DE19520651B4

DE19520651B4 - Verfahren zur Verwertung und Entsorgung von Klär- bzw. Wasserwerksschlämmen

Info

Publication number: DE19520651B4
Application number: DE1995120651
Authority: DE
Inventors: Dieter Fuenders
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-09
Filing date: 1995-06-09
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2015-06-10
Also published as: DE19520651A1

Abstract

Verfahren zur Verwertung von Klär- und/oder Wasserwerksschlämmen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Klär- und/oder Wasserwerkschlämme Formlingen, welche Einsatzstoffe für die Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie bilden, in solchen Anteilen zugemischt werden, dass der maximal für das Endprodukt zulässige Toleranzwert an durch die Klär- und/oder Wasserwerkschlämme und/oder deren Aschen eingebrachten Fremdstoffen nicht überschritten wird, und die Formlinge durch Sintern des Gemisches aus Rohstoffen und Klär- und/oder Wasserwerksschlämmen, oder
durch Pelletieren oder Brikettieren des Gemisches aus Rohstoffen und Klär- und/oder Wasserwerkschlämmen hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung und Entsorgung von Klärschlämmen durch Einsatz derselben in der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie.
1. Anwendungsgebiet der Erfindung
In der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie wird seit langer Zeit die Verhüttung von Eisenoxiden mit Hilfe von Reduktionsmitteln wie Kohlenstoff, Kohlenmonoxid usw. in großem Umfang durchgeführt.
Im Folgenden soll anhand der Funktionsweise eines Hochofens der prinzipielle Verfahrensweg eines Verhüttungsprozesses dargestellt werden.
In der sogenannten Möllersäule werden zunächst schichtweise in den Hochofen gegeben:

a) Eisenträger, in der Regel Erze
b) Kohlenstoffträger, wie z.B. Koks
c) Schlackenbildner, die sowohl die Gangart des Erzes binden als auch metallurgische Arbeit – beispielsweise eine Entschwefelung des Roheisens – leisten sollen.

Die Möllersäule wird von unten von einem Reduktionsgas durchströmt, wodurch die Eisenoxide reduziert werden und sich das reduzierte Eisen in flüssiger Form im Gestell des Ofens sammelt.
Die Fortentwicklung dieses Reduktionsverfahrens hat zu einer Vielzahl von verschiedenen Varianten geführt, mit denen sich in den meisten Fällen die heutzutage hohen Anforderungen an die modernen Roheisen-Stahlsorten erfüllen lassen.
Eine wesentliche Voraussetzung für eine erfolgreiche Anwendung dieser modernen Reduktionsverfahren ist eine strenge Auswahl an exakt definierten, qualitativ hochwertigen Einsatzstoffen, die insbesondere den im folgenden beschriebenen Qualitätsanforderungen genügen müssen.

a) Die Eisenträger sollen – einen hohen Gehalt an Eisen, jedoch – einen niedrigen Anteil an Gangart sowie – eine gute Reaktionsfähigkeit durch den Einsatz in Form von Pellets o.ä. aufweisen.
b) Die Kohlenstoffträger sollen – eine hohe mechanische Festigkeit, – einen geringen Anteil an flüchtigen Bestandteilen, – geringe Schwefelgehalte, – keine Alkalien oder Zn- bzw. Pb-Träger usw. sowie – einen geringen Aschegehalt aufweisen.
c) Die Schlackenbildner sollen – einen möglichst geringen Gehalt an Alkalien sowie an Zn bzw. Pb aufweisen, – in Bezug auf die metallurgische Aufgabenstellung, wie beispielsweise der Basizitätseinstellung, der Entschwefelungsfähigkeit, der Einstellung der Schlackenviskosität und dem Schmelzpunkt der Schlacke usw. wirksam sein und möglichst – Reststoffe bilden; die weiter verwertbar sind.

