, da die mit einem Plasmabogen verbundene Gasmenge relativ gering sein kann.
Durch die Vermeidung der Beimischung von giftigen oder flüchtigen Emissionen aus dem Ofen für den Abfall mit der Menge an Verbrennungsgasen, die normalerweise zum Schmelzen einer mineralischen Charge erforderlich sind, ist es möglich, die Emission sehr viel wirksamer zu steuern und zu sammeln und dadurch deren Freisetzung in die Umgebung zu vermeiden.
Die Steuerung der Emission kann ein bloßes Sammeln durch Waschen unerwünschter Komponenten oder durch eine andere Weise und Verklappen der gesammelten Materialien umfassen oder das Verfahren kann unter derartigen Bedingungen ausgeführt werden, daß das Abgas von dem Sekundärofen für den Abfall eine ausreichend hohe Konzentration von einem oder mehreren aufweisen kann, so daß eine wirksame Rückgewinnung erleichtert wird. Tatsächlich kann die Rückgewinnung so effizient sein, daß flüchtige Substanzen oder andere giftige Materialien aus dem Austrittsmedium so rückgewonnen werden können, daß das rückgewonnene Material dann als Quelle für das Material in anderen industriellen Verfahren verwendet werden kann. Beispielsweise können Schwermetalle in nützlicher Weise aus Abgasen aus einem Ofen für Abfall rückgewonnen werden, vorausgesetzt, daß diese Gase nicht mit großen Abgasmengen vom Schmelzvorgang des Produkts, das wenig oder kein Schwermetall enthält, verdünnt sind.
Ferner ist es durch das Schmelzen des Abfalls in einem gesonderten Ofen möglich, Bedingungen zu wählen, die eher die Fixierung der giftigen oder flüchtigen Materialien in der Schmelze, z. B. im Silicatgitter der Schmelze, als die Verflüchtigung aus der Schmelze unterstützen. Zum Beispiel können im Ofen für den Abfall oxidierende Bedingungen aufrechterhalten werden, um die Auflösung von Eisen und Kupfer in die Schmelze zu unterstützen und die Trennung von Eisen oder Kupfer zu minimieren oder zu verhindern, die bei reduzierenden Bedingungen wahrscheinlich ist. Statt der Steuerung der Schmelzbedingungen oder zusätzlich dazu können Sauerstoff oder ein anderes oxidierendes Gas durch die Abfallschmelze oder das Schmelzgemisch geblasen werden, um den gewünschten oxidierten Zustand in der Schmelze zu erreichen, um die Trennung von Eisen oder Kupfer zu minimieren. Dieses Einblasen von Sauerstoff kann nur bei der Abfallschmelze oder bei einer Mischung der Abfall- und Primärschmelzen erfolgen.
Wenn sie sich aus der Schmelze verflüchtigen, können sie zusätzlich oder alternativ aus den Abgasen rückgewonnen werden und sie können In das mineralische Material in dem Ofen für den Abfall oder in einigen Fällen sogar zum Primärofen zurückgeführt werden, da diese Rückführung die Menge an entsprechendem Material, das im Silicatgitter fixiert wird oder auf andere Weise in der Schmelze gehalten wird, steigert.
Die chemische Analyse von einer oder von beiden Schmelzen kann mitlaufend kontinuierlich oder gelegentlich überwacht werden (z. B. durch Laserplasma-Spektroskopie, Laserinduzierte Abbauspektroskopie oder Röntgenstrahlfluoreszenz) und wenn die Analyse vom gewünschten Wert abweicht, dann ist es möglich, diese Schmelze durch Zugabe eines modifizierenden Materials zu dieser Schmelze zu modifizieren, ohne daß die andere Schmelze modifiziert werden muß. Wenn der Ofen für den Abfall z. B. eine Schmelze mit einer chemischen Analyse bildet, die in z. B. einem Element unzureichend ist, kann festes pulverförmiges Additivmaterial mit einer hohen Konzentration (über 20 oder 40%) an diesem Element zum Abfall gegeben werden, gewöhnlich entweder direkt oberhalb der Schmelze (so daß es in sie hineinbefördert wird) oder direkt in die Schmelze. Zum Beispiel kann es, häufig in Pulverform, mit einem Schneckendosierer auf die Schmelze oder unterhalb der Schmelze zugegeben werden oder das pulverförmige Material, mitgeführt von Luft oder einem anderen Gas, kann gerade oberhalb der Schmelze in den Ofen eingeblasen werden oder es werden Blaslanzen verwendet, die eine Mischung von dem Material und Gas unterhalb der Oberfläche der Schmelze abgeben. Wenn die Schmelze z. B. weniger Aluminium als erforderlich enthält, können Bauxit oder eine andere Verbindung mit hohem Aluminiumgehalt (über 20% oder 40%) als Pulver eingeblasen werden.
