DE102009048435A1

DE102009048435A1 - Verfahren zum Bringen kleinstückiger, mineralischer Carbonate in brennfähige Form

Info

Publication number: DE102009048435A1
Application number: DE200910048435
Authority: DE
Inventors: Robert Rosen
Original assignee: Hosokawa Bepex GmbH
Current assignee: Hosokawa Alpine AG
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2029-10-08
Also published as: EA022798B1; UA105484C2; DE102009048435B4; EA201001447A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bringen kleinstückiger, mineralischer Carbonate in brennfähige Form, mit den Schritten: - Mahlen der Carbonate auf eine Korngröße von 1 mm oder kleiner, - Einstellen eines Feuchtigkeitsgehaltes der gemahlenen Carbonate im Bereich von etwa 2 bis etwa 8 Gewichtsprozent, - Mischen der gemahlenen, feuchten Carbonate mit Stärke und/oder Cellulose und/oder deren Derivaten, wobei die zugegebene Menge der Stärke und/oder Cellulose und/oder deren Derivate insgesamt zwischen 1 und 10 Gewichtsprozent der Masse der gemahlenen Carbonate beträgt, und - Kompaktieren der erhaltenen Mischung mittels einer Walzenpresse. Mittels dieses Verfahrens können beispielsweise bisher nicht verwendete, beim Brechen von Kreide anfallende, kleinteilige Fraktionen, die bisher auf Halde endgelagert werden mussten, effizient in eine brennfähige Form gebracht und nach dem Brennen einer industriellen Weiterverwendung zugeführt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bringen kleinstückiger, mineralischer Carbonate in brennfähige Form sowie aus im Wesentlichen Calciumcarbonat bestehende Briketts oder Granulate, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden können.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung von kleinstückigen, mineralischen Carbonaten die Rede ist, so ist damit insbesondere auch mineralisches Calciumcarbonat in Form von Kreide gemeint. Magnesiumcarbonat, bekannt als Dolomit oder Magnesit, und Strontiumcarbonat sind weitere Carbonate, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet werden können.
Kreide wird in Steinbrüchen gewonnen. Weil Kreide keine kristalline Struktur aufweist, bricht sie sehr leicht und ist deshalb in ihrer Ausgangsform für viele industrielle Anwendungen ungeeignet. Üblicherweise wird die Kreide durch das sogenannte Brennen zu Calciumoxid, auch Branntkalk genannt, umgesetzt, welches mechanisch wesentlich stabiler ist als die Kreide. Die beim Brennprozess ablaufende Reaktion lässt sich mit der chemischen Formel CaCO₃ → CO₂ + CaO beschreiben, d. h. Calciumcarbonat, etwa in Form von Kreide, wird unter Freisetzung von Kohlendioxid zu Calciumoxid umgesetzt. Dieser Brennprozess wird in großen Öfen durchgeführt, die als Drehrohrofen, Schachtofen oder Etagenofen ausgestaltet sein können. In jedem Fall darf das zu brennende Ausgangsmaterial nicht zu kleinteilig sein, da ansonsten die Filterverluste (der Anteil des in den Filter gelangenden Materials) sehr hoch sind oder der Brennofen verstopfen kann, und die von der Größe her zum Brennen geeigneten Teile müssen eine mechanische Mindestfestigkeit aufweisen, damit sie während des Brennprozesses im Brennofen nicht in kleinere Teile zerfallen.
In der Regel wird das aus einem Steinbruch kommende Kreidematerial zunächst grob vorgebrochen und dann in die Fraktion 20 bis 130 mm Korngröße oder Unterfraktionen daraus gebracht. Der Anteil des gebrochenen Kreidematerials, der eine Korngröße von > 40 mm aufweist, wird erneut gebrochen. Beim Brechvorgang entsteht allerdings auch ein Anteil Kreidematerial, dessen Korngröße < als 20 mm ist. Dieser Anteil kann bis zu 50% des Ausgangsmaterials betragen. Wie zuvor ausgeführt, ist dieser Anteil aufgrund seiner Kleinteiligkeit, d. h. zu geringen Korngröße, nicht dazu geeignet, einem industriellen Brennprozess unterworfen zu werden. Sofern es für diesen Anteil keine andere Verwendung (z. B. als Füllstoff) gibt, was häufig der Fall ist, wird diese Kornfraktion < 20 mm auf einer Halde als nahezu wertloses Material endgelagert.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, insbesondere solches kleinstückiges Haldenmaterial aus mineralischen Carbonaten für einen Kalkbrennprozess geeignet zu machen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Bringen kleinstückiger, mineralischer Carbonate in brennfähige Form gelöst, welches die folgenden Schritte aufweist:

– Mahlen der Carbonate auf eine Korngröße von 1 mm oder kleiner,
– Einstellen eines Feuchtigkeitsgehaltes der gemahlenen Carbonate im Bereich von etwa 2 bis etwa 8 Gew.-%,
– Mischen der gemahlenen, feuchten Carbonate mit Stärke und/oder Cellulose und/oder deren Derivate, wobei die zugegebene Menge der Stärke und/oder Cellulose und/oder deren Derivate insgesamt zwischen 1 und 10 Gew.-% der Masse der gemahlenen Carbonate beträgt, und
– Kompaktieren der erhaltenen Mischung mittels einer Walzenpresse.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, brennfähiges Granulat oder, wenn die Walzenpresse als Brikettiermaschine ausgestaltet ist, brennfähige Briketts aus kleinstückigen, mineralischen Carbonaten wie etwa dem eingangs erwähnten Haldenmaterial zu erzeugen und damit riesige Mengen bisher ungenutzten Materials einer weiteren Verwendung zuzuführen.
Das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durch das Kompaktieren erhaltene Material in Form von Granulat oder Briketts hat einen sehr guten mechanischen Zusammenhalt, d. h. eine hohe mechanische Festigkeit, die es zur Verwendung in einem industriellen Brennprozess geeignet macht, wobei dieser Brennprozess in allen hierfür üblicherweise verwendeten Brennöfen (Schachtofen, Etagenofen, Drehrohrofen) durchgeführt werden kann. Mit anderen Worten, das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, das Brennverhalten von z. B. kleinstückigem Kreidematerial so zu verändern, dass bei allen technisch eingesetzten Brennverfahren stabile Branntkalkbriketts oder stabile Branntkalkgranulate einer gewünschten Korngröße entstehen. Da Stärke ebenso wie Cellulose ein Kohlenwasserstoff ist, werden beim Brennvorgang erfindungsgemäß erhaltener Briketts oder Granulate keine Silikate gebildet, was eine Verwendung des gebrannten Materials bei der Stahlherstellung (als Reduktionsmittel) erlaubt.
Damit das im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Carbonatmaterial auf eine Korngröße von 1 mm oder kleiner gemahlen werden kann, darf das Ausgangsmaterial nicht zu feucht sein. Wie Fachleute auf dem Gebiet der Mahlverfahren wissen, hängt die maximal zulässige Feuchte des Ausgangsmaterials auch vom verwendeten Mahlverfahren bzw. der verwendeten Mahlvorrichtung ab. Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es daher erforderlich sein, dass die mineralischen Carbonate vor dem Mahlen oder auch während des Mahlens auf eine Restfeuchte von 1 Gew.-% oder weniger getrocknet werden. Sehr effizient kann dies gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Mahlvorgang selbst erfolgen, wenn das Mahlen in einer mit Heißluft betriebenen Prallmühle erfolgt, da dann die Heißluft das Trocknen des Ausgangsmaterials im Verlauf der Mahlung bewirkt.
Nach dem Mahlen wird das fein gemahlene Carbonatmaterial mit vorzugsweise Stärke vermischt, wobei alternativ auch Cellulose oder Cellulosederivate oder Mischungen der vorgenannten Stoffe verwendet werden können. Insgesamt wird Stärke und/oder Cellulose und/oder Cellulosederivat in einer Menge zugemischt, die zwischen 1 und 10 Gew.-% der Masse der gemahlenen Carbonate entspricht. Damit die Stärke bzw. Cellulose ihre Wirkung im erfindungsgemäßen Verfahren ausreichend entfalten kann, muss der Feuchtigkeitsgehalt der gemahlenen Carbonate auf etwa 2 bis etwa 8 Gew.-% (bezogen auf das Trockengewicht der gemahlenen Carbonate) eingestellt werden. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials hoch genug war und ein diesen Feuchtigkeitsgehalt tolerierendes Mahlverfahren zum Einsatz kam, kann eine separate Flüssigkeitszugabe zum Einstellen des geforderten Feuchtigkeitsgehaltes unterbleiben. Wurde jedoch das Ausgangsmaterial vor oder während des Mahlvorgangs auf eine geringe Restfeuchte getrocknet, so muss im Anschluss an den Mahlvorgang Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, in einer Menge zugemischt werden, die zum gewünschten Feuchtigkeitsgehalt führt. Das Zumischen der Stärke bzw. Cellulose und das Zumischen von Flüssigkeit, falls erforderlich, zum fein gemahlenen Carbonatmaterial kann gleichzeitig erfolgen.
Als Stärke wird vorzugsweise technische Stärke verwendet, z. B. Maniokstärke, um die Betriebskosten des erfindungsgemäßen Verfahrens niedrig zu halten.
Wie bereits erwähnt wurde, ist das Kompaktieren bei bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Brikettieren, d. h. als Walzenpresse wird ein Brikettierer eingesetzt. Vorzugsweise werden dann die mittels des Brikettierens erhaltenen Briketts abgesiebt und das aus der Siebung resultierende, feinteilige Material wird in die hier als Brikettierer ausgeführte Walzenpresse zurückgeführt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels der Walzenpresse eine sogenannte Schülpe erzeugt, die anschließend in einem Brechschritt granuliert wird. Vorzugsweise wird dabei das im Brechschritt erhaltene Granulat in eine Grobfraktion und eine Feinfraktion aufgeteilt, wobei die Feinfraktion unmittelbar in die Walzenpresse zurückgeführt wird. Die Grobfraktion des erhaltenen Granulats kann beispielsweise Korngrößen im Bereich von 5 bis 10 mm aufweisen, jedoch sind auch Korngrößen von 10 bis 20 mm ohne Weiteres möglich. Die letztgenannte Fraktion (10 bis 20 mm) wird von Stahlwerken zunehmend für Branntkalk gefordert, da Branntkalk bei der Stahlherstellung als Reduktionsmittel in den Hochofen gegeben wird.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem mineralischen Carbonat um Calciumcarbonat, insbesondere in Form von Kreide, jedoch ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf Calciumcarbonat beschränkt, sondern lässt sich mit anderen, sich mechanisch ähnlich verhaltenden Carbonaten ebenfalls durchführen.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf Briketts oder Granulate aus im Wesentlichen Calciumcarbonat gerichtet, die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren wie zuvor beschrieben erhalten worden sind.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden näher erläutert. Kleinstückiges bzw. kleinteiliges mineralisches Calciumcarbonat in Gestalt von Kreidestückchen wurde in einer mit Heißluft betriebenen Prallmühle auf eine Restfeuchte von < 1% getrocknet und auf eine Feinheit < 1 mm Korngröße gemahlen. Das feingemahlene Kreidematerial wurde mit 5 Gew.-% Stärke und 8 Gew.-% Wasser (jeweils bezogen auf das Gewicht des trockenen Kreidematerials) in einem Mischer vermischt. Die erhaltene Mischung wurde sodann mittels eines Brikettierers brikettiert, wobei die erzeugten Briketts einer Größe von 14 × 14 × 6 mm mit einer Siebmaschine abgesiebt wurden und der Feinanteil unmittelbar in den Brikettierer zurückgeführt wurde.
Unter Verwendung der erzeugten Briketts wurden im Zuge einer mechanischen Belastbarkeitsprüfung die Zustände in einem Schachtofen simuliert, da die in einem Schachtofen auftretende Druckbelastung der Briketts deutlich höher ist als etwa die in einem Drehrohrofen von Briketts geforderte Fallfestigkeit. Die hergestellten Briketts haben den Verhältnissen im Schachtofen ohne Weiteres standgehalten, was bedeutet, dass solchermaßen hergestellte Briketts problemlos auch in einem Etagenofen oder einem Drehrohrofen einem Brennprozess unterzogen werden können.
Abschließend sei erwähnt, dass alle vorliegend gemachten Korngrößenangaben keine Absolutwerte darstellen, sondern in technisch üblicher Weise zu verstehen sind, d. h. beispielsweise aus einer Siebung resultieren.

Claims

Verfahren zum Bringen kleinstückiger, mineralischer Carbonate in brennfähige Form, mit den Schritten: – Mahlen der Carbonate auf eine Korngröße von 1 mm oder kleiner, – Einstellen eines Feuchtigkeitsgehaltes der gemahlenen Carbonate im Bereich von etwa 2 bis etwa 8 Gewichtsprozent, – Mischen der gemahlenen, feuchten Carbonate mit Stärke und/oder Cellulose und/oder deren Derivaten, wobei die zugegebene Menge der Stärke und/oder Cellulose und/oder deren Derivate insgesamt zwischen 1 und 10 Gewichtsprozent der Masse der gemahlenen Carbonate beträgt, und – Kompaktieren der erhaltenen Mischung mittels einer Walzenpresse.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Trocknes der mineralischen Carbonate vor dem Mahlen auf eine Restfeuchte von 1 Gewichtsprozent oder weniger.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlen und Trocknen in einer mit Heißluft betriebenen Prallmühle erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stärke technische Stärke verwendet wird, beispielsweise Maniokstärke.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompaktieren ein Brikettieren ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Brikettierens erhaltenen Briketts abgesiebt werden und das aus der Siebung resultierende, feinteilige Material in die Walzenpresse zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Walzenpresse eine Schülpe erzeugt wird, die anschließend in einem Brechschritt granuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das im Brechschritt erhaltene Granulat in eine Grobfraktion und eine Feinfraktion aufgeteilt wird, wobei die Feinfraktion in die Walzenpresse zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobfraktion des erhaltenen Granulats Korngrößen im Bereich von 5 bis 10 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mineralische Carbonat Calciumcarbonat ist, insbesondere Kreide.
Briketts oder Granulat aus im Wesentlichen Calciumcarbonat, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 erhalten worden sind.