DE102019008945A1 - Process for treating fly ash - Google Patents

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufarbeitung von Flugasche zeichnet sich durch eine Klassierung der Flugasche in eine Grob- (4) und eine Feinfraktion (3) sowie eine selektive Mahlung der Grobfraktion in einer trockenbetriebenen Rührwerkskugelmühle (5) aus wobei die beiden Komponenten anschließend zumindest teilweise wieder zusammengeführt (16) und intensiv gemischt werden (18). Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von feiner Flugasche weist wenigstens eine Separiervorrichtung (2) sowie eine erste trockenbetriebene Rührwerkskugelmühle (5) zur Mahlung der groben Flugasche auf. In einem nachgeschalteten Aggregat, bei dem es sich vorzugsweise um eine zweite trockenbetriebene Rührwerkskugelmühle (18) handelt, werden die unzerkleinerte Feinfraktion (15) und die gemahlene Fraktion (10) der Flugasche wieder intensiv gemischt.

Figure DE102019008945A1_0000
The method according to the invention for processing fly ash is characterized by a classification of the fly ash into a coarse fraction (4) and a fine fraction (3) as well as selective grinding of the coarse fraction in a dry-operated agitator ball mill (5), the two components then being at least partially brought together again (16) and mixed intensively (18). The plant according to the invention for the production of fine fly ash has at least one separating device (2) and a first dry-operated agitator ball mill (5) for grinding the coarse fly ash. In a downstream unit, which is preferably a second dry-operated agitator ball mill (18), the unsmushed fine fraction (15) and the ground fraction (10) of the fly ash are intensively mixed again.
Figure DE102019008945A1_0000

Description

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufarbeitung von Flugasche zeichnet sich durch eine mehrstufige Behandlung von Flugasche aus, wobei eine Klassierung, die Zerkleinerung eines Grobanteils, eine thermische Behandlung und eine anwendungsspezifische Rückvermischung miteinander kombiniert werden.The method according to the invention for processing fly ash is distinguished by a multi-stage treatment of fly ash, with classification, the comminution of a coarse fraction, thermal treatment and application-specific back-mixing being combined with one another.

Die erfindungsgemäße Anlage zur der aufbereiteten Flugasche weist wenigstens einen ersten Klassierer, eine Rührwerkskugelmühle und eine Mischvorrichtung für die erzeugten Teilfraktionen auf.The system according to the invention for the processed fly ash has at least one first classifier, an agitator ball mill and a mixing device for the partial fractions produced.

Flugasche fällt in Feuerungsanlagen, wie beispielsweise in einem Kohlekraftwerk, in großen Mengen an. So beträgt das Flugascheaufkommen in Indien weit über 200 Mio. Tonnen pro Jahr.Fly ash occurs in large quantities in combustion plants such as a coal-fired power station. The amount of fly ash in India is well over 200 million tons per year.

Es ist es bereits gängige Praxis, dass Flugasche in Zement eingebunden wird. Flugaschen weisen jedoch stark schwankende Korngrößen auf die sich in der Größenordnung von 0,2 bis ca. 300 Mikrometer bewegen. Zudem schwankt die chemische Zusammensetzung je nach Rohstoffquelle erheblich. So liegen SiO2 Anteile zwischen 15 und 60 % , Al2O3 Anteile meist zwischen 5 und 30% und die Eisenoxidgehalte im Bereich von 4 bis 40%.It is already common practice to incorporate fly ash into cement. Fly ash, however, has strongly fluctuating grain sizes ranging from 0.2 to approx. 300 micrometers. In addition, the chemical composition fluctuates considerably depending on the source of the raw material. SiO2 proportions are between 15 and 60%, Al2O3 proportions mostly between 5 and 30% and the iron oxide contents in the range from 4 to 40%.

Ein besonderes Problem für manche Anwendung sind jedoch häufig die Gehalte an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, sowie an Quecksilber oder Arsen.A particular problem for some applications, however, is often the content of unburned hydrocarbons, as well as mercury or arsenic.

Je nach Verbrennungsprozess und Rohstoffen schwankt die Qualität der Flugasche sehr stark. Daher ist es oft erforderlich dass Flugaschen aus verschiedenen Quellen gemischt werden. Ein besonderes Augenmerk muss dabei auf die Form und Größe der Aschepartikel gelegt werden.The quality of the fly ash varies greatly depending on the incineration process and raw materials. Therefore, fly ash from different sources is often required to be mixed. Particular attention must be paid to the shape and size of the ash particles.