Des weiteren sollen die genannten Einsatzstoffe preiswert sein.
Wegen der hohen Qualitätsanforderungen kommen derzeit zahlreiche minderwertigere Einsatzstoffe in der anfallenden Form bei der Verhüttung von Eisenoxiden nicht mehr zum Einsatz.
Die Konsequenz davon ist, daß sowohl die Anzahl, als auch die Menge an minderwertigeren Stoffen immer mehr zunimmt. Da derzeit diese an und für sich noch durchaus gehaltvollen Rohstoffe nicht eingesetzt werden, übersteigt die zu deponierende Abfallstoffmenge im Extremfall den maximal deponierbaren Wert.
Dies gilt insbesondere für Klärschlämme.
2. Stand der Technik
Die Entsorgung von Klär- bzw. Wasserwerksschlämmen stellt zunehmend ein Problem dar. Dies ist u.a. dadurch bedingt, daß

a) der Verwertung als Dünger in der Agrarwirtschaft biologische Grenzen gesetzt sind,
b) die oft hohe Kontamination mit Schwermetallen eine Verwertung als Dünger ausschließt,
c) eine thermische Verarbeitung durch den relativ geringen Energieinhalt und den hohen Aschegehalt nicht nur unwirtschaftlich ist, sondern hierbei auch wieder neue zu deponierende Verbrennungs rückstände anfallen,
d) der Deponieraum wegen der chemischen und physikalischen Brisanz der Klärschlämme bzw. deren Verbrennungsrückstände sehr knapp und daher auch kostenintensiv ist.

Aus der DE 39 41 868 A1 ist ein Verfahren zur Verwertung von Klärschlämmen bekannt, bei dem die Klärschlämme in einem Schachtofen zur Verhüttung von Erzen verbrannt werden. Die in den Klärschlämmen enthaltenen Metalle werden hierbei dadurch entsorgt, dass sie einerseits von der Metallschmelze, andererseits von der Schlacke aufgenommen und gebunden werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem es möglich ist, Klär- bzw. Wasserwerkschlämme insbesondere unter dem Gesichtspunkt geringer Kosten und guter Umweltverträglichkeit möglichst vollständig in einer Weise zu verwerten, dass eine Entsorgung der Klär- bzw. Wasserwerkschlämme durch eine Lagerung in geeignetem Deponieräumen oder durch eine gesonderte Aufbereitung weitestgehend überflüssig wird, und sich natürliche Rohstoffe einsparen lassen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

3. Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens

Die Möglichkeit, Klär- bzw. Wasserwerkschlämme in Formkörper, die für die Stahlherstellung benötigte Einsatzstoffe enthalten können, einzubauen und dann in Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie zu verarbeiten, ist für die Verwertung von Klär- bzw. Wasserwerkschlämmen nahezu ideal. Dies gilt sowohl für Klär- bzw. Wasserwerkschlämme an sich, als auch für die nach einer thermischen Vorverarbeitung von Klär- bzw. Wasserwerkschlämmen zurückbleibende Asche.

Zwar haben Klärschlämme von Hause aus einen nur geringen Energieinhalt, dieser reicht aber aus, um den Energieverlust, der durch das Aufheizen und Aufschmelzen der Formkörper im Schmelzaggregat entsteht, auszugleichen. Da der Energieinhalt der in modernen biologischen Abwasserreinigungsanlagen entstehenden Klärschlämme durch Zudosierung von so genannter Biokohle, die der Immobilisierung der an dem Abbau(reinigungs)prozessen beteiligten Mikroorganismen und damit einer Verbesserung der Reinigungsleistung dient, deutlich erhöht ist, kann durch Zugabe desselben zu den Einsatzstoffen sogar das Energieeinbringen in den Reaktor erhöht werden. Im Falle von Wasserwerksschlämmen, die in der Regel keine nennenswerten Mengen an organischen Energieträgern beinhalten, werden vorzugsweise solche Anteile an Energieträgern beigemischt, die den Energieverlust der Metallschmelze durch Aufheizen und Aufschmelzen der Formkörper etwa ausgleichen.