Die Notwendigkeit der chemischen Modifizierung der Schmelze ergibt sich im allgemeinen überwiegend bei der Abfallschmelze wegen der möglichen variablen Beschaffenheit des Abfalls, aber die chemische Zugabe kann, falls gewünscht, zusätzlich oder alternativ bei der Primärschmelze erfolgen. Die Zugabe eines chemischen Additivs zum Ausgleich von Mängeln in der Analyse kann automatisch als Antwort auf die Analyse erfolgen oder sie kann manuell ausgeführt werden.
In ähnlicher Weise kann die Temperatur von einer der Schmelzen überwacht werden, z. B. durch ein Strahlungspyrometer oder einen wärmebeständigen, korrosionsbeständigen Thermosensor, und die Temperatur der Schmelze kann als Antwort darauf eingestellt werden. Dies kann durch Erwärmen oder Abkühlen erfolgen.
Diese verschiedenen Modifikationen der chemischen Analyse, des Reduktions- oder Oxidationszustands oder der Temperatur der Schmelze erfolgen gewöhnlich bei der Abfallschmelze, wenn diese unabhängig gebildet wird, oder beim Schmelzgemisch, aber sie können, falls gewünscht, zusätzlich oder alternativ bei der Primärschmelze angewendet werden.
Die Primärschmelze und die Abfallschmelze können in einem der Öfen oder in einer gesonderten Kammer gemischt werden. Zum Beispiel können die Primärschmelze und die Abfallschmelze jeweils einzeln aus ihren betreffenden Öfen zu einer Mischzone geführt werden, in der sie gemischt werden, bevor das Schmelzgemisch zur Bildung von MMV-Fasern verwendet wird. Zum Beispiel kann jede der Schmelzen zu einer Mulde geleitet werden, durch die die Schmelzen fließen, während sie gemischt werden, aber es ist üblicher, die Schmelzen jeweils zu einer Kammer zu führen, in der sie gemischt werden und von wo das Schmelzgemisch zur MMVF-Produktionsstufe geführt wird.
In einem anderen Verfahren wird die Abfallschmelze vom Ofen für den Abfall in den Primärofen geführt, in dem sie mit der Primärschmelze unter Bildung eines Schmelzgemisches gemischt wird, das dann für die MMVF-Produktion verwendet wird.
Im bevorzugten Verfahren wird die Primärschmelze vom Primärofen zum Ofen für den Abfall geleitet, in dem sie mit der Abfallschmelze unter Bildung des Schmelzgemischs gemischt wird, das dann, gegebenenfalls nach Oxidation, Reduktion oder einer anderen chemischen Modifizierung, für die MMVF-Produktion verwendet wird.
Bei dem Primärofen kann es sich um jeden Ofentyp handeln, der zum Schmelzen von granulärem mineralischem Material zur Bereitstellung einer Schmelze für die Bildung von Fasern geeignet ist. Dementsprechend kann es sich z. B. um einen Wannenofen handeln, von dem Gas- oder Öl-gefeuerte Wannenöfen, Molybdän- oder Graphitelektroden-Wannenöfen und elektrische Lichtbogenöfen eingeschlossen sind. Vorzugsweise handelt es sich um einen Schachtofen, der durch Verbrennung von Gas oder festem Brennstoff geheizt wird. Der Primärofen ist vorzugsweise ein Kupolofen.
Die Erwärmung des Sekundärofens erfolgt vorzugsweise elektrisch, um die Bildung von Verbrennungsgasen zu vermeiden, die sich mit Abgasen mischen, die mit dem Schmelzen des Abfalls verbunden sind. Aber auch das Erwärmen des Sekundärofens durch einen Plasmabrenner kann zufriedenstellend sein, da das Gasvolumen, das mit dem Plasmabrenner verbunden ist und sich mit irgendwelchen Abgasen mischt, zufriedenstellend gering sein kann.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden die Primärschmelze aus einem Kupolofen oder einem anderen Schachtofen und die Abfallschmelze aus einem elektrisch beheizten Ofen für den Abfall oder einem Plasmabrennerofen für den Abfall in eine Mischkammer geleitet und dort gemischt, um die gewünschte faserbildende Mineralschmelze zu bilden. Die Mischkammer kann durch Verbrennung von z. B. Gas oder durch einen Plasmabrenner oder elektrisch erwärmt werden, häufig ist aber eine Erwärmung unnötig.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung reichert sich die Primärschmelze als Sumpf im Boden des Schachtofens (z. B. üblicherweise des Kupolofens) an und die Abfallschmelze wird in einem gesonderten Ofen (gewöhnlich einem Elektroofen) gebildet und in den Sumpf der Primärschmelze im Primärofen zugemischt.