So können die glasig erstarrten, meist kugelförmig ausgebildeten, feinen Flugaschepartikel als Vollkugeln oder Hohlkugeln vorliegen. Besonders vorteilhaft für die Fließfähig von Beton sind kleine, unter 45 µm, Vollkugeln, während größere Kugeln häufig im Betonmischprozess gebrochen werden und dadurch die Fließeigenschaften wieder verschlechtern.The fine, glassy solidified, mostly spherical, fly ash particles can be present as solid spheres or hollow spheres. Particularly advantageous for the flowability of concrete are small, under 45 µm, solid spheres, while larger spheres are often broken in the concrete mixing process and thus deteriorate the flow properties again.

Dies geschieht auch, wenn, wie in dem von S. K. Chaturvedi, D. Yadav, V. P. Chatterjee und A. Pahuja ( National Council for Cement and Building Materials, Ballabgarh, India, „ Aktivierung von Flugasche zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften für die Zementherstellung‟, Cement International 5 /2015, Vol. 13 ) beschriebenem Verfahren Flugasche mit Hilfe einer Kugelmühle gemahlen wird, oder wenn wie in DE 10 2017 114831 von thyssenkrupp vorgeschlagen, die Flugasche in einer trockenen Rührwerkskugelmühle zerkleinert wird.This also happens when, as in the one by SK Chaturvedi, D. Yadav, VP Chatterjee and A. Pahuja ( National Council for Cement and Building Materials, Ballabgarh, India, „ Activation of fly ash to improve the performance properties for cement production ‟, Cement International 5/2015, Vol. 13 ) fly ash is ground with the aid of a ball mill, or if as in DE 10 2017 114831 suggested by thyssenkrupp that the fly ash be comminuted in a dry agitator ball mill.

Beide Verfahren brechen sowohl die gewünschten kleinen Vollkugeln als auch die meist größeren Hohlkugeln.Both processes break both the desired small solid spheres and the mostly larger hollow spheres.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufarbeitung von Flugasche sowie eine Anlage zur Herstellung von aktivierter Flugasche anzugeben, wodurch sich die Flugasche leichter in den Zementproduktionsprozess einbinden lässt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufarbeitung von Flugasche zeichnet sich dabei durch eine erste Fraktionierung ( Sichtung oder Siebung) der Flugasche in kleine und große Partikel mit einer anschließenden Zerkleinerung der Grobfraktion in einer trockenbetriebenen horizontalen Rührwerkskugelmühle aus.The invention is therefore based on the object of specifying a method for processing fly ash and a system for producing activated fly ash, whereby the fly ash can be more easily incorporated into the cement production process. According to the invention, this object is achieved by the features of claims 1 and 7. The method according to the invention for processing fly ash is characterized by a first fractionation (sifting or sieving) of the fly ash into small and large particles with subsequent comminution of the coarse fraction in a dry-operated horizontal agitator ball mill.

Vorteilhafter Weise wird anschließend die zerkleinerte Grobfraktion elektrostatisch mittels Elektroden selektiv aufgeladen und anschließend in einem Potentialfeld von unerwünschten Kohlenstoffen befreit. Durch die mechanische Vorzerkleinerung werden dabei unverbrannte Kohlen oder Kohlenwasserstoffe von der Oberfläche der Flugasche abgelöst und die Trennschärfe der elektrostatischen Separierung (z.B. in einer Vorrichtung gem. Patent US000007086535 ) erhöht.The comminuted coarse fraction is then advantageously electrostatically charged electrostatically by means of electrodes and then freed from undesired carbons in a potential field. The mechanical pre-shredding removes unburned coals or hydrocarbons from the surface of the fly ash and improves the selectivity of the electrostatic separation (e.g. in a device according to the patent US000007086535 ) elevated.

In einem nächsten Schritt wird die vorher abgetrennte Feinfraktion mit der zerkleinerten und bei Bedarf gereinigten Grobfraktion gemischt, wobei dem Gemisch auch Sulfat oder Zementklinker zugegeben werden kann.In a next step, the previously separated fine fraction is mixed with the comminuted and, if necessary, purified coarse fraction, with sulphate or cement clinker also being added to the mixture.

Das Gemisch wird in einem letzten Schritt mit reduziertem Energieeinsatz bzw. geringerer Drehzahl oder auch kleineren Mahlkörpern erneut in einer Rührwerkskugelmühle beansprucht um die Partikeloberflächen aufzurauen bzw. zu aktivieren.In a final step, the mixture is stressed again in an agitator ball mill with reduced energy input or lower speed or smaller grinding media in order to roughen or activate the particle surfaces.

Die selektive mechanische Aktivierung der Flugasche durch 2-stufige Mahlung/Dispergierung im Beisein von z.B. Gips oder Zement führt zu einer Asche mit einer deutlichen Verbesserung in der Kalkreaktivität, der Feinheit, dem Glasgehalt und insbesondere der Fließfähigkeit bei geringem Wasserbedarf bei einer Verwendung in Beton.The selective mechanical activation of the fly ash through 2-stage grinding / dispersion in the presence of e.g. gypsum or cement leads to an ash with a significant improvement in calcium reactivity, fineness, glass content and especially flowability with low water requirements when used in concrete.

Die mit derart aktivierter Asche hergestellten Portlandpuzzolan-Zemente können daher in ihren Eigenschaften die Spezifikationen der Zementnormen einhalten.The properties of the portland pozzolan cements produced with ash activated in this way can therefore comply with the specifications of the cement standards.

Zur problemlosen Einbindung der Flugasche in den herzustellenden Zement sollte die Flugasche vorzugsweise einen Gehalt an reaktionsfähigem Siliziumdioxid von wenigstens 15 Gew.-% und einen Gehalt an reaktionsfähigem Calciumoxid unter 15 Gew.-% aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Betriebsweise wird die erste Mahlung in einer Rührwerkskugelmühle so betrieben, dass grobe Flugasche auf eine Feinheit mit einer spezifischen Oberfläche nach Blaine von wenigstens 7.000 cm /g gemahlen wird.For problem-free integration of the fly ash into the cement to be produced, the fly ash should preferably have a reactive silicon dioxide content of at least 15% by weight and a reactive calcium oxide content of less than 15% by weight. According to a preferred mode of operation, the first grinding is carried out in an agitator ball mill in such a way that coarse fly ash is ground to a fineness with a Blaine specific surface of at least 7,000 cm / g.

Die Anlage zur Herstellung von Flugasche Zement kann ferner in der zweiten Mahl-/Dispergierstufe einen zweiten Sichter aufweisen, der eventuell vorhandene Agglomerate größer 75 µm abtrennt und wieder der Mahl-/Dispergierstufe zuführt.The plant for the production of fly ash cement can also have a second sifter in the second grinding / dispersing stage, which separates any agglomerates larger than 75 μm and feeds them back to the grinding / dispersing stage.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
FlugaschenaufgabeFly ash feed
22
KlassiervorrichtungClassifying device
33
FeinfraktionFine fraction
44th
GrobfraktionCoarse fraction
55
RührwerkskugelmühleAgitator ball mill
66th
AbscheidefilterSeparation filter
77th
FeingutaustragFines discharge
88th
Separatorseparator
99
High Carb ZwischenlagerHigh carb intermediate storage
1010
gemahlene Fraktionground fraction
1111
Silo Additiv 1Silo additive 1
1212th
Silo Additiv 2Silo additive 2
1313th
Austrag Silo 1Discharge silo 1
1414th
Austrag Silo 2Discharge silo 2
1616
DosierstationDosing station
1717th
Beschickungfeed
1818th
IntensivmischerIntensive mixer
1919th
Aufbereitete FlugascheProcessed fly ash

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017114831 [0008]DE 102017114831 [0008]
  • US 000007086535 [0011]US 000007086535 [0011]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • National Council for Cement and Building Materials, Ballabgarh, India, „ Aktivierung von Flugasche zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften für die Zementherstellung‟, Cement International 5 /2015, Vol. 13 [0008]National Council for Cement and Building Materials, Ballabgarh, India, „ Activation of fly ash to improve the performance properties for cement production ‟, Cement International 5/2015, Vol. 13 [0008]

Claims (10)