Die bei einer thermischen Vorverarbeitung als Rückstand verbleibende Asche von Klär- bzw. Wasserwerkschlämmen besteht in der Regel aus biologisch nicht abbaubaren mineralogischen Phasen. Diese können in der Schlackenmetallurgie durchaus einer sinnvollen Verwertung zugeführt werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit nicht nur ein Entsorgungsproblem gelöst, sondern durch den Einsatz der Klär- bzw. Wasserwerkschlämme bzw. deren Aschen lassen sich natürliche Rohstoffe einsparen.

Im Einzelnen können Klär- bzw. Wasserwerkschlämme den Einsatzstoffen

a) als Schlackenbildner,
b) als Mittel zur Formstabilisierung von für die Stahlherstellung benötigte Zusatzstoffe enthaltenden Formlingen,
c) als Träger von Katalysatoren,
d) zur Reduktion von Eisenoxid sowie
e) zum Energieeinbringen in einen Reaktor

zugegeben werden.

Es werden demgemäß durch das erfindungsgemäße Verfahren u. a. folgende Vorteile erzielt:

a) Die Klär- bzw. Wasserwerkschlämme werden nicht mehr nur entsorgt, sondern werden einer wirtschaftlich sinnvollen Verwertung zugeführt, da der Klär- bzw. Wasserwerkschlamm für die Reduktion benötigte Kohlenstoffträger, für die Schlackenmetallurgie benötigte Mineralien, sowie für die Stabilität der Formlinge im Laufe des Reduktionsprozesses erforderliche Mineralien als Binder, enthält, wodurch sich auch positive Auswirkungen auf den Umweltschutz ergeben.
b) Je nach Anlage kann der Klärschlamm die für eine Katalysatorwirkung erforderlichen Gehalt an FeCl₃, Natriumverbindungen, Eisenhydroxide usw. enthalten. FeCl₃ beispielsweise dient bei einigen Kläranlagen der Einstellung des pH-Wertes der zu reinigenden Abwässer.

4. Rohstoffe und Herstellung der Einsatzstoffe

Die in der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie in sehr großen Mengen verarbeiteten Einsatzstoffe sind in der Regel natürlichen Ursprungs. Allen natürlichen Rohstoffen ist gemeinsam, dass sie mit Ballaststoffen behaftet sind, die der Verbraucher nicht haben will, die er aber zwangsläufig mit einkaufen und verarbeiten muss. Aus diesem Grunde gibt es eine ganze Reihe von Toleranzen, die von vornherein in den Gattierungsrechnungen mit berücksichtigt und oftmals gar nicht ganz ausgeschöpft werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden einerseits diese Toleranzen sinnvoll genutzt, andererseits der überwiegende Anteil der Klärschlammbestandteile metallurgisch sinnvoll genutzt.

Die natürlichen Rohstoffe der Einsatzstoffe lassen sich auch durch synthetische Stoffe ersetzen, welche aus verschiedenen Abfallstoffen bestehen, die in ganz bestimmter auf den späteren Einsatzzweck abzielender Art miteinander vermischt und in Formkörper eingebaut sind. Diese synthetischen Einsatzstoffe können ihre Wirksamkeit ohne weiteres auch ohne den Einsatz von Klär- bzw. Wasserwerksschlämmen entfalten.

Im Folgenden werden Stoffe der Abfallwirtschaft sowie Verfahren zur Herstellung der Einsatzstoffe aufgeführt, die hier zum Einsatz gelangen können. Die Liste erhebt allerdings nicht den Anspruch auf Vollständigkeit.