In dieser Ausführungsform können der Primärofen und der Ofen für den Abfall voneinander getrennt sein. Immer wenn Schmelze in einen Ofen geführt wird, müssen die Drücke innerhalb und außerhalb des Ofens derart sein, daß der Eintritt der Schmelze in den Ofen ermöglicht wird. Wenn z. B. die Schmelze in den Boden eines Schachtofens geleitet wird (der notwendigerweise unter Überdruck betrieben wird), muß eine ausreichende Druckhöhe für die Abfallschmelze an der Stelle erzeugt werden, an der die Abfallschmelze in den Ofen geleitet wird, um zu gewährleisten, daß die Abfallschmelze tatsächlich in den Ofen fließt. Wenn z. B. die Abfallschmelze wie üblich nahe des Ofenbodens in den Schachtofen zugeführt wird, kann sie über einen umgekehrten Trichter, dessen oberes Ende höher liegt als die Stelle, an der das Schmelzgemisch aus dem Ofen zum MMVF-Produktionsverfahren abfließt, zugeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform fließt die Schmelze im Primärofen aus dem Primärofen in den Ofen für den Abfall ab und wird der Abfall durch Erwärmen im Ofen für den Abfall geschmolzen. Zum Beispiel kann es sich bei dem Primärofen um einen Kupolofen mit Trockenfeuerung handeln, von dem die Schmelze in einen gesonderten Ofen abfließen kann, der im allgemeinen unter dem gleichen Druck wie der Primärofen steht. Bei diesem gesonderten Ofen kann es sich z. B. um eine Eisenschmelze-Abtrennvorrichtung handeln. Das heißt, es kann sich um eine Kammer handeln, in die die gesamte Schmelze fließt und worin geschmolzenes Eisen sich am Boden absetzt (und abgestochen wird), während der Rest der Schmelze aus der Abtrennvorrichtung überläuft und zur Faserbildungsvorrichtung geführt wird.
Bei dieser Ausführungsform besteht der Ofen für den Abfall im allgemeinen aus dieser Eisenschmelze-Abtrennvorrichtung oder einem anderen Kessel, in die die Schmelze aus dem Primärofen fließt. Gewöhnlich wird das Abfallmaterial hinunter auf die Schmelze in diesem Kessel geleitet und gleichzeitig durch elektrisches Erwärmen (oder Plasmabrenner-Erwärmen) geschmolzen und mit der Primärschmelze gemischt. Falls gewünscht, kann ein Teil des Abfalls in den Ofen für den Abfall eingeblasen werden, aber dies und alle Verfahren, die zur Steigerung des im Kontakt mit dem Abfall befindlichen Gasstroms führen, können eine nachteilige Erhöhung des Gesamtvolumens an Abgas ergeben und so gegebenenfalls eine Abgas-Sonderbehandlung erforderlich machen, um das Abgas vor dem Austritt in die Atmosphäre zu reinigen.
Bei dem granulären mineralischen Primärmaterial, das in den Verfahren nach der Erfindung verwendet wird, kann es sich um jedwedes mineralische Material handeln, das üblicherweise zur Bildung von MMVF-Produkten eingesetzt wird. Es kann sich um frisches Material oder wiederverwertete MMVF-Produkte oder um Abfallmaterialien aus anderen Verfahren handeln, sie sollten aber vorzugsweise im wesentlichen frei (unter 0,1% und gewöhnlich unter 0,01% und gewöhnlich im wesentlichen 0 ppm) von Komponenten wie Cadmium, Quecksilber, Blei, Zink, Schwefel und Halogen oder giftigen organischen Substanzen sein. Das Material liegt in der üblichen Granulatform vor, die Größe des Granulats wird nach der Beschaffenheit des Ofens ausgewählt. Wenn der Ofen z. B. ein Wannenofen ist, beträgt die Abmessung des Granulats gewöhnlich bis zu etwa 25 mm, während bei einem Kupolofen oder einem anderen Schachtofen die Abmessung des Granulats gewöhnlich größer ist, gewöhnlich über 50 mm für zerkleinertes Gestein oder Briketts.
Die mineralischen Abfallmaterialien, die im Ofen für den Abfall nach den Verfahren der Erfindung behandelt werden, können mit Materialien verunreinigt sein, die normalerweise für den Einsatz als Charge zur Herstellung einer MMVF-Schmelze nicht akzeptabel wären. Ein Vorteil der Erfindung besteht aber darin, daß die Verfahrensgestaltung trotz Variationen im Abfall zufriedenstellende Ergebnisse ergibt und das Verfahren daher unter Verwendung von variablem Abfall ausgeführt werden kann, der über einen gewissen Zeitraum im wesentlichen frei von unerwünschter Verunreinigung sein kann, der aber von Zeit zu Zeit unerwünschte Verunreinigungen enthält. Bei dieser unerwünschten Verunreinigung kann es sich z. B. um Gehalte von mehr als 0,1% oder gewöhnlicher 0,2 oder 0,3% Halogen oder sogar geringeren Mengen an organischen giftigen Verbindungen oder Elementen wie Quecksilber, Blei, Zink oder Cadmium, z. B. in Mengen von mehr als 0,01% und häufig über 0,1%, handeln.
