DE102014117636A1

DE102014117636A1 - Verfahren zum Verarbeiten von aluminiumhaltigen Rohstoffen

Info

Publication number: DE102014117636A1
Application number: DE102014117636.7A
Authority: DE
Inventors: Nima Memari Fard; Ramin Mermari Fard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2016-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von aluminiumhaltigen Rohstoffen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von aluminiumhaltigen Rohstoffen.
Zur Produktion von Aluminiumoxid aus aluminiumhaltigen Rohstoffen, beispielsweise Nephelin (Na, K)[AlSiO₄], wird üblicherweise zunächst ein Zwischenprodukt bzw. Sintermaterial hergestellt, welches in einem Brennofen gebrannt wird, um daraufhin aus dem erzeugten Sinter das Aluminiumoxid unter Zugabe von Laugen oder anderen chemischen Verbindungen in einem nass-chemischen Verfahren auszuwaschen und anschließend in einem hydro-metallurgischem Verfahren das Aluminiumoxid zu gewinnen.
Bisherige Verfahren verbringen den aluminiumhaltigen Rohstoff, beispielsweise Nephelin, zusammen mit Kalkstein CaCO₃ und Soda Na₂[CO₃] zur Herstellung eines Zwischenprodukts in eine Nassmühle, in welcher das Gemisch unter Zugabe von großen Mengen an Wasser zu einer Suspension verarbeitet wird.
Zur Herstellung des für den Sinterprozess erforderlichen Zwischenprodukts wird die Suspension etwas eingedickt. Nach dem Eindicken wird das Zwischenprodukt in einem Brennofen gebrannt und so das Endprodukt erzeugt, das durch den Sinterprozess entsteht.
Nachteilig an diesem Verfahren ist der vergleichsweise sehr hohe Verbrauch an Wasser und der große energetische Aufwand, um die eingedickte Suspension bzw. das Zwischenprodukt im Brennofen zu brennen.
Zudem ist es erforderlich, dass das Zwischenprodukt eine möglichst homogene Verteilung der Einzelsubstanzen aufweist, um ein qualitativ hochwertiges Endprodukt, welches durch den Sinterprozess entsteht, herzustellen.
Bei einer Suspension, die nicht kontinuierlich unter Zwang homogen gehalten wird, ist eine eventuell zuvor hergestellte Homogenität des Gemisches, also eine gleichmäßige Verteilung der Einzelsubstanzen, stark gefährdet und oft nicht zu erreichen.
Homogenität ist aber von sehr großer Bedeutung für den stabilen Sinterprozess, weil der Schmelzpunkt von Soda bei ungefähr 850 °C liegt. Für eine qualitativ hochwertige Sinterherstellung aus aluminiumhaltigem Rohstoff, insbesondere von Nephelin, mit einem calciumhaltigen Rohstoff, wie Kalkstein, wird jedoch eine Sintertemperatur von ca. 1290 °C bis 1330 °C benötigt. Folglich verdampft während des Endkarbonisierungsprozesses, d.h. von 850 bis 1250 ° C ein Großteil des Sodas bereits, bevor der eigentliche Sinterprozess einsetzt. Dieses Verdampfen führt zu einem nachteiligen und inhomogenen Sinterprozess und folglich zu einer verminderten Sinterqualität und dadurch zu einer geringeren Ausbeute an Aluminiumoxid.
Ein weiteres Verfahren sieht die Sinterherstellung in einem Trockenverfahren vor. In einem derartigen Verfahren wird der aluminiumhaltige Rohstoff, beispielsweise das Nephelin, mit einem calciumhaltigen Rohstoff, wie Kalkstein, zu einem Rohmehl zermahlen, mit Soda beaufschlagt und zu einem homogenen Trockengemisch zusammengeführt. Diese Rohmehlmischung, die als Zwischenprodukt fungiert, wird anschließend in einen Brennofen mit vorgeschaltetem Vorwärmer und/oder Kalzinierer eingebracht.
Allerdings ergibt sich bei diesem Trockenverfahren das gleiche Problem wie beim zuvor beschriebenen Nassverfahren. Das Soda verdampft zumindest teilweise, bevor die eigentlich optimale Sintertemperatur von ca. 1290 °C bis 1330 °C erreicht wird, und die Rohmehlmischung verliert ihre homogene Verteilung der Einzelsubstanzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die genannten Probleme beim Verarbeiten von aluminiumhaltigen Rohstoffen zu beseitigen und insbesondere ein Verfahren bereitzustellen, das die Produktion eines Zwischenprodukts ermöglicht, welches eine über einen größeren Zeitraum stabile Homogenität aufweist und weniger Energie bei der Produktion des Sinters im Sinterprozess benötigt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung von aluminiumhaltigen Rohstoffen umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

a) Zerkleinern eines aluminiumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Nephelin, und/oder Bereitstellen des zerkleinerten aluminiumhaltigen Rohstoffs,
b) Zerkleinern eines calciumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Kalkstein, und/oder Bereitstellen des zerkleinerten calciumhaltigen Rohstoffs,
c) Bereitstellen eines natriumcarbonathaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Soda,
d) Zugabe wenigstens eines oder keines Additivs zu wenigstens einem der Rohstoffe und/oder der zerkleinerten Rohstoffe,
e) Vermischen der zerkleinerten Rohstoffe unter gleichzeitiger oder späterer Zugabe des natriumcarbonathaltigen Rohstoffs zu einer vorzugsweise homogenen Rohmehlmischung,
f) Zugabe eines Bindemittels, vorzugsweise Wasser, zu der Rohmehlmischung und Fertigung einer homogenen Rohmasse,
g) Verpressen der homogenen Rohmasse zu kleinen Einheiten.