4.1 Kohlenstoffträger von minderwertiger Qualität bzw. aus dem Abfallbereich

Durch den Einsatz von Kohleträgern, für die man in der anfallenden Form keine ausreichende wirtschaftliche Verwendung hat, läßt sich der Energieinhalt der Einsatzstoffe erhöhen, wodurch diese gleichzeitig zum Energieeinbringen in einen Reaktor Verwendung finden können. Als derartige Kohleträger kommen beispielsweise in Betracht:

a) Schlämme aus der Kohlenwäsche
b) Bergehalden oder artverwandte Produkte mit nur noch geringen Kohlenstoffgehalten
c) Kohlen mit einem hohen Gehalt an Asche
d) Kokse und Kohlen aus der Kohle-fördernden Industrie, die sich nur sehr kostenintensiv aufbereiten lassen
e) Flugaschen aus dem Kraftwerksbereich
f) Abfallkohlen bzw. Kokse aus der chemischen Industrie
g) Filterstäube
h) Schlämme aus verschiedenen Wasseraufbereitungssystemen.

4.2 Minderwertige Eisenträger

Des weiteren können Eisenträger zum Einsatz gelangen, für die man sonst keine sinnvolle wirtschaftliche Verwendung hat. Als Beispiele seien genannt:

a) Walzzunder
b) Abbrände der chemischen Industrie
c) Schleifschlämme
d) Strahlmittel auf der Basis Eisen/Eisenoxid
f) Filterstäube
g) eisenhaltige Schlacken der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie.

Je nach Herkunft der Eisenträger muß die Menge allerdings von Fall zu Fall begrenzt werden:
Es gibt Eisenträger, die als Abbrände der Schwefelsäureherstellung aufgrund ihrer Konsistenz für metallurgische Zwecke nur in geringen Mengen eingesetzt werden können, sowie Walzzunderschlämme, die aufgrund ihrer Ölgehalte verfahrenstechnischen Grenzen unterliegen. Mischungen von beiden sind ohne weiteres je nach späterem Verwendungszweck möglich.

Filterstäube, die bisher nur schwer wegen der erheblichen Belastung mit Schwermetallen wieder eingesetzt werden konnten, können je nach Verarbeitungsverfahren so zugemischt werden, daß durch eine Anreicherung derselben im Filter des Endverbrauchers die wirtschaftlichen Konzentrationsgrenzen überschritten werden und dadurch die weitere Verhüttung wieder interessant wird. Hierdurch ergibt sich für den Endverbraucher eine Möglichkeit, die Zusammensetzung seiner Filterstäube nach eigenen Wünschen einzustellen, um diese dann gegebenenfalls auf dem Rohstoffmarkt zu vermarkten.

4.3 Al₂O-Träger

Aus Kosten- und umwelttechnischen Gesichtspunkten empfiehlt es sich wiederum, auf Sekundärrohstoffe bzw. Abfallstoffe zurückzugreifen. Als Beispiele seien genannt:

a) Ausbrüche von feuerfesten Zustellungen der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie
b) Reststoffe der Feuerfest-Industrie, die nur sehr kostenaufwendig eingesetzt werden können
c) Reste an natürlichen Tonerdeträgern, die kostspielig aufbereitet werden müßten
d) Abbrände aus der chemischen Industrie
e) Schlacken aus der Aluminium-gewinnenden und -verarbeitenden Industrie
f) Bauschutt
g) Schlacken aus der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie
h) Filterstäube
i) Flugaschen
j) Abfallstoffe sonstiger Art wie z.B. Strahlmittel, Trennscheiben usw.
k) Abfallstoffe der Zementindustrie

4.4 CaO-Träger

Als Beispiele CaO-haltiger Sekundärrohstoffe bzw. Abfallstoffe seien genannt:

a) Abfallstoffe natürlicher CaO-CaCO₃-Träger
b) Bauschutt
c) Abfallstoffe der Zementindustrie
d) Abfallstoffe der Feuerfest-Industrie
e) Schlacken der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie
f) CaO-haltige Filterstäube
g) CaO-haltige Flugaschen
h) CaO-haltige Abfälle der chemischen Industrie