Geeignete Abfallstoffe, die nach der Erfindung verwendet werden können, beinhalten Schlacken aus der Hüttenindustrie, insbesondere Schlacken aus der Stahlproduktion, wie Konverterschlacken oder EAF-Schlacken, und Schlacken aus der Eisenlegierungs-Industrie, wie Ferrochrom-, Ferromangan- oder Ferrosilicium- Schlacken, Schlacken und Rückstände aus der Primärproduktion von Aluminium, wie verbrauchte Aluminiumbehälterverkleidung oder Rotschlamm, getrockneten Schlamm oder Naßschlamm aus der Papierindustrie, Klärschlarnm, Melasse, Bleicherde, Rückstände aus der Hausmüllverbrennung oder Bndustriemüllverbrennung, insbesondere Schlacken oder Filteraschen aus der Verbrennung von festem Hausmüll, Glasabfall (oder Schlacken) aus der Verglasung anderer Abfallprodukte, Glasbruch, Abfallprodukte aus der Montanindustrie, insbesondere Grubenstein aus dem Kohleabbau, Rückstände aus der Verbrennung von fossilen Brennstoffen, insbesondere aus der Verbrennung von Kohle in Kraftwerken, verbrauchten Schleifsand, verbrauchten Formsand aus dem Eisen- und Stahlguß, Siebsand-Abfall, glasverstärkten Kunststoff und Feinteile und Bruchabfall aus der Keramik- und Ziegelindustrie. Toxisches, frisches Gestein kann auch als Abfall verwendet werden. Andere geeignete Abfälle beinhalten solche aus der Sekundärproduktion von Aluminium, die häufig allgemein als "Aluminiumkrätze" oder "Aluminiumoxidkrätze" beschrieben werden. Es können insbesondere Abfallmaterialien verwendet werden, die 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 6 Gew.-%, bevorzugter unter 5 Gew.-% Aluminiummetall und 50 bis 90 Gew.-%, bevorzugt unter 85 Gew.-%, bevorzugter 60 bis 72 Gew.-% Aluminiumoxid, Al&sub2;O&sub3;, enthalten. Abfallstoffe aus Aluminium-Gußverfahren sind besonders geeignet. Diese Verfahren liefern ein spezielles aluminiumreiches Abfallmaterial, das in der Industrie als "Alukrätze" bezeichnet wird. Dies enthält in der Regel bedeutende Anteile an metallischem Aluminium und wird daher behandelt, um das Aluminiummetall zurückzugewinnen. Die Alukrätze wird im allgemeinen zerkleinert, gemahlen und gesiebt. Dies ergibt etwas Aluminium für den Wiederverkauf und eine aluminiumreiche Fraktion, die zur Wiederverwendung in einen Ofen gegeben wird. Als Nebenprodukt wird auch ein aluminiumreiches Pulver produziert, das als "zerkleinerte Alukrätze" bezeichnet wird. Die aluminiumreiche Fraktion wird gegebenenfalls mit anderen Aluminium enthaltenden Abfallmaterialien zum Wiederaufschmelzen in einen Ofen gegeben. Dabei kann es sich um einen Drehofen oder einen Brennofen handeln. Der Aluminiumabfall kann einem Plasma-Erwärmen unterworfen werden. Es kann auch ein herkömmlicher Ofen verwendet werden. In den Ofen wird gewöhnlich Salz gegeben, um die Oberflächenspannung des Aluminiums zu verringern und die Oxidation zu vermindern. Dieses Verfahren erzeugt eine Aluminiumfraktion für den Wiederverkauf, mehr Alukrätze und ein Salzschlackenmaterial. Die Salzschlacke kann mit einem naßchemischen Verfahren behandelt werden (das Waschen mit Wasser und eine Hochtemperaturbehandlung beinhaltet), das eine Salzfraktion, die zum Ofen zurückgeführt wird, und ein weiteres aluminiumreiches Pulver, das als "behandelte Aluminiumsalzschlacke" bezeichnet wird, erzeugt. Materialien dieses Typs werden für den Einbau in Briketts in der Veröffentlichung WO-A-99/28252 beschrieben, worauf Bezug genommen werden sollte.