Verfahren zur Aufarbeitung von Flugasche durch Klassierung, Mahlung und Rückvermischung der Flugasche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugasche in einem ersten Schritt trocken durch Windsichtung in einer Klassiervorrichtung (2) in eine Feinfraktion (3) mit d97 mindestens kleiner als 75 µm und eine Grobfraktion (4) getrennt wird, danach anschließend die Grobfraktion (4) in einer trocken betriebenen Rührwerkskugelmühle (5) auf eine Feinheit von d97< mindestens 75 µm und eine Oberfläche von mehr als 7000 Blaine gemahlen wird und danach beide Fraktionen in einem wählbaren Mischungsverhältnis in einer Dosierstation (16) wieder zusammengeführt und im Weiteren in einem Intensivmischer (18) dispergiert werden, wobei der Kohlenstoffgehalt der Grobfraktion vor der Rückvermischung unter 5 Gew % liegt.Process for processing fly ash by classifying, grinding and back-mixing the fly ash, characterized in that the fly ash is dry in a first step by air classification in a classifying device (2) into a fine fraction (3) with d97 at least less than 75 µm and a coarse fraction ( 4) is separated, then the coarse fraction (4) is then ground in a dry-operated agitator ball mill (5) to a fineness of d97 <at least 75 µm and a surface area of more than 7000 Blaine and then both fractions in a selectable mixing ratio in a dosing station (16) are brought together again and then dispersed in an intensive mixer (18), the carbon content of the coarse fraction before back-mixing being below 5% by weight. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemahlene Grobfraktion (10) in einem Separator (8) durch elektrostatische Separierung auf einen Kohlenstoffgehalt unter 5 Gew%, vorzugsweise unter 3 Gew% gereinigt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the ground coarse fraction (10) is cleaned in a separator (8) by electrostatic separation to a carbon content below 5% by weight, preferably below 3% by weight. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemahlene (10) und die ungemahlene Flugasche (3) zum Zwecke der intensiven Dispergierung einer Passage in einem Intensivmischer (18) in Gestalt einer Rührwerkskugelmühle zugeführt werden.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the ground (10) and the unground fly ash (3) are fed to a passage in an intensive mixer (18) in the form of an agitator ball mill for the purpose of intensive dispersion. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beanspruchungsintensität (= Mahlkörpermasse multipliziert mit Umfangsgeschwindigkeit des Rührorgans am größten Durchmesser) während der zweiten Dispergierung in einer Rührwerkskugelmühle durch niedrigere Drehzahl und/oder kleinere Mahlkörper und/oder Mahlkörper geringerer Dichte unter der Beanspruchungsintensität in der ersten Rührwerkskugelmühle (5) liegt.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the stress intensity (= grinding media mass multiplied by the circumferential speed of the agitator at the largest diameter) during the second dispersion in an agitator ball mill by lower speed and / or smaller grinding media and / or grinding media of lower density below the stress intensity in the first agitator ball mill (5) lies. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Komponenten der Flugasche (3 + 10) vor oder während der Dispergierung Sulfat in Form von Gips oder Anhydrit und/oder Zementklinker zugemischt wird.Procedure according to Claim 3 , characterized in that sulfate in the form of gypsum or anhydrite and / or cement clinker is added to the two components of the fly ash (3 + 10) before or during the dispersion. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührwerkskugelmühle (5) mit einem Luft/Flugasche-Gemisch im Mischungsverhältnis kleiner als 50:50 Gew% durchströmt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the agitator ball mill (5) is flowed through with an air / fly ash mixture in a mixing ratio of less than 50:50% by weight. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beanspruchungsintensität in der ersten trockenen Rührwerkskugelmühle (5) unter 0,5 kgm/s2 liegt und in der zweiten Rührwerkskugelmühle (18) zur schonenderen Dispergierung 0,3 kgm/s2 nicht überschreitet.Method according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the stress intensity in the first dry agitator ball mill (5) is below 0.5 kgm / s 2 and in the second agitator ball mill (18) does not exceed 0.3 kgm / s 2 for gentler dispersion. Anlage zur Herstellung von Flugasche mit wenigstens einer aus einer ersten Klassiervorrichtung (2), einem Zwischenspeicher (15) für die Feinfraktion (3) und einer ersten Mühle (5) bestehenden Mahlstufe zur Klassierung, und selektiven Mahlung einer Grobfraktion (4) von Flugasche dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Klassiervorrichtung (2) um einen dynamischen Windsichter mit wenigstens einer nachgeschalteten horizontalen trocken betriebenen Rührwerkskugelmühle (5) in Passagenfahrweise handelt.Plant for the production of fly ash with at least one grinding stage consisting of a first classifying device (2), an intermediate store (15) for the fine fraction (3) and a first mill (5) for classifying, and thereby selectively grinding a coarse fraction (4) of fly ash characterized in that the classifying device (2) is a dynamic air classifier with at least one downstream, horizontal, dry-operated agitator ball mill (5) in passage mode. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Rührwerkskugelmühle (18), die einer ersten Rührwerkskugelmühle (5) nachgeschaltet ist, ein Gemisch aus Feingut (3) und der gemahlenenen Fraktion Grobgut (10) mechanisch beansprucht werden kann.Plant after Claim 8 , characterized in that in a second agitator ball mill (18), which is connected downstream of a first agitator ball mill (5), a mixture of fine material (3) and the ground fraction of coarse material (10) can be mechanically stressed. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rührwerkskugelmühle(18) mit wenigstens einem dynamischen Windsichter im geschlossenen Kreislauf betrieben werden kann.Plant after Claim 9 , characterized in that the second agitator ball mill (18) can be operated with at least one dynamic air classifier in a closed circuit.
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