DE102019008945B4 - Process for processing 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 Grobfraktion (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 in einer Dosierstation (16) zusammengeführt und intensiv gemischt werden. Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von feiner Flugasche weist wenigstens eine Klassiervorrichtung (2) sowie eine erste trockenbetriebene Rührwerkskugelmühle (5) zur Mahlung der groben Flugasche auf. In einem nachgeschalteten Intensivmischer (18), bei dem es sich vorzugsweise um eine zweite trockenbetriebene Rührwerkskugelmühle handelt, werden die Feinfraktion (3) aus dem Zwischenspeicher (15) und die gemahlene Fraktion (10) der Flugasche wieder gemischt.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) and selective grinding of the coarse fraction in a dry-operated agitator ball mill (5), with the two components then being at least partially combined again in a Dosing station (16) are brought together and mixed intensively. The plant according to the invention for the production of fine fly ash has at least one classification device (2) and a first dry-operated agitator ball mill (5) for grinding the coarse fly ash. In a downstream intensive mixer (18), which is preferably a second dry-operated agitator ball mill, the fine fraction (3) from the intermediate store (15) and the ground fraction (10) of the fly ash are mixed again.

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 working up fly ash is characterized by a multi-stage treatment of fly ash, with classification, the comminution of a coarse fraction, a thermal treatment and an 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 plant according to the invention for the processed fly ash has at least a 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 accumulates in large quantities in combustion plants, such as in a coal-fired power plant. 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 for fly ash to be embedded in cement. However, fly ash has strongly varying particle sizes ranging from 0.2 to approx. 300 microns. In addition, the chemical composition varies considerably depending on the raw material source. The SiO2 content is between 15 and 60%, the Al2O3 content is usually between 5 and 30% and the iron oxide content is in the range of 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.Depending on the combustion process and raw materials, the quality of the fly ash varies greatly. 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 vitreous solidified, mostly spherical, fine fly ash particles can be solid or hollow spheres. Small solid spheres, below 45 µm, are particularly advantageous for the flowability of concrete, while larger spheres are often broken in the concrete mixing process and thus the flow properties deteriorate 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 that of 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 using a ball mill, or if how in DE 10 2017 114831 proposed by thyssenkrupp, the fly ash is crushed 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 usually 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 plant for producing activated fly ash, as a result of which the fly ash can be incorporated more easily into the cement production process. According to the invention, this object is achieved by the features of claims 1 and 7. The process 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.
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.Advantageously, the comminuted coarse fraction is then selectively charged electrostatically by means of electrodes and then freed from unwanted carbon in a potential field. Due to the mechanical pre-crushing, unburned coals or hydrocarbons are removed from the surface of the fly ash and the selectivity of the electrostatic separation (e.g. in a device according to Patent US000007086535 ) elevated.
In a next step, the previously separated fine fraction is mixed with the coarse fraction, which has been crushed and cleaned if necessary. Sulphate or cement clinker can also be 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 last step, the mixture is again subjected to agitated 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 by 2-stage grinding/dispersing in the presence of gypsum or cement, for example, leads to an ash with a significant improvement in lime reactivity, fineness, glass content and, in particular, 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 Portland pozzolan cements produced with such activated ash can therefore comply with the specifications of the cement standards in terms of their properties.

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.
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.For problem-free incorporation 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 in an agitator ball mill is carried out in such a way that coarse fly ash is ground to a fineness with a Blaine specific surface area of at least 7,000 cm/g.
The plant for the production of fly ash cement can also have a second classifier in the second grinding/dispersing stage, which separates any agglomerates larger than 75 μm and feeds them back to the grinding/dispersing stage.