4.5 MaO-Träger

Als Beispiele seien genannt:

a) Ausbruch Olivin-haltiger Zustellungen
b) Ausbruch MgO-haltiger Zustellungen
c) Ausbruch Dolomit-haltiger Zustellungen
d) Reste der bei den Aufarbeitungsverfahren anfallenden schwer einsetzbaren natürlichen Olivine, Dolomite, Magnesite oder sonstige MgO-Träger
e) Abfallstoffe der Feuerfest-Industrie
f) Abfallstoffe der MgO-Industrie
g) Schlacken der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie, die bisher nicht kostengünstig wiederverwertet werden konnten.

4.6 SiO₂-Träger

Als Beispiele seien genannt:

a) Altsande der Eisen,- Stahl- und Gießereiindustrie
b) Ausbrüche von Feuerfest-Zustellungen
c) Strahlmittel auf SiO₂-Basis
d) Bergehalden der Kohle-fördernden Industrie
e) Abbrände der chemischen Industrie
f) Filterstäube und Flugaschen
g) Abfallstoffe der Zementindustrie

Eventuelle Verunreinigungen der SiO₂-Träger durch Bindersysteme wie sie beispielsweise in der Gießereiindustrie üblich sind, werden durch die thermischen Belastungen beim Sintern oder beim Einsatz im Schmelzaggregat des Endverbrauchers automatisch zersetzt, ohne zusätzliche Kosten zu verursachen.

4.7 Beschleunigung des Reduktionsprozesses

a) Durch innige Vermischung:

Durch eine innige Vermischung von feinkörnigen Kohlenstoffträgern und Eisenträgern wird erreicht, daß der Reduktionsprozeß sowohl in Form einer Direktreduktion Kohle/Eisenoxid erfolgt, als auch indirekt über die Gasphase durch Verbrennung des Kohlenstoffträgers über ein von außen zugeführtes Reduktionsgas (Hochofenprozeß).

Die Geschwindigkeit der Reaktion CO₂ + C = 2 CO wird bestimmt durch die physikalischen Gegebenheiten des Gastransportes (CO₂) an den festen Kohlenstoff. Das daraus entstehende Gas CO muß an die Eisenträger-Partikel herantreten, um diese reduzieren zu können. Da alle beteiligten Reaktionspartner homogen im Formkörper vermischt sind, sind die erforderlichen Transportwege sehr kurz.

Mit zunehmender Feinkörnigkeit von Kohlenstoffträger und Eisenoxidträger erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit beider Reaktionen.

Durch eine optimale Abstimmung der Körnung und der Homogenität der in den Formkörpern vorhandenen Substanzen kann erreicht werden, daß die Kohlevergasung mit der Eisenoxid-Reduktion annähernd gleichzeitig abläuft.

Auf diese Weise kann die Reduktionszeit um bis zu 75% verkürzt werden.

b) Durch Zugabe von Katalysatoren:

Eine weitere Möglichkeit, die Reduktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, besteht darin, in die Formkörper Katalysatoren einzubringen.

Als Katalysatoren wirken u.a.:

a) metallisches Eisen

Durch die Anwesenheit von metallischem Eisen wird die Boudouard-Reaktion beschleunigt. Dieses metallische Eisen wird entweder durch den laufenden Prozeß selbst erzeugt, oder aber man gibt es von vornherein direkt mit in die Formlinge, wie beispielsweise durch Zugabe von metallischen Schleifschlämmen.