Das Verhältnis von Primärmaterialien zu Abfallmaterialien liegt im allgemeinen im Bereich von 20 : 1 bis 1 : 1, z. B. 5 : 1 bis 2 : 1 (bezogen auf das Gewicht).
Die Primär- und Abfallmaterialien können ausgewählt werden, um ein Endschmelzgemisch und damit Fasern mit jeder beliebigen erforderlichen Zusammensetzungsanalyse bereitzustellen. Das Verfahren kann mitlaufend gesteuert werden, wie in unserer Veröffentlichung WO-A-99/28251 beschrieben. Die MMV-Fasern können eine Analyse aufweisen, die für herkömmliche Glas-, Gesteins-, Schlacken- oder Steinwollfasern typisch ist. Die Erfindung ist jedoch für die Herstellung von Fasern mit hohem Aluminiumgehalt von besonderem Wert, wobei es in diesem Fall zweckmäßig ist, als Teil der Charge oder für die gesamte Charge eine Quelle mit hohem Aluminiumgehalt, wie z. B. Gehlenit, Sillimanit, Kyanit, Andalusit oder Bauxit, gewöhnlich im Primärofen, und/oder ein Abfallmaterial mit hohem Aluminiumgehalt, wie z. B. Schlacken und Rückstände aus der Primär- oder Sekundärproduktion von Aluminium (z. B. wie vorstehend erläutert) aufzunehmen. Rohmaterialien mit hohem Aluminiumgehalt, wie z. B. Bauxit oder irgendeiner der vorstehend genannten Tone, können zum Abfall oder zu den Schmelzgemischen oder zum Primärofen gegeben werden, z. B. durch Einblasen in die Schmelze in den Primärofen oder durch Einblasen in den Ofen gerade oberhalb der Schmelze, z. B. wie in unserer Veröffentlichung WO-A-99/28249 beschrieben.
Geeignete biolösliche Fasern mit hohem Aluminiumgehalt, die nach der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise hergestellt werden können, sind in WO-A- 96/14454 und WO A-96/14274 beschrieben. Andere sind in WO-A-97/29057, DE-U- 2970027 und WO-A-97/30002 beschrieben. Auf diese alle sollte Bezug genommen werden. Im allgemeinen weisen die Fasern und die Schmelze, aus der sie gebildet werden, eine Analyse (ermittelt als Gew.-% Oxide) innerhalb der durch die folgenden normalen und bevorzugten Unter- und Obergrenzen definierten verschiedenen Bereiche auf:
SiO&sub2; mindestens 30, 32, 35 oder 37, nicht mehr als 51, 48, 45 oder 43
Al&sub2;O&sub3; mindestens 14, 15, 16 oder 18, nicht mehr als 35, 30, 26 oder 23
CaO mindestens 2, 8 oder 10, nicht mehr als 30, 25 oder 20
MgO Null oder mindestens 2 oder 5, nicht mehr als 25, 20 oder 15
FeO (einschließlich Fe&sub2;O&sub3;) O, mindestens 2, 5, nicht mehr als 15, 12 oder 10
FeO + MgO mindestens 10, 12, 15, nicht mehr als 30, 25, 20
Na&sub2;O + K&sub2;O Null oder mindestens 1, nicht mehr als 19, 14, 10
CaO + Na&sub2;O + K&sub2;O mindestens 10, 15, nicht mehr als 30, 25
TiO&sub2; Null oder mindestens 1, nicht mehr als 6, 4, 2
TiO&sub2; + FeO mindestens 4, 6, nicht mehr als 18, 12
B&sub2;O&sub3; Null oder mindestens 1, nicht mehr als 5, 3
P&sub2;O&sub5; Null oder mindestens 1, nicht mehr als 8, 5
Andere Null oder mindestens 1, nicht mehr als 8, 5.
Die Fasern haben vorzugsweise eine Sintertemperatur oberhalb 800ºC, bevorzugter oberhalb 1.000ºC.
Die Schmelze hat vorzugsweise eine Viskosität bei der Faserbildungstemperatur von 5 bis 100 Poise, bevorzugter 10 bis 70 Poise, bei 1.400ºC.
Die Fasern haben vorzugsweise eine geeignete Löslichkeit in Lungenflüssigkeit, wie durch in vivo-Tests oder in vitro-Tests gezeigt wird, die typischerweise in physiologischer Kochsalzlösung, die auf einen pH-Wert von etwa 4,5 gepuffert ist, ausgeführt werden. Geeignete Löslichkeiten sind in WO-A-96/14454 beschrieben.
Gewöhnlich beträgt die Auflösungsgeschwindigkeit in dieser Kochsalzlösung mindestens 10 oder 20 nm pro Tag.