BezugszeichenlisteReference List

11
Flugaschenaufgabefly ash feed
22
Klassiervorrichtungclassifier
33
Feinfraktionfine fraction
44
Grobfraktioncoarse fraction
55
Rührwerkskugelmühleagitator bead mill
66
Abscheidefilterseparation filter
77
Feingutaustragfines discharge
88th
Separatorseparator
99
High Carb ZwischenlagerHigh carb intermediate storage
1010
gemahlene Fraktionground fraction
1111
Silo Additiv 1Silo additive 1
1212
Silo Additiv 2Silo additive 2
1313
Austrag Silo 1Discharge silo 1
1414
Austrag Silo 2Discharge silo 2
1515
Zwischenspeichercache
1616
Dosierstationdosing station
1717
Beschickungfeed
1818
Intensivmischerintensive mixer
1919
Aufbereitete FlugascheProcessed fly ash

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 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 < 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 in a first step the fly ash is separated dry by air classification in a classifying device (2) into a fine fraction (3) with d97 smaller than 75 µm and a coarse fraction (4th ) is separated, then the coarse fraction (4) is ground in a dry-operated agitator ball mill (5) to a fineness of d97 < 75 µm and a surface area of more than 7000 Blaine and then both fractions are mixed in a selectable mixing ratio in a dosing station (16th ) are brought together again and then dispersed in an intensive mixer (18), the carbon content of the coarse fraction being less than 5% by weight before the backmixing. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemahlene Fraktion (10) in einem Separator (8) durch elektrostatische Separierung auf einen Kohlenstoffgehalt unter 5 Gew%, vorzugsweise unter 3 Gew% gereinigt wird.procedure after claim 1 , characterized in that the ground fraction (10) is cleaned in a separator (8) by electrostatic separation to a carbon content of less than 5% by weight, preferably less than 3% by weight. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gemahlene Fraktion (10) und die ungemahlene Feinfraktion (3) zum Zwecke der intensiven Dispergierung einer Passage in einem Intensivmischer (18) in Gestalt einer Rührwerkskugelmühle zugeführt werden.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the ground fraction (10) and the unground fine fraction (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 während der zweiten Dispergierung in einer zweiten Rührwerkskugelmühle durch niedrigere Drehzahl und/oder kleinere Mahlkörper und/oder Mahlkörper geringerer Dichte unter der Beanspruchungsintensität in der ersten Rührwerkskugelmühle (5) liegt, wobei die Beanspruchungsintensität der Mahlkörpermasse multipliziert mit der Umfangsgeschwindigkeit des Rührorgans am größten Durchmesser entspricht.procedure after claim 3 , characterized in that the stress intensity during the second dispersion in a second agitator ball mill due to the lower speed and/or smaller grinding media and/or grinding media of lower density is below the stress intensity in the first agitator ball mill (5), the stress intensity of the grinding media mass being multiplied by the peripheral speed of the stirring element at the largest diameter. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Komponenten der Flugasche, also der Feinfraktion (3) und der gemahlenen Fraktion (10) vor oder während der Dispergierung Sulfat in Form von Gips oder Anhydrit und/oder Zementklinker zugemischt wird.procedure after claim 3 , characterized in that the two components of the fly ash, ie the fine fraction (3) and the ground fraction (10) before or during the dispersing sulfate in the form of gypsum or anhydrite and / or cement clinker is mixed. 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 after 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 dem Intensivmischer(18) bei Ausbildung in Form einer zweiten Rührwerkskugelmühle zur schonenderen Dispergierung 0,3 kgm/s2 nicht überschreitet.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the stress intensity in the first dry agitator ball mill (5) is below 0.5 kgm/s 2 and in the intensive mixer (18) in the form of a second agitator ball mill for gentler dispersion does not exceed 0.3 kgm/s 2 . Anlage zur Herstellung von Flugasche mit wenigstens einer aus einer ersten Klassiervorrichtung (2), einem Zwischenspeicher (15) für die Feinfraktion (3) und einer ersten Rührwerkskugelmühle (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 classification device (2), an intermediate store (15) for the fine fraction (3) and a first agitator ball mill (5) for classification, and selective grinding of a coarse fraction (4) of fly ash 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 einem Intensivmischer (18) , der einer ersten Rührwerkskugelmühle (5) nachgeschaltet ist, ein Gemisch aus Feinfraktion (3) und der gemahlenenen Fraktion (10) mechanisch beansprucht werden kann.plant after claim 8 , characterized in that in an intensive mixer (18) which is a first agitator ball mill (5) downstream, a mixture of fine fraction (3) and the ground fraction (10) can be mechanically stressed. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Intensivmischer (18) mit wenigstens einem dynamischen Windsichter im geschlossenen Kreislauf betrieben werden kann.plant after claim 9 , characterized in that the intensive mixer (18) can be operated with at least one dynamic air classifier in a closed circuit.
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