Bei einer beschleunigten Boudouard-Reaktion steht in kürzerer Zeit mehr Reduktionsgas zur Verfügung, welches seinerseits zu einer erhöhten Reaktionsgeschwindigkeit führt.

b) FeCl₃

Die Verbindung FeCl₃ beschleunigt die Reduktionsgeschwindigkeit ebenfalls sehr stark. Bereits ein Anteil von 1% FeCl₃ führt zu einer Beschleunigung der Reduktionsreaktion um etwa 30%. Allerdings ist durch die beschleunigende Wirkung von FeCl₃ mit einer starken Volumenzunahme der Formlinge bis hin zu ihrer Zerstörung zu rechnen.

c) Natriumverbindungen

Natriumverbindungen wie beispielsweise NaOH oder Na₂CO₃ führen ebenfalls zu einer Beschleunigung der Reduktionsgeschwindigkeit – je nach Gehalt – bis zu 100. Allerdings tritt auch hier der Effekt der Volumenzunahme auf.

Die maximal zugebbare Menge an Na-Trägern wird einerseits durch den Effekt der Volumenzunahme, andererseits durch den negativen Einfluß von Alkalien auf die Haltbarkeit feuerfester Zustellungen begrenzt. Es hat sich gezeigt, daß hinsichtlich der vorgenannten Effekte der maximal zugebbare Anteil an Na bei etwa 1% liegt, wobei dieser Wert allerdings je nach Aggregat und Zusammensetzung der Formkörper schwankt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die genannten Katalysatoren gleichzeitig einzusetzen.

Je nach Herkunft der erfindungsgemäß den Einsatzstoffen zugegebenen Klärschlämme beinhalten diese bereits in wirksamen Mengen die vorgenannten Katalysatoren, so daß man unter Umständen ganz auf den Zusatz weiterer Katalysatoren verzichten kann oder diese nur noch in geringeren Mengen zugeben muß.

4.8 Herstellung der synthetischen Einsatzstoffe

Die Herstellung der synthetischen Einsatzstoffe erfolgt dadurch, daß die beschriebenen Bestandteile nach den üblichen Verfahren vermischt und durch

a) Brikettieren
b) Pelletieren
c) Sintern

in eine kompakte und chargierfähige Form gebracht werden.

Verbraucher, die über eine Einblasanlage verfügen, können das Material in

d) Pulverform

je nach Typ der Einblasanlage (Dichtstromförderung usw.) einsetzen.

Bei den unter a) und b) beschriebenen Verfahren der Brikettierung und Pelletierung kann die Formstabilität der Formlinge durch Beimischung von feuerfesten Zusatzstoffen bzw. Bindern erhöht werden, was der Tendenz der Volumenzunahme der Formlinge mit zunehmender Reduktionsgeschwindigkeit entgegenwirkt.

Besonders als Binder geeignet sind die bereits zitierten feuerfesten Ausbruchstoffe, die gleichzeitig noch als metallurgische Schlackenbildner wirken.

Auch die Beimengung von Klärschlämmen trägt wegen deren Bindefähigkeit ebenfalls positiv zur Formstabilisierung der Formkörper bei.

Eine Stabilisierung der Formkörper ist aus verfahrenstechnischen Gründen unbedingt erforderlich, um dem Schmelz- und Reduktionssystem möglichst lange einen CO-resistenten und mechanisch stabilen Formling bei hohen Temperaturen anzubieten.

Wird der Formling zu früh zerstört, stört dies den Stoffhaushalt des Systems, da zuviel Feinanteil entstehen würde, der über die Absaugung dem Prozeß entzogen werden könnte, wodurch die noch verbleibenden Feinanteile die ordnungsgemäße Durchgasung der Möllersäule durch Verstopfung behinderten.

Das unter c) zitierte Sinterverfahren zur Herstellung der Formlinge erfolgt unter den bekannten Sinterbedingungen, wobei als Sinterkohle sowohl Koks als auch niedrig flüchtige Kohlesorten eingesetzt werden können. Die Sinterung kann sowohl in normalen Sinteranlagen als auch in Drehrohröfen erfolgen.

Je nach gewünschtem Endprodukt können als Sinterkohle auch zusätzlich Waschberge der Kohle-fördernden Industrie eingesetzt werden.