Dabei können zumindest die Verfahrensschritte a) und b) nacheinander oder in einer beliebigen anderen Reihenfolge oder parallel in unterschiedlichen Zerkleinerungseinheiten ablaufen.
Eine homogene Mischung oder Rohmasse ist eine solche, in der eine möglichst gleichmäßige Verteilung aller Komponenten erhalten wird, vorzugsweise eine Mischung oder Rohmasse mit einem sehr hohen Homogenitätsgrad. Als Mischung mit sehr hohem Homogenitätsgrad werden Mischungen mit einer Homogenität von über 99 %, vorzugsweise von über 99,5 %, besonders bevorzugt von über 99,75 %, bezeichnet. In einer Mischung mit sehr hohem Homogenitätsgrad treten keine oder nur sehr geringe Bereiche mit einer heterogenen Verteilung der einzelnen Komponenten auf. Je geringer die Varianz der festgestellten Konzentration im Vergleich mit der Zusammensetzung der Gesamtmischung, desto homogener ist die Mischung. Nach abgeschlossenem Mischvorgang soll eine Mischung mit einer Homogenität erhalten werden, in der die Wahrscheinlichkeit, ein Partikel in einer Volumeneinheit der Gesamtmischung anzutreffen, für alle anderen identischen Volumeneinheiten vorzugsweise gleich ist. Vorzugsweise darf die Abweichung der Anteile der Komponenten jeweils auf die eigene Masse bezogen nicht größer als 0,25 % werden.
Für die Herstellung des Zwischenproduktes können zunächst ein aluminiumhaltiger Rohstoff, vorzugsweise Nephelin, und ein calciumhaltiger Rohstoff, vorzugsweise Kalkstein, in separaten Mühlen zu Rohmehl verarbeitet, insbesondere zerkleinert, werden.
Nach einem ersten Zerkleinern der Rohstoffe kann ein oder mehr als ein weiterer Mahlschritt folgen, in dem der aluminiumhaltige Rohstoff, vorzugsweise das Nephelin, und der calciumhaltige Rohstoff, vorzugsweise der Kalkstein, zusammen oder vorzugsweise getrennt voneinander zu einem feinen Rohmehl gemahlen werden.
Ein zweigeteilter Mahlprozess hat den Vorteil, dass nach jeder Mahlstufe eine Qualitätskontrolle des gemahlenen Rohstoffs durchgeführt werden kann. Eine mehrstufige Qualitätskontrolle ermöglicht es, die im Prozessverlauf entstehende Rohmehlmischung möglichst homogen herzustellen, was für einen späteren Sinterprozess der gepressten Rohmasse von entscheidender Bedeutung ist.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die erforderliche Feinkörnigkeit bzw. Feinheit des Rohmehls in Abhängigkeit der geologischen Struktur des eingesetzten Rohstoffs mittels eines Brennbarkeits- bzw. Versinterungversuchs ermittelt und der Rohstoff entsprechend zermahlen wird.
Dem Mahlvorgang in einer Mühle mit nachgeschaltetem Sichter in einem geschlossenen Mahlkreislauf kann eine erste Qualitätskontrolle nachgeschaltet sein, in der die Korngröße und/oder die exakte chemische Zusammensetzung des Rohmehls überprüft wird.
Es kann vorteilhaft sein, wenn wenigstens eines oder keines der Additive bereits wenigstens einem Rohstoff, Rohgranulat und/oder vorzugsweise dem Rohmehl zugegeben wird.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Additive bzw. Mischungskorrekturen bereits zum Rohstoff und/oder Rohgranulat in einer Mahlstufe bzw. zum Mahlen bzw. während des Mahlens zugegeben werden, so dass die zugegebenen Additive vorteilhaft mit dem Rohstoff vermischt werden können. Darüber hinaus können die zugegebenen Additive dadurch vorteilhaft länger mit dem Rohstoff wechselwirken und so die Wirkung der Additive positiv beeinflussen.
Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn die Verteilung und/oder Wirkung der Additive innerhalb des Rohgranulats und/oder innerhalb des Rohmehls mittels wenigstens einer Analyseeinheit, beispielsweise chemisch und/oder optisch, insbesondere hinsichtlich der erreichten Korngröße, qualifizieren werden.
Es kann vorteilhaft sein, wenn das Rohgranulat und/oder vorzugsweise das Rohmehl in Homogenisierungssilos gelagert wird. In solchen Homogenisierungssilos kann eine Homogenität des Rohgranulats und/oder vorzugsweise des Rohmehls, also eine gleichmäßige Verteilung der Einzelkomponenten des Rohgranulats und/oder vorzugsweise des Rohmehls, vorzugsweise durch kontinuierliches Umwälzen, aufrechterhalten und das Rohgranulat und/oder das Rohmehl vorzugsweise bis zur weiteren Verarbeitung gelagert werden.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das Rohgranulat und/oder das Rohmehl in Homogenisierungssilos mit mehrtätiger Kapazität der Produktion gelagert wird, um auch eine Langzeithomogenität des Rohmehls zu erreichen.
