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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von aktiven Bindemittelzusätzen für Zement aus Stahlwerksschlacke, bei welchem die schmelzflüssige Stahlschlacke mit Si02 und A1203 versetzt wird und dass Reduktionsmittel, wie z. B. Kohle, zugesetzt werden.
Im Gegensatz zu Hochofenschlacke ist Stahlschlacke und im besonderen LD-Schlacke in der Zementindustrie nicht ohne weiteres als aktiver Bindemittelzusatz zu verwerten. Grundsätzlich enthalten Stahlwerksschlacken einen relativ hohen FeO-Gehalt, welcher die Bildung von hydraulisch aktiven Phasen, wie beispielsweise Alit und Belit vermindert bzw. unterdrückt. LDSchlacke ist beispielsweise hydraulisch inaktiv und weist einen relativ hohen Freikalkgehalt auf. LD-Schlacke wurde daher entweder deponiert oder kalt aufbereitet, wobei das magnetisch abscheidbare Eisen, z. B. metallisches Eisen oder Magnetit, aus der gebrochenen Schlacke entfernt und dem Stahlgewinnungsprozess rückgeführt wird. In der Zementindustrie beschränkte sich der Einsatz von unbehandelter LD-Schlacke als Eisenträger bzw.
Eisenträgerkorrekturmaterial beim Klinkerbrennen.
Die hohen Kosten einer Lagerung bzw. Deponie sowie die eingeschränkte Verwertbarkeit von kalt aufbereiteter LD-Schlacke gaben aus finanziellen und wirtschaftlichen Gründen den Anstoss zu Bestrebungen für eine Verbesserung der Bearbeitung und Verwertung von LD-Schlacken.
Stand der Technik bilden mehrere Methoden, die zur Verwer-
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setzte Eisen sedimentiert und abgezogen wird.
So wird in der Deutschen Offenlegungsschrift DE-A-2. 829. 370 ein Verfahren beschrieben, wobei flüssige mit Si02 und A1203 versetzte Schlacke unter stark reduzierender Atmosphäre mit
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Siliziumoxid enthaltendem Zugabematerial vermischt, mit Kohlenstoff in der festen Phase reduziert, wonach Eisen zwischen etwa
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12500 und 15000C abgeschieden und die neu gebildete Schlacke nach Kalkzugabe in Portlandzementklinker umgewandelt wird.
In der Offenlegungschrift 2. 307. 237 werden Schlacken einer Reduktionsbehandlung unterworfen, die in Zusammenhang mit einer gesteuerten Wärmezufuhr sowohl exotherm, beispielsweise durch das Reduktionsmittel selbst, oder von aussen geschieht.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, derartige LD-Schlacken einer besseren Verwertung zuzuführen, um die latente und fühlbare Wärme derartiger Schlacken besser auszunützen und die Umsetzung in der Schlacke zu beschleunigen. Gleichzeitig zielt das erfindungsgemässe Verfahren darauf ab, weitere Möglichkeiten für eine Entsorgung von Problemstoffen zu schaffen, um eine breite Palette von aktiven Bindemittelzusätzen für die Herstellung von Zement mit besonderen Eigenschaften zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass Reduktionsmittel gasförmig in die Schlackenschmelze unter Ausbildung einer Schaumschlacke eingeblasen werden.
Dadurch, dass schmelzflüssige Stahlschlacke eingesetzt wird, wird eine Hochtemperaturneutralisation mit den Zusätzen Si02 und A1203 vorgenommen, welche im flüssigen Bad zu einer Homogenisierung unter exothermer Umsetzung auf Grund der Neutralisation führt. Neben dieser Hochtemperaturneutralisation erfolgt aber der Zusatz von Si02 und A1203 vor allen Dingen auch im Hinblick darauf, dass eine Verdünnung erfolgen muss, um in der Folge bei der Reduktion ein übermässiges Ansteigen der Schlackenviskosität zu verhindern. Die Schlackenviskosität wird nämlich durch hohen FeO-Gehalt deutlich geringer und würde somit bei einer weitgehenden Reduktion des FeO-Gehalts eine Separation bzw. Sedimentation des reduzierten Eisens auf Grund ansteigender Viskostät verhindern.
Durch die Hochtemperaturneutralisation und Verdünnung durch den Zusatz mit Si02 und A1203 und durch das Vermengen dieser Zusätze in der schmelzflüssigen Phase wird ein derartiger unerwünschter Viskositätsanstieg verhindert und gleichzeitig eine homogene Zusammensetzung sichergestellt. Der CaO-Anteil reagiert bei der Hochtemperaturneutralisation mit Si02 exotherm und ermöglicht somit die Aufrechterhaltung des
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schmelzflüssigen Schlackenbades ohne zusätzliches thermisches Energieaufbringen.
Auf Grund der gewählten Verdünnung und der eintretenden Hochtemperaturneutralisation sedimentiert das reduzierte Eisen unter die dünnflüssige Schlackenphase, wobei mit Vorteil das bei der Reduktion der Schlacke gebildete CO zur Vorwärmung des Einsatzgutes, insbesondere des A1203 und Si02 genützt wird. Die Verwendung des gebildeten Kohlenmonoxides zur Vorwärmung von Einsatzgut. verbessert weiter die Energiebilanz.
Eine besonders intensive Umsetzung und rasche Reduktion wird nun erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass Reduktionsmittel gasförmig in die Schlackenschmelze unter Ausbildung einer Schaumsschlacke eingeblasen werden. Auf Grund der durch den Zusatz von Si02 und A1203 aufrechterhaltenen niedrigen Viskostät der Schlackenphase wird in einer derartigen Schaumschlacke die Umsetzung mit gasförmigen Reduktionsmitteln wesentlich beschleunigt.
Die Absenkung des Eisenoxidgehaltes bis zur vollständigen Abtrennung von Eisen gelingt mit Vorteil dann, wenn, wie es einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens entspricht, so vorgegangen wird, dass der Stahlschlackenschmelze A1203 in Mengen von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% und Si02 in Mengen von 2 Gew.-% bis 8 Gew.-% zugesetzt wird. Zur vollständigen Reduktion kann mit Vorteil der Stahlschlackenschmelze Kohlenstoff in einer Menge von 3,5 bis 5 Gew.-% zugesetzt werden, wobei auf Grund der niedrigen Viskosität der Schlackenschmelze eine derart weitgehende Sedimentation des Eisenbades gelingt,. dass die Flüssigschlacke abgezogen und insbesondere im Wasserbad granuliert werden kann.
Auch eine Kühlung mit Luft kann erfolgen, wobei die fühlbare Wärme der aufgeheizten Kühlluft zur Verbessserung der Wärmebilanz nutzbar gemacht werden kann.
Ein Teil des A1203 für die erforderliche Verdünnung kann auch durch Hochofenschlacke substituiert werden, wofür vorzugsweise so vorgegangen wird, dass bis zu 20 Gew.-%, vorzugsweise 15 Gew.-%, Hochofenschlacke sowie 3 bis 7 Gew.-%, vorzugsweise 5 Gew.-%, A1203 und 6 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 8 Gew.-%, Si02 der flüssigen Stahlschlacke zugesetzt werden.
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Das verbleibende kohlenstoffhaltige Roheisen kann in besonders einfacher Weise dem Stahlprozess rückgeführt werden.
Zur Entsorgung von Schadstoff kann im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens zumindest ein Teil der Si02 und A1203 Zusätze substituiert werden, wobei hiefür mit Vorteil so vorgegangen wird, dass getrockneter oder pyrolisierter Müll als Si02 und A1203 haltiger Zusatz mit hohem Reduktionspotential eingesetzt wird.
Die jeweils verbleibende Zusammensetzung des angesteuerten Zielmaterials entspricht im wesentlichen einer Hochofenschlacke mit geringem Eisenoxidanteil und mit gegenüber Stahlwerksschlakke höherem Si02 und A1203 Gehalten. Ein auf diese Weise gebildeter Bindemittelzusatz weist mit einem hydraulischen Index nach
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beispieles näher erläutert.
Ausgehend von einer Stahlwerksschlacke mit der in der folgenden Tabelle angegebenen Zusammensetzung in Gew.-% wurde das Zielmaterial durch Zugabe von 15 Gew.-% A1203 und 5 Gew.-% Si02 sowie 4,5 Gew.-% Kohlenstoff hergestellt. Die ursprünglich enthaltenen 20 Gew.-% Fe203 wurden hiebei vollständig reduziert und es wurden 84 Nm3 CO/t Zielmaterial hergestellt. Das Zielmaterial entsprach der typischen Zusammensetzung einer Hochofenschlacke, wobei einer Reduktion von 20 Gew.-% Fe203 unter Verwendung von 4, 5 Gew.-% Kohlenstoff 10, 5 Gew.-% CO gebildet wurden, welches zu Vorwärmzwecken vollständig verbrannt werden konnte.
Die jeweiligen Zusammensetzungen der Ausgangsschlacke sowie des Zielmaterials, welches als Hochofenschlacke bezeichnet werden kann, sind in der nachfolgenden Tabelle präzisiert, wobei die Zahlenangaben jeweils in Gewichtsprozent angegeben sind.
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TABELLE
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<tb>
<tb> Komponente <SEP> Stahlschlacke <SEP> Zielmaterial <SEP> (%)
<tb> Stahlwerk <SEP> "Hochofenschlacke"
<tb> CaO <SEP> 48 <SEP> 40
<tb> MgO <SEP> 2 <SEP> 2,5
<tb> Si02 <SEP> 24 <SEP> 35
<tb> A1203 <SEP> 6 <SEP> 22, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Fe203 <SEP> 20 <SEP> 0 <SEP>
<tb> Total <SEP> 100 <SEP> 100
<tb>