Der Reduktionsgrad (Metallisierungsgrad) ist ebenfalls variierbar; im Extremfall kann die Sinterung sowohl unter rein oxidierenden Bedingungen bei höheren Temperaturen durchgeführt werden, als auch unter rein reduzierenden Bedingungen bei niedrigerer Temperatur.

5. Zusammenfassung der mit der Erfindung verbundenen Vorteile

– Abfallstoffe, die bisher in schwer faßbarer Form vor liegen – insbesondere Klär- bzw. Wasserwerksschlämme
– werden in eine chargierfähige Form überführt.
– Minderwertigere Kohlenstoffträger werden einer sinnvollen Verwertung zugeführt.
– Minderwertigere Eisenträger werden einer sinnvollen Verwertung zugeführt.
– Weitere Abfallstoffe aus dem Bereich der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie werden einer sinnvollen Verwertung zugeführt.
– Der Reduktionsprozeß wird durch eine homogene Vermischung feinkörniger Reaktionspartner und/oder durch Zugabe von Katalysatoren wie FeCl₃, Na, Fe(OH)₃, metallisches Eisen, usw. beschleunigt.
– Die Formstabilität der Formlinge wird durch Zugabe von feuerfesten Stoffen bzw. Bindern erhöht.
– Die Beimengung von Klär- bzw. Wasserwerksschlämmen zu den Einsatzstoffen trägt nicht nur zur Lösung der mit den Klär- bzw. Wasserwerksschlämmen verbundenen Entsorungsproblemen bei, sondern durch seinen Energieinhalt, seine bindende Wirkung, seine Wirkung als Schlackenbildner sowie gegebenenfalls seine die Reduktionsreaktion beschleunigenden katalytischen Bestandteile ist eine Beimengung von Klär- bzw. Wasserwerksschlämmen zu den Einsatzstoffen auch metallurgisch sinnvoll.

Folgende Stoffe wurden homogen vermischt und zu einem Formkörper auf einer Brikettpresse verpreßt:

a) Eisenoxidträger mit folgender Analyse: Fe₂O₃: 72%; Al₂O₃: 3%; CaO: 4%; MgO: 4% und Fe (OH)₃
b) C-Träger mit folgender Analyse: C: 72%; Asche: 20%; flüchtige Bestandteile: 8%
c) Al₂O₃-Träger: Al₂O₃: 75%; SiO₂: 7%; SiC: 14%
d) SiO₂-Träger: Sand mit ca. 100 SiO₂
e) Bindemittel: Zement
f) FeCl₃
g) NaOH
h) Na₂CO₃
i) Klärschlamm aus normaler Kläranlage in geschleudeter Form

Die Bestandteile wurden in folgendem Verhältnis miteinander vermischt:
Beispiel 1:

Klärschlämme: 30%
Eisen-Träger: 20%
C-Träger: 30%
Al₂O₃-Träger: 10%
Zement: 10%

Beispiel 2:

Eisen-Träger: 20%
Klärschlämme: 20%
SiO₂-Träger: 40%
Zement: 20%

Beispiel 3:

Eisen-Träger: 25%
C-Träger: 10%
Klärschlamm: 30%
Al₂O₃-Träger: 20%
Zement: 15%

Die Formkörper wurden nach der Aushärtung auf über 1000°C erhitzt und teilweise mit CO/CO₂-Gas beaufschlagt.
Die durchlaufende Formänderung und Reduktionsgrad wurden gemessen.