Die bevorzugten Fasern, die erfindungsgemäß hergestellt werden, haben eine Analyse, die mindestens 15%, gewöhnlich mindestens 17% und meistens mindestens 18% Al&sub2;O&sub3; enthält, z. B. bis zu 30, 35 oder 40%.
Die MMV-Fasern können aus der faserbildenden mineralischen Schmelze in herkömmlicher Weise hergestellt werden. Im allgemeinen werden sie durch ein Faserbildungs-Schleuderverfahren hergestellt. Zum Beispiel können die Fasern durch ein Schleuderbecherverfahren gebildet werden, in welchem die Schmelze durch Perforationen in einem Schleuderbecher nach außen geschleudert wird, oder die Schmelze kann von einer Drehscheibe abgeschleudert werden und die Faserbildung kann durch Einblasen von Gasstrahlen durch die Schmelze gefördert werden oder die Faserbildung kann durch Gießen der Schmelze auf einen ersten Rotor einer Kaskaden-Schleudervorrichtung ausgeführt werden. Vorzugsweise wird die Schmelze auf den ersten eines Satzes von 2, 3 oder 4 Rotoren gegossen, die sich jeweils um eine im wesentlichen horizontale Achse drehen, wodurch die Schmelze auf dem ersten Rotor überwiegend auf den zweiten (unteren) Rotor geschleudert wird, obwohl etwas von dem ersten Rotor als Fasern abgeschleudert werden kann, und die Schmelze auf dem zweiten Rotor wird als Fasern abgeschleudert, obwohl etwas zum dritten (unteren) Rotor geschleudert werden kann, usw.
Die Erfindung beinhaltet sowohl das neue Verfahren als auch eine Anordnung von Öfen und anderen Vorrichtungen, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.
Daher wird nach einem zweiten Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung zur Bildung von künstlichen glasartigen Fasern bereitgestellt, welche umfaßt
(a) einen Primärofen (1), in welchem granuläres Primärmaterial unter Bildung einer Primärschmelze geschmolzen werden kann,
(b) einen gesonderten Ofen für Abfall (24), in welchem mineralisches Abfallmaterial unter Bildung einer Abfallschmelze geschmolzen werden kann,
(c) eine Einrichtung zum Mischen der Primärschmelze und der Abfallschmelze und
(d) eine Einrichtung zum Bilden von Fasern aus dem Schmelzgemisch, und dadurch gekennzeichnet ist, daß der gesonderte Ofen für den Abfall ein Elektroofen oder ein Plasmabrennerofen ist.
Die folgenden Zeichnungen und die folgende Beschreibung erläutern die Anordnungen von Vorrichtungen, die für den Einsatz im Verfahren geeignet sind. In diesen Zeichnungen
ist Fig. 1 eine graphische Darstellung der Vorrichtung für ein Verfahren, worin die Abfallschmelze mit der Primärschmelze im Primärofen gemischt wird, und
zeigen Fig. 2 und 3 zwei unterschiedliche Anordnungen, worin die Primärschmelze mit der Abfallschmelze im Ofen für den Abfall gemischt wird.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird ein Kupolofen 1 mit Winddüsen 2 gerade oberhalb des Bodens oberhalb der Stelle, wo sich die flüssige Schmelze 3 anreichert, vorgesehen. Diese Schmelze wird durch Schmelzen einer Schichtung 4 einer mineralischen Charge gebildet, die Kohlenstoff-haltiges Material enthält, das durch über die Winddüsen eingeblasenen Sauerstoff verbrannt wird. Der Ofen weist einen üblichen Siphon-Auslaß 5 auf, der zu einer Schmelzrinne 6 führt, über die die Schmelze zum ersten Rotor 7 einer Kaskade von Rotoren in einer Zentrifugalschleudervorrichtung 8 abfließt.
Abfallbunker 20 und 21 sind mit individuellen Schneckenförderern 22 und 23 versehen, die unabhängig ausgewählte Mengen an Abfall zum Ofen für den Abfall 24 liefern können, der mit Elektroden 25 zum Erwärmen und Schmelzen des Abfalls im Ofen 24 versehen ist.
Der Ofen kann um eine horizontale Achse 26 gekippt werden, wodurch Schmelze über einen Schmelzen-Auslaßdurchgang 27 zu einer Öffnung 28, die durch ein Ventil 29 steuerbar ist, abgegeben werden kann. Über die Öffnung 28 wird in den Einlaß-Siphon 9 entladen. Durch Steuerung des Kippvorgangs des Ofens 24 und durch Einstellung des Ventils 29 ist es möglich, die Höhe 10 der Schmelze im Einlaß 9 so einzustellen, daß sie ausreichend hoch liegt, um das Fließen der Schmelze durch den Einlaß 9 in den Schmelzsumpf 3 im Boden des Kupolofens 1 zu gewährleisten. Gewöhnlich wird das Schmelzenventil 29 permanent offengehalten und man läßt die Schmelze aus dem Ofen 24 nur durch das geeignete Kippen des Ofens 24 in den Einlaß 9 fließen.
Die Schmelze im Ofen 24 kann kontinuierlich oder gelegentlich einer chemischen Analyse unterzogen werden, wie vorstehend erläutert, und die Fördereinrichtungen 22 und 23 können als Antwort auf die Analyse eingestellt werden, um die Schmelze mit der gewünschten Zusammensetzung zu versorgen. Sauerstoff kann durch die Schmelze im Ofen 24 geblasen werden, falls dies erforderlich ist, um die Oxidation von Elementen wie Kupfer und Eisen in der Schmelze zu fördern.
Wenn einer der oder beide Abfälle 20 und 21 zusammen nicht eine Abfallschmelze mit einem ausreichend hohen Gehalt an z. B. Aluminium ergeben und wenn die Charge 4 im Kupolofen 1 ebenfalls keine ausreichende Menge an Aluminium bereitstellt, können Bauxit oder ein anderes Pulver mit hohem Aluminiumgehalt zur Schmelze im Ofen 24 gegeben werden oder es kann durch die Winddüsen 2 eingeblasen werden.
In der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung fließt Schmelze aus dem Kupolofen 1 von dem Schmelzsumpf 3 durch den Siphon-Auslaß 5 in den Ofen für den Abfall 24 ab, in den Abfall von einem Abfallbunker 20 eingespeist wird und der mit Elektroden 25 zum Elektroschmelzen des Abfalls im Ofen 24 versehen ist. Eine Gaszufuhr-Blaslanze 30 ist vorgesehen, um Sauerstoff in die Schmelze 24 zu blasen, wenn es zur Oxidation der Schmelze erforderlich ist, und ein Rauchgasaustritt 31 ist vorgesehen, um das Ablassen des sich ergebenden Abgases zu ermöglichen.
Die Primärschmelze aus dem Ofen 1 wird in den Ofen für den Abfall 24 über einen Luftschleuseneinlaß 32 geführt.
Das Gemisch von Primärschmelze und Abfallschmelze fließt aus dem Ofen 24 über den Auslaß 33, der durch ein Schmelzenventil 34 gesteuert wird, ab und fließt über Rinnen 6 auf ein Rad 7 der Zentrifugalschleudervorrichtung 8.
Die Schmelze kann analysiert werden, z. B. wenn sie entlang der Rinne 6 fließt, und Material kann über die Gaseinspritzanlagen eingeführt werden, um die Zusammensetzung der Schmelze nach Bedarf zu ändern. Zusätzlich oder alternativ kann Material über die Winddüsen 2 zugegeben werden oder es kann auf ähnliche Weise zum Abfall auf den oberen Bereich der Schmelze im Ofen 24 gegeben werden.
Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung ist allgemein ähnlich, außer daß der Kupolofen direkt in den Ofen für den Abfall 24 entlädt, wodurch dieser Ofen bei einem höheren Druck betrieben wird, und daher ist es notwendig, eine Gassperre 35 in die Zuführung von der Abfallschnecke 22 einzusetzen. Da die Kammer mit höherer Wahrscheinlichkeit unter reduzierenden Bedingungen arbeitet (sofern nicht eine kontinuierliche Sauerstoffzugabe über die Blaslanze 30 erfolgt), kann auch ein Eisen- Abstichpunkt 36 vorgesehen sein, um das Abstechen von geschmolzenem Eisen aus dem Ofen zu ermöglichen, falls notwendig.
Es ist ersichtlich, daß in jeder der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtungen der bedeutende Teil des Abgases über den Kupolofen 1 abgegeben wird. In der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung besteht das Abgas über die Austrittsöffnung 11 nur aus den Abgasen im Kupolofen, wobei jedwede kleinere Abgasmenge von dem Ofen 24 über die Abgas-Austrittsöffnung 31 abgegeben wird. Dies ermöglicht die gesonderte Behandlung der Abgase von den Austrittsöffnungen 11 und 31, was zweckmäßig sein kann, wenn das Abgas aus dem Ofen 24 flüchtige und relativ giftige Materialien enthält. Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung tritt aber das gesamte Abgas aus beiden Öfen über die Gasaustrittsöffnung 11 aus.
Es folgt ein Beispiel:
Charge im Kupolofen:
3.850 kg/h Diabas
1.050 kg/h Schlacke aus der Produktion von Ferrochrom-Legierung
Bei einem Glühverlust von 4% liefert dies 0,96 (3.850 + 1.050) = 4.700 kg Schmelze pro h aus dem Kupolofen.
Ein Elektroofen zum Schmelzen von Abfall wird beschickt mit:
900 kg/h Mineralwollabfall
50 kg/h Aluminiumkrätze aus dem Sekundärschmelzen von Aluminium (behandelte Aluminiumsalzschlacke)
450 kg/h Konverterschlacke aus der Stahlproduktion
900 kg/h Filterasche aus der Verbrennung von festem Hausmüllabfall (MSW)
Die Chargenmischung wird kontinuierlich geschmolzen und mit der Schmelze aus dem Kupolofen gemischt. Das Schmelzgemisch wird auf eine Kaskaden- Schleudervorrichtung gegossen, um mineralische Fasern der folgenden chemischen Zusammensetzung zu bilden:
SiO&sub2; 41,1%
Al&sub2;O&sub3; 20,0%
TiO&sub2; 1,7%
FeO 7,3%
CaO 12,9%
MgO 12,6%
NaO&sub2; 2,1
K&sub2;O 1,2%
F+C&sub1; 0,5%
Andere: 0,6%
Sowohl die Aluminiumkrätze als auch die Flugasche aus der Abfallverbrennung enthalten beträchtliche Mengen von den giftigen Komponenten Fluor, Chlor, Zink und Blei. Die gemeinsame Zugabe beträgt:
Durch Bestätigung dieser Zugabe zum gesonderten Ofen für das Schmelzen des Abfalls wird die Abgabe von Fluor, Chlor, Zink, Blei und anderen flüchtigen Komponenten zum Rauchgas und zu den Filtern minimiert.

Claims

1. Verfahren zur Bildung von künstlichen glasartigen Fasern umfassend das Bereitstellen einer faserbildenden mineralischen Schmelze aus granulärem mineralischem Primärmaterial und mineralischem Abfallmaterial und das Bilden von Fasern aus der faserbildenden mineralischen Schmelze, worin

das granuläre mineralische Primärmaterial in einem Primärofen (1) geschmolzen wird, wodurch in dem Primärofen eine Primärschmelze gebildet wird,

das Abfallmaterial in einem gesonderten Ofen für den Abfall (24) geschmolzen wird, wodurch in dem Ofen für den Abfall eine Abfallschmelze gebildet wird,

und die Primärschmelze und die Abfallschmelze unter Bildung eines faserbildenden Schmelzgemischs gemischt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß der gesonderte Ofen für den Abfall ein Elektroofen oder ein Plasmabrennerofen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem ein oxidierendes Gas durch die Abfallschmelze oder das Schmelzgemisch geblasen wird und/oder feste Additive zur Abfallschmelze oder zum Schmelzgemisch gegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in welchem der Primärofen ein Schachtofen ist und eine Schichtung des teilchenförmigen mineralischen Primärmaterials durch Erwärmen durch Verbrennung von Gas oder einem festen Brennstoff im Schachtofen geschmolzen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, in welchem der Schachtofen ein Kupolofen ist, in welchem das Erwärmen des teilchenförmigen Primärmaterials durch Verbrennung im Kupolofen bereitgestellt wird.

5. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem Schmelze aus dem Primärofen und Schmelze aus dem Ofen für den Abfall beide in eine Mischkammer geleitet und dort gemischt werden.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem die Primärschmelze sich am Boden des Primärofens als Sumpf anreichert und die Abfallschmelze in diesen Sumpf gemischt wird.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem die Primärschmelze in den Ofen für den Abfall abfließt und das teilchenförmige Abfallmaterial durch Erwärmen im Ofen für den Abfall geschmolzen wird, wodurch eine faserbildende mineralische Schmelze gebildet wird, die ein Gemisch von Primär- und Abfallmateralien darstellt.

8. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem der Ofen für den Abfall ein Elektroofen ist.

9. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem das Schmelzgemisch und die Fasern mindestens 15%, gewöhnlich mindestens 18%, Aluminiumoxid enthalten.

10. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem ein pulverförmiges Material mit hohem Aluminiumoxidgehalt zur Abfallschmelze oder zum Schmelzgemisch oder zur Primärschmelze gegeben wird.

11. Vorrichtung zur Bildung von künstlichen glasartigen Fasern umfassend

(a) einen Primärofen (1), in welchem granuläres Primärmaterial unter Bildung einer Primärschmelze geschmolzen werden kann,

(b) einen gesonderten Ofen für Abfall (24), in welchem mineralisches Abfallmaterial unter Bildung einer Abfallschmelze geschmolzen werden kann,

(c) eine Einrichtung zum Mischen der Primärschmelze und der Abfallschmelze und

(d) eine Einrichtung zum Bilden von Fasern aus dem Schmelzgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß der gesonderte Ofen für den Abfall ein Elektroofen oder ein Plasmabrennerofen ist.