Die Lagerung in Homogenisierungssilos weist den Vorteil auf, dass das Rohgranulat und/oder das Rohmehl je nach Ausgestaltung des Homogenisierungssilos beispielsweise kontinuierlich umgewälzt und mit dem frischen Rohmehl gemischt wieder in das Silo geführt wird, was letztendlich zu einer vorteilhaften Verteilung der unterschiedlichen Korngrößen und -qualitäten, und zu einer Homogenisierung des Rohgranulats und/oder des Rohmehls führt. Eine möglichst gute und gleichbleibende Homogenisierung über den gesamten Fertigungsprozess ist für das erfindungsgemäß entstehende Zwischenprodukt bzw. die gepresste Rohmasse von entscheidender Bedeutung.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Rohgranulate und/oder vorzugsweise die Rohmehle zur weiteren Verarbeitung über einen Auslass des Homogenisierungssilos vordosiert und auf separate Dosierabzugsförderaggregate, vorzugsweise Dosierabzugsförderbändern, verteilt werden. Über eine weitere Dosiereinheit kann vorzugsweise das Rohmehl feindosiert werden, bevor es von dem jeweiligen Dosierabzugsförderaggregat auf ein gemeinsames Förderaggregat, insbesondere Förderband, aufgebracht wird.
Es kann vorteilhaft sein, wenn zunächst die Rohmehle des aluminiumhaltigen Rohstoffs und des calciumhaltigen Rohstoffs auf das gemeinsame Förderaggregat, vorzugsweise eine Luftförderrinne, aufgebracht werden.
Es kann vorteilhaft sein, wenn dabei das aluminiumhaltige Rohmehl und des calciumhaltige Rohmehl örtlich vor einer Analyseeinheit auf das Förderaggregat aufgebracht werden und diese Analyseeinheit durchlaufen. In der Analyseeinheit kann vorteilhaft während des Durchlaufens der Rohmehle die exakte chemische Zusammensetzung der Rohmehlzwischenmischung ermittelt und die Zugabe der jeweiligen Rohmehle und Additive entsprechend gesteuert werden. Vorzugsweise wird auf Basis der chemischen Analyse der Rohmehlzwischenmischung die Zugabe des natriumcarbonathaltigen Rohstoffs, insbesondere Soda, bestimmt.
Weitere Analyseeinheiten können beispielsweise an den einzelnen Dosierabzugsförderaggregate positioniert werden.
Es kann vorteilhaft sein, wenn das calciumhaltige Rohmehl erst örtlich nach der Analyseeinheit auf das gemeinsame Förderaggregat aufgebracht wird.
Zudem können weitere Additive der Rohmehlmischung beigefügt werden.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die vorzugsweise homogene Rohmehlmischung in einem Verhältnis von aluminiumhaltigem Rohstoff, vorzugsweise Nephelin, zu calciumhaltigem Rohstoff, vorzugsweise Kalkstein, in Abhängigkeit vom Aluminiumgehalt des aluminiumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise des Nephelins, eingestellt wird, vorzugsweise im Verhältnis von 1:1 bis 1:3, besonders bevorzugt von 1:1,5 bis 1:2,5, ganz besonders bevorzugt von 1:2. Das genaue Verhältnis ist von den chemischen Zusammensetzungen der Rohstoffe, insbesondere des Nephelingesteins, abhängig.
Die Rohmehlmischung kann eine sehr große Kurzzeitgenauigkeit bzw. eine sehr geringe Langzeithomogenität aufweisen.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Rohmehlmischung mittels wenigstens einer Luftförderrinne mit oder vorzugsweise ohne Umwälzung und/oder einem Schneckenförderer zu einer Verpress- und Stückelungsvorrichtung, vorzugsweise zu einer Pelletier-, Brikettier- oder Extrudervorrichtung, befördert wird.
Für die Qualität des letztendlichen Endprodukts, das durch einen nachgeordneten Sinterprozess erzeugt wird, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Rohmehlmischung und somit später auch die Rohmasse und die gepresste Rohmasse, insbesondere die Pellets, Briketts oder die fadenförmig ausgeformte Rohmasse, eine möglichst homogene Verteilung der Einzelsubstanzen aufweist. Der Transport über Förderaggregate mit ruhendem Rohmehl, wie Förderbänder, hat jedoch in der Praxis gezeigt, dass es zur Entmischung der in der Rohmehlmischung enthaltenen Einzelsubstanzen kommen kann, was sich nachteilig auf einen späteren Sinterprozess auswirkt.
Aufgrund der Verwendung von Luftförderrinnen ohne oder vorzugsweise mit Umwälzung und/oder einem Schneckenförderern wird das Rohmehl, bis es in der Mischeinheit mit wenigstens einem Bindemittel, vorzugsweise Wasser, beaufschlagt wird, kontinuierlich mechanisch umgewälzt, so dass eine über die Transportstrecke hinweg möglichst hohe Homogenität des Rohmehls bzw. der Rohmehlmischung erhalten und sogar verbessert wird.
Durch den Transport über Luftförderrinnen mit Umwälzung und/oder Schneckenförderer wird die Rohmehlmischung über die gesamte Förderstrecke konstant durchmischt und somit die hohe Homogenität der Rohmehlmischung aufrechterhalten.
Es kann vorteilhaft sein, wenn unmittelbar vor dem Verbringen der Rohmehlmischung in eine Verpressvorrichtung eine chemische Analyse des Rohmehls mittels einer on-line Analysiereinheit durchgeführt wird, um eine sehr hohe Kurzzeitgenauigkeit der notwendigen chemischen Zusammensetzung sicherzustellen.
In der Verpressvorrichtung, insbesondere der Pelletier, Brikettier- oder Extrudervorrichtung, kann das Rohmehl mit einem geringen Anteil eines für den Sinterprozess unschädlichen Bindemittels, vorzugsweise Wasser, und unter Druck zu kleinen Einheiten, vorzugsweise Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmig ausgeformten Einheiten gepresst werden.
Durch das erfindungsgemäße Verbringen der Rohstoffe in einem ersten Prozessschritt in Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmig ausgestaltete Einheiten ist es möglich, die Bestandteile des Gemisches, insbesondere den natriumcarbonathaltigen Rohstoff, vorzugsweise das Soda, die für die thermochemische Reaktion der Sinterherstellung notwendig sind, derart zu binden, dass sich einzelne Substanzen nicht verflüchtigen, bevor die Phasenänderung der Schmelze im Brennofenofen abgeschlossen ist.
Eine homogene Mischung oder Rohmasse ist eine solche, in der eine möglichst gleichmäßige Verteilung aller Komponenten erhalten wird, vorzugsweise solche mit einem sehr hohen Homogenitätsgrad. Als Mischung mit sehr hohem Homogenitätsgrad werden Mischungen mit einer Homogenität von über 99 %, vorzugsweise von über 99,5 %, besonders bevorzugt über 99,75 %, bezeichnet. In einer Mischung mit sehr hohem Homogenitätsgrad treten keine oder nur sehr geringe Bereiche mit einer heterogenen Verteilung der einzelnen Komponenten auf.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die chemische Zusammensetzung und/oder die Korngröße des zerkleinerten Rohstoffs und/oder der Rohgranulats und/oder des Rohmehls bzw. der Rohmehlmischung mittels einer Analyseeinheit kontinuierlich und on-line während des Durchlaufens der Analyseeinheit analysiert wird.
Für die genaue Dosierung der einzelnen Rohstoffe und Additive ist es wichtig die genaue Zusammensetzung der Rohstoffe zu kennen. Da es sich bei den, aluminiumhaltigen Rohstoffen, insbesondere Nephelin, den calciumhaltigen Rohstoffen, insbesondere Kalkstein, und/oder den natriumcarbonathaltigen Rohstoffen, insbesondere Soda, zumeist um natürliche Mineralien handelt, kann die genaue chemische Zusammensetzung schwanken. Um diese Schwankungen während der Pro- duktion auszugleichen ist es wichtig, die genaue chemische Zusammensetzung wie auch die Korngröße der Rohstoffe und der durch Zerkleinern erzeugten Produkte kontinuierlich zu überprüfen.
Um die Produktionsraten von bis zu 30 kg pro Sekunde an zerkleinertem Rohstoff nicht durch die Analyse zu verlangsamen oder anderweitig zu beeinflussen, kann es vorteilhaft sein, wenn die Analyse während des Durchlaufens des zerkleinerten Rohstoffs durch die Analyseeinheit erfolgt.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die kleinen Einheiten als Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmig ausgeformt werden.
Je nach Ausgestaltung der Brennvorrichtung, in der die gepresste Rohmasse gesintert wird, müssen die kleinen gepressten Einheiten eine unterschiedliche Form, Größe, Dicke und/oder Masse aufweisen, um ein optimales Ergebnis nach dem Sinterprozess zu erzielen.
Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmig ausgeformte gepresste Einheiten haben sich, was das Verhältnis von Oberfläche zu Masse und/oder Volumen betrifft, als vorteilhaft erwiesen. Vorzugsweise werden Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmig ausgeformte gepresste Einheiten mit einer hohen Oberflächendichte und vorzugsweise mit einer identischen oder geringeren Kerndichte wie bzw. als die Oberflächendichte erzeugt.
Es kann vorteilhaft sein, wenn unmittelbar vor dem letzten Prozessschritts, dem Sintern der Rohmasse, eine letzte chemische Analyse des Rohmehls mittels einer on-line Analysiereinheit durchgeführt wird, um eine sehr hohe Kurzzeitgenauigkeit der notwendigen chemischen Zusammensetzung sicherzustellen und ggf. zu korrigieren.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des Verfahrens sieht vor, dass die zu kleinen Einheiten gepresste Rohmasse, insbesondere die Pellets, Briketts oder die fadenförmig ausgebildete Rohmasse, in einer Brennvorrichtung gesintert werden.
Dies erfolgt aus dem Grund der besseren Rekuperation vorteilhafterweise in einem Gegenstromverfahren.
Aufgrund des Sinterns wird die chemische Phasenänderung der Masse erreicht, wodurch das in Rohstoff vorhandene Aluminium soweit in Aluminiumoxid umgebildet und zur Auswaschung mit Hilfe der Laugensuspension aufbereitet ist.
Es kann vorteilhaft sein, wenn für die Brennvorrichtung eine Vorwärmeeinheit, ein Brennofen, wenigstens ein Brenner und eine Kühleinheit eingesetzt werden.
Der entsprechende Aufbau der Brennvorrichtung aus Vorwärmeeinheit, Brennofen, wenigstens einem Brenner und Kühleinheit hat den Vorteil, dass die kleinen gepressten Einheiten mittels der Vorwärmeeinheit vergleichsweise langsam an die hohen Temperaturen im Brennofen herangeführt werden. Eine derartige langsame Erwärmung wirkt sich vorteilhaft auf den anschließenden Sinterprozess und die Qualität des nach dem Sinterprozess entstandenen Endprodukts aus.
Die Vorwärmeinheit kann auch mit Kalzinator ausgestattet sein.
Es kann vorteilhaft sein, wenn als Brennofen ein Drehrohrofen, ein Rostofen, ein Schachtofen oder eine Kombination der vorgenannten Brennöfen eingesetzt wird.
Durch eine Konstruktion der Ofenanlage aus Drehofen, Rostofen und/oder Schachtofen mit insbesondere vorgeschalteter Vorwärmeinheit und/oder nachgeschalteter Kühleinheit ist es möglich die kleinen Einheiten, insbesondere die Pellets oder Briketts langsam und schonend erhitzt und abgekühlt werden. Des Weiteren erlaubt eine derartige Konstruktion aus Drehofen, Rostofen und/oder Schachtofen mit insbesondere vorgeschalteter Vorwärmeinheit und/oder nachgeschalteter Kühleinheit, dass die kleinen Einheiten, insbesondere die Pellets oder Briketts den Sinterprozess weitgehend unbeschadet durchlaufen und in ihrer Form erhalten bleiben,
Es kann vorteilhaft sein, wenn als Kühleinheit ein Drehrohrkühler, ein Rostkühler, ein Wasserbadkühler, auch Quenching Cooler genannt, oder eine Kombination der vorgenannten Kühler eingesetzt wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung umfassend wenigstens einzelne der vorgenannten und/oder der nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugten Mittel ergeben, das oder die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen schematisch:
1 eine Dosiervorrichtung,
2 eine Fördereinheit mit Misch- und Homogenisierungseigenschaft,
3 eine erfindungsgemäße Verpress-, insbesondere Pelletier-, Brikettier- und/oder Extrudervorrichtung sowie
4 eine Brennvorrichtung.
In 1 ist eine Dosiervorrichtung 10 dargestellt umfassend drei den Homogenisierungssilos nachgeschalteten Aufgabenbunkern 12, jeweils ein am Aufgabenbunker 12 angeschlossenes Dosierabzugsförderaggregat 14 oder andere Dosieraggregate, ein weiteres Förderaggregat 16 und eine Analyseeinheit 18. In den einzelnen Aufgabenbunkern 12 befinden sich jeweils ein Rohmehl der Rohstoffe, insbesondere ein aluminiumhaltiges Rohmehl, vorzugsweise Nephelinmehl, ein calciumhaltiges Rohmehl, vorzugsweise Kalksteinmehl, oder ein natriumhaltiges Rohmehl, vorzugsweise Sodamehl. Es ist möglich, dass die einzelnen Rohmehle in diesem Zustand bereits mit vorgegebenen Additiven beaufschlagt sind.
Unter dem Auslass 20 eines jeden Aufgabenbunkers 12 ist ein separates Dosierabzugsförderaggregat 14 oder anderes Dosierabzugaggregat angeordnet, auf welches das Rohmehl des entsprechenden Aufgabenbunkers 12 vordosiert aufgebracht wird. Über eine weitere hier nicht dargestellte Dosiereinheit kann das Rohmehl feindosiert werden, bevor es von dem jeweiligen Dosierabzugsförderaggregat 14 auf eine gemeinsame Luftförderrinne 16 aufgebracht wird.
Zunächst werden die Rohmehle des aluminiumhaltigen Rohmehls und des calciumhaltigen Rohmehls auf das gemeinsame Förderaggregat 16 aufgebracht. Diese beiden Rohmehle werden örtlich vor einer Analyseeinheit 18 auf das Förderaggregat 16, insbesondere eine Luftförderrinne, aufgebracht und durchlaufen diese Analyseeinheit 18. In der Analyseeinheit 18 wird während des Durchlaufens der Rohmehle die exakte chemische Zusammensetzung der Rohmehle und/oder die Korngröße des Rohmehls ermittelt und die Zugabe der Rohmehle entsprechend gesteuert.
Weitere hier nicht dargestellte Analyseeinheiten können beispielsweise an den einzelnen Dosierabzugsförderaggregaten 14 oder ähnlichen Dosierabzugsaggregaten positioniert werden.
Das calciumhaltige Rohmehl wird erst örtlich nach der Analyseeinheit 18 auf das gemeinsame Förderaggregat 16 aufgebracht.
2 zeigt eine ein- oder mehrstufige Förder-, Misch- und Homogenisiereinheit 22, umfassend mehrere Luftförderrinnen und dazwischen im Bereich der Übergabepositionen angeordneten Umwälztöpfen, die Rohmehl, Zwischenmischungen von Rohmehl oder fertige Rohmehlmischungen transportiert. Entscheidend dabei ist, dass das Rohmehl oder die Rohmehlmischung während des Transportes durch Druckluft und zusätzlich durch die Umwälztöpfe kontinuierlich umgewälzt wird, um eine gleichbleibende homogene Verteilung bzw. Vermischung und Homogenität des Rohmehls oder der Rohmehlmischung zu gewährleisten.
Dabei zeigt 2a)drei hintereinander angeordnete Luftförderrinnen 24 mit Umwälzung, bei denen das Rohmehl oder die Rohmehlmischung mittels eines Luftstroms und/oder vieler örtlich begrenzter Luftströme entlang der Luftförderrinne 24 fortbewegt und gleichzeitig umgewälzt wird. Die Druckluft der Luftförderrinnen durchdringt eine Gewebebahn 30 und das sich darauf befindliche Rohmehl oder die Rohmehlmischung gleichmäßig und wälzt das Rohmehl oder die Rohmehlmischung um. Durch die Anreicherung mit Luft wird der innere Reibwert des Rohmehls oder der Rohmehlmischung reduziert und das Rohmehl oder die Rohmehlmischung wird aufgrund der Schwerkraft entlang der geneigten Luftförderrinne 24 fortbewegt und über einen Auslauf 36 aus der Luftförderrinne 24 ausgeleitet.
Die Druckluft kann durch einen auf der Oberseite der Luftförderrinne 24 angeordneten Entstaubungsstutzen 38, in dem ein Entstaubungsfilter angeordnet ist, aus der Luftförderrinne 24 entweichen.
Es sind jedoch auch andere Aufbauten mit einem in der Luftförderrinne 24 umlaufenden Gewebeband 30 denkbar.
Dagegen zeigt 2b) drei hintereinander angeordnete Schneckenförderer 40. Aufgrund der korkenzieherförmigen Ausgestaltung der Förderschnecke 42 wird das Rohmehl oder die Rohmehlmischung, welches oder welche über einen Einlaufstutzen 26 in den Schneckenförderer 40 eingeleitet wird, kontinuierlich mechanisch umgewälzt. Am Ende der Förderstrecke wird das Rohmehl oder die Rohmehlmischung über einen Auslauf 36 aus dem Schneckenförderer 40 ausgeleitet.
In 3 ist eine Verpress- und Stückelungsvorrichtung 42 dargestellt, insbesondere eine Pelletier-, Brikettier- oder Extrudervorrichtung. Innerhalb der Verpressvorrichtung 42 wird die Rohmehlmischung mit wenigstens einem Bindemittel, insbesondere Wasser beaufschlagt und eine homogene Rohmasse erzeugt. Diese Rohmasse wird anschließend in eine Presseinheit 44 geleitet, in welcher die Rohmasse unter mittlerem Druck zu kleinen Einheiten 46, insbesondere Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmige Formlinge gepresst wird.
In den 3a) bis 3c) sind unterschiedliche Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Verpress- und Stückelungsvorrichtung 42 gezeigt.
Dabei zeigt 3a) eine Mischeinheit 48, in welche die Rohmehlmischung und ein Bindemittel eingebracht werden und innerhalb der Mischeinheit 48 unter Rühren mittels eines Rührelements 50 eine Rohmasse erzeugt wird. Diese Rohmasse wird über eine hier nicht dargestellte Dosiereinheit zwischen zwei sich gegenläufig rotierende Walzen 52 eingebracht. Die Walzen 52 drehen sich dabei derart, dass sich zwischen diesen Walzen 52 eingebrachtes Material aufgrund der Rotation der Walzen 52 zwischen den Walzen 52 hindurchbewegt und dabei verpresst wird.
Die Walzen 52 weisen auf der Oberfläche eine Struktur in Form einer hier nicht dargestellten Negativmaske auf. Die zwischen den Walzen 52 eingebrachte Rohmasse wird aufgrund der Rotation unter mittlerem Druck in die Vertiefungen der Negativmaske gedrückt und so zu kleinen Einheiten 46, insbesondere Pellets oder Briketts oder Fäden, gepresst sowie geformt.
Dabei ist es möglich, dass immer zwei Negativformhälften der gegenüber angeordneten Walzen 52 aufeinandertreffen oder aber die Negativform einer Walze 52 auf eine ebene Fläche der gegenüber angeordneten Walze 52 auftrifft.
Je nach Oberflächenstruktur der Walze 52 können unterschiedlich große und dicke Einheiten 46, insbesondere Pellets oder Briketts oder Fäden hergestellt werden.
3b) unterscheidet sich von 3a) dadurch, dass die homogene Rohmasse, welche in der Mischeinheit 48 durch Rotation einer Rühreinheit 50 aus Rohmehlmischung und wenigstens einem Bindemittel, insbesondere Wasser erzeugt wird, nicht direkt in die Presseinheit 44, sondern zunächst auf ein Förderband 54 geleitet wird. Dieses Förderband 54 leitet die Rohmasse zur Presseinheit 44, wobei bei dieser Presseinheit vorteilhaft eine stufenlose Druckeinstellung möglich ist.
In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Presseinheit 44 aus lediglich einer horizontal angeordneten Walze 52, die einen mittleren und stufenlos einstellbaren Druck auf die unter der Walze 52 herlaufende Rohmasse ausübt und diese somit in die Vertiefungen der Negativform auf der Oberfläche der Walze 52 presst. Dabei rotieren die Walze 52 und das Förderband 54 in die gleiche Richtung. Somit bewegen sich die Oberfläche der Walze 52 und die des Förderbands 54 im Berührungspunkt gegenläufig.
Bei der in 3c) gezeigten Verpress- und Stückelungsvorrichtung 42 handelt es sich um einen Extruder, der die Rohmehlmischung und das Bindemittel, vorliegend Wasser, nach dem Funktionsprinzip eines Schneckenförderers mischt und verdichtet, wobei die gemischte und verdichtete homogene Rohmasse unter Druck gleichmäßig aus wenigstens einer formgebenden Öffnung herausgepresst wird, wobei der herausgepresste fadenförmige Strang in kleine Einheiten 46 zerlegt wird.
Der Extruder besteht grundsätzlich aus einer Schneckenwelle 76, auch Schnecke genannt. Sie steckt in dem so genannten Schneckenzylinder 78. Der Nenndurchmesser dieser Bohrung ist gleich dem Außendurchmesser der Schnecke 76. Vorne am Schneckenzylinder 78 befindet sich die formgebende Auslassöffnung 80, aus welcher ein fadenförmige Strang gepresst wird, der in kleine Einheiten 46 zerlegt wird. Hinten befindet sich der Antrieb 82, in den meisten Fällen ein Elektromotor mit Getriebeeinheit, der für die Rotation der Schnecke 76 sorgt. Die zu verarbeitende Materialien, vorliegend die Rohmehlmischung und das Bindemittel, werden der Schnecke 76 üblicherweise über Trichter 84 von oben zugeführt.
In 4 ist eine Brennvorrichtung 56 dargestellt, in welcher die in kleine Einheiten 46 unterteilte homogene Rohmasse, insbesondere die pelletierte, brikettierte oder nudel-, insbesondere fadenförmige Rohmasse einer thermochemischen Behandlung unterzogen werden kann. Dabei zeigen die 4a) bis 4c) unterschiedliche Ausführungen einer Brennvorrichtung 56.
Die in 4a) dargestellte Brennvorrichtung 56 umfasst einen Vorwärmeinheit 58, einen Brennofen 60, einen Brenner 62, eine Kühleinheit 64 und eine Abgaszuleitung 66.
Die Vorwärmeinheit 58 umfasst einen senkrechten Hohlkörper 68, in dessen Innerem schräg nach unten verlaufende Flächenelemente 70 angeordnet sind, die eine schonende Fortbewegung der Pellets, Briketts oder Fäden entgegen der Brennabluftströmung sichert und beispielsweise über die Mittelachse der Vorwärmeinheit 58 hinausreichen und so eine kugelbahnförmige Struktur im Inneren des Hohlkörpers 68 ausbilden. Dieser Körper funktioniert praktisch als Gegenstromwärmetauscher und kann bis vollständiger Entkarbonisierung die Rohmasse aufbereiten. Dieser Wärmetauscher kann auch mehrstufig gebildet sein.
Der Brennofen 60 ist als Drehrohrbrennofen ausgebildet.
Die Pellets, Briketts oder fadenförmige Stränge 46 aus homogener Rohmasse werden an der Oberseite der Vorwärmeinheit 58 in die Vorwärmeinheit 58 eingebracht und können beispielsweise aufgrund der Schwerkraft die kugelbahnförmig angeordneten Flächenelemente 70 hinab rutschen, bevor sie über ein Verbindungselement 72 in den Brennofen 60 eingebracht werden. Im Brennofen 60 herrscht in der Sinterzone ein Temperaturgradient, der die Sintertemperatur von ungefähr 1290 °C bis ungefähr 1330 °C sichert.
Nach dem Durchlaufen des Brennofens 60 gelangen die gesinterten Pellets, Briketts oder Fäden 46 in eine Kühleinheit 64, durchlaufen und verlassen diese.
Der Brenner 62 ist derart angeordnet, dass die Flamme des Brenners 62 in den Brennofen 60 zeigt, wobei die Ausrichtung gerade so ist, dass die Ausbreitungsrichtung der Flamme der Bewegungsrichtung der Pellets oder Briketts 46 entgegen gerichtet ist. Direkt über dem Brenner 62 ist eine Tertiärluftleitung 66 angeordnet, über welche die nun erhitzte Kühlerluft (Kühlluft) für beispielsweise Vorkalzinatorbrennerluft in die Kalzinator- bzw. in die Vorwärmeinheit 58 geleitet wird. Durch Nutzung der Kühlerluft zum Erhitzen der Brennerluft wird für eine effektivere Wärmerückgewinnung des Hauptbrennprozesses und damit eine bessere Rekuperation der Gesamtofenanlage erreicht.
4b) zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennvorrichtung 56 umfassend eine Vorwärmereinheit 58, die nahezu horizontal angeordnet ist und als Drehrohr- oder Rostvorwärmer mit oder ohne eine eigene Brennstufe ausgeführt werden kann, einen Brennofen 60, einen Brenner 62 und eine Kühleinheit 64.
Die in dieser Ausführungsform dargestellte Vorwärmeinheit 58, insbesondere ein Rostvorwärmer, umfasst einen horizontal angeordneten Hohlkörper 68, in dessen Inneren ein Rost 74 angeordnet ist. Angeschlossen an die Vorwärmeinheit 58 ist ein Verbindungselement 72, welches die Vorwärmeinheit 58 mit dem Brennofen 60 verbindet. An den Brennofen 60 angeschlossen ist eine Kühleinheit 64. Der Brenner 62 ist derart zwischen dem Brennofen 60 und der Kühleinheit 64 positioniert, dass die Flamme des Brenners 62 in den Brennofen 60 ausgerichtet ist. Dabei ist die Ausbreitungsrichtung der Flamme in dem Brennofen 60 entgegengesetzt der Bewegungsrichtung der Pellets, Briketts oder Fäden 46.
Bei dieser Ausführungsform werden die heißen Abgase des Brenners 62 direkt über den Brennofen 60 und das Verbindungselement 72 in die Vorwärmeinheit 58 geleitet, bevor die Abgase die Vorwärmeinheit 58 über einen Auslass, der auch gleichzeitig als Einlass für die pelletierte, brikettierte oder fadenförmig ausgebildete Rohmasse 46 dienen kann, aus der Vorwärmeinheit 58 hinaus geleitet werden.
Die Pellets, Briketts oder Fäden 46 gelangen zunächst in die Vorwärmeinheit 58, die auch mit eigenem Brenner ausgestattet sein kann, und werden so weit wie möglich entkarbonisiert, bevor sie in den Brennofen 60 gelangen. Im Brennofen herrscht ein Temperaturgradient, der eine Sintertemperatur von ungefähr 1290 °C bis ungefähr 1330 °C sichert. In diesem Brennofen 60 werden die vorerwärmten Pellets, Briketts oder Fäden 46 gesintert, bevor diese Pellets, Briketts oder Fäden 46 in der Kühleinheit 64 abgekühlt werden.
4c) zeigt eine weitere Ausführungsform eines Brennofens 60 in Form eines Schachtofens. Bei dieser Art von Brennofen 60 wird das zu sinternde Material schichtweise von oben in den Brennofen 60 eingebracht. Während im unteren Bereich des Brennofens 60 der eigentliche Sinterprozess erfolgt, strömen die heißen Abgase durch das restliche Material und erwärmen dieses. Das gesinterte Material verlässt den Brennofen 60 durch einen Auslass am unteren Ende des Brennofens.
Bezugszeichenliste

10: Dosiervorrichtung
12: Aufgabenbunker
14: Dosierabzugsförderaggregat
16: Förderaggregat
18: Analyseeinheit
20: Auslass
22: Förder-, Misch- und Homogenisiereinheit
24: Luftförderrinne
26: Einlaufstutzen
28: Blechgehäuse
30: Gewebebahn
32: Oberkasten
34: Unterkasten
36: Auslauf
38: Entstaubungsstutzen
40: Schneckenförderer
42: Verpress- und Stückelungsvorrichtung
44: Presseinheit
46: kleine gepresste Einheiten, insbesondere Pellets oder Briketts
48: Mischeinheit
50: Rührelement
52: Walze
54: Förderband
56: Brennvorrichtung
58: Vorwärmeinheit
60: Brennofen
62: Brenner
63: weiterer Brenner
64: Kühleinheit
66: Tertiärluftleitung
68: Hohlkörper
70: Flächenelement
72: Verbindungselement
74: Rost
76: Schneckenwelle, Schnecke
78: Schneckenzylinder
80: Auslassöffnung
82: Antrieb
84: Trichter

Claims

Verfahren zum Verarbeiten von aluminiumhaltigen Rohstoffen umfassend die Verfahrensschritte: a) Zerkleinern eines aluminiumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Nephelin, und/oder Bereitstellen des zerkleinerten aluminiumhaltigen Rohstoffs, b) Zerkleinern eines calciumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Kalkstein, und/oder Bereitstellen des zerkleinerten calciumhaltigen Rohstoffs, c) Bereitstellen eines natriumcarbonathaltigen Rohstoffs, vorzugsweise Soda, d) Zugabe wenigstens eines oder keines zu wenigstens einem der Rohstoffe und/oder der zerkleinerten Rohstoffe, e) Vermischen der zerkleinerten Rohstoffe unter gleichzeitiger oder späterer Zugabe des natriumcarbonathaltigen Rohstoffs zu einer vorzugsweise homogenen Rohmehlmischung, f) Zugabe eines Bindemittels, vorzugsweise Wasser, zu der Rohmehlmischung und Fertigung einer homogenen Rohmasse g) Verpressen der homogenen Rohmasse zu kleinen Einheiten, wobei zumindest die Verfahrensschritte a) und b) nacheinander oder in einer beliebigen anderen Reihenfolge oder parallel in unterschiedlichen Zerkleinerungseinheiten ablaufen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Rohstoffe zunächst in ein grobkörniges Rohgranulat zerkleinert und anschließend in ein feinkörniges Rohmehl zermahlen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erforderliche Feinkörnigkeit bzw. Feinheit des Rohmehls in Abhängigkeit der geologischen Struktur des eingesetzten Rohstoffs mittels eines Brennbarkeits- bzw. Versinterungversuchs ermittelt und der Rohstoff entsprechend zermahlen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines oder keines der Additive bereits wenigstens einem Rohstoff, Rohgranulat und/oder Rohmehl zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohgranulat und/oder das Rohmehl in Homogenisierungssilos gelagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die homogene Rohmehlmischung in einem Verhältnis von aluminiumhaltigem Rohstoff, vorzugsweise Nephelin, zu calciumhaltigem Rohstoff, vorzugsweise Kalkstein, in Abhängigkeit vom Aluminiumgehalt des aluminiumhaltigen Rohstoffs, vorzugsweise des Nephelins, eingestellt wird, vorzugsweise im Verhältnis von 1:1 bis 1:3, besonders bevorzugt von 1:1,5 bis 1:2,5, ganz besonders bevorzugt von 1:2.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohmehlmischung mittels einer Luftförderrinne (24) mit oder ohne Umwälzung und/oder einem Schneckenförderer (40) zu einer Verpress- und Stückelungsvorrichtung (42) befördert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung und/oder die Korngröße des zerkleinerten Rohstoffs und/oder der Rohgranulats und/oder des Rohmehls mittels einer Analyseeinheit (18) kontinuierlich und on-line während des Durchlaufens der Analyseeinheit (18) analysiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinen Einheiten (46) als Pellets, Briketts oder nudel-, insbesondere fadenförmig ausgeformt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kleinen Einheiten (46) gepresste Rohmasse in einer Brennvorrichtung (56) gesintert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Brennvorrichtung (56) eine Vorwärmeinheit (58), vorzugsweise mit einem Kalzinator versehen, ein Brennofen (60), wenigstens ein Brenner (62) und eine Kühleinheit (64) eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennofen (60) ein Drehrohrofen, ein Rostofen, ein Schachtofen oder eine Kombination der vorgenannten Brennöfen eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühleinheit (64) ein Drehrohrkühler, ein Rostkühler, ein Wasserbadkühler, auch Quenching Cooler genannt, oder eine Kombination der vorgenannten Kühler eingesetzt wird.
Vorrichtung umfassend insbesondere vorgenannte Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13.