Claims

Verfahren zur Verwertung von Klär- und/oder Wasserwerksschlämmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Klär- und/oder Wasserwerkschlämme Formlingen, welche Einsatzstoffe für die Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie bilden, in solchen Anteilen zugemischt werden, dass der maximal für das Endprodukt zulässige Toleranzwert an durch die Klär- und/oder Wasserwerkschlämme und/oder deren Aschen eingebrachten Fremdstoffen nicht überschritten wird, und die Formlinge durch Sintern des Gemisches aus Rohstoffen und Klär- und/oder Wasserwerksschlämmen, oder durch Pelletieren oder Brikettieren des Gemisches aus Rohstoffen und Klär- und/oder Wasserwerkschlämmen hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzstoffe aus Abfallprodukten hergestellte Rohstoffe enthalten.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klär- und/oder Wasserwerkschlämme in gewünschten Anteilen mit den Rohstoffen vermischt und pulverisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Formstabilität den Formlingen Binder beigemengt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Binder gleichzeitig die Funktion metallurgischer Schlackenbildner haben.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Binder feuerfeste Ausbruchstoffe enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Binder Klär- und/oder Wasserwerkschlämme enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlinge einen solchen Anteil von Energieträgern enthalten, dass der durch das Aufheizen und Aufschmelzen der Formlinge hervorgerufene Energieverlust eines Schmelzaggregats beim Einbringen der Formlinge durch die hierbei ablaufende exotherme Reaktion der Klär- und/oder Wasserwerkschlämme etwa ausgeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Rohstoffe Kohleträger enthalten.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohleträger aus einem oder mehreren der folgenden Abfallstoffe besteht: – Kokse und Kohlen aus der Kohle-fördernden Industrie, deren Aufbereitung zu kostenintensiv ist – Kohlen mit einem hohen Gehalt an Asche – Abfallkokse und Kohlen aus der chemischen Industrie – Minderwertige Kohlen- und Kokssorten – Bergehalden der Kohle- fördernden Industrie oder artverwandter Produkte mit nur noch geringen Kohlenstoffgehalten – Flugaschen – Öle und Fette – Filterstäube – Schlämme aus der Kohlenwäsche
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Rohstoffe Eisen- und/oder Eisenoxydträger enthalten.
Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Eisen- und/oder Eisenoxydträger aus einem oder mehreren der folgenden Abfallstoffe besteht: – Abbrände der chemischen Industrie – Walzzunder – Schleifschlämme – Strahlmittel auf Eisen/Eisenoxydbasis – Filterstäube – Schlacke der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie
Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohstoffe möglichst fein gekörnt und die Rohstoffe möglichst homogen vermischt werden, so dass die Kohlevergasung mit der Eisenoxidreduktion etwa simultan abläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Rohstoffe Al₂O₃-Träger enthalten.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Al₂O₃-Träger aus einem oder mehreren der folgenden Abfallstoffe bestehen: – Ausbrüche von feuerfesten Zustellungen der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie – Reststoffe der Feuertest-Industrie, die nur sehr kostenaufwendig eingesetzt werden können – Reste an natürlichen Tonerdeträgern, die nur kostspielig aufbereitet werden müssten – Abbrände aus der chemischen Industrie – Schlacken aus der Aluminium- gewinnenden und -verarbeitenden Industrie – Bauschutt – Schlacken aus der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie – Filterstäube – Flugaschen – Strahlmittel oder Trennscheiben – Abfallstoffe der Zementindustrie
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Rohstoffe CaO-Träger enthalten.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der CaO-Träger aus einem oder mehreren der folgenden Stoffen besteht: – Abfallstoffe natürlicher CaO/CaCO₃-Träger – Bauschutt – Abfallstoffe der Zementindustrie – Abfallstoffe der Feuertest-Industrie – Schlacken der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie – CaO-haltige Filterstäube – CaO-haltige Flugaschen – CaO-haltige Abfälle der chemischen Industrie
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Rohstoffe MgO-Träger enthalten.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die MgO-Träger aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe bestehen: – Ausbruch Olivin-haltiger Zustellungen – Ausbruch MgO-haltiger Zustellungen – Ausbruch Dolomit-haltiger Zustellungen – Reste der bei dem Aufarbeitungsverfahren anfallenden schwer einsetzbaren MgO-Träger, vorzugsweise natürliche Olivine, Dolomite oder Magnesite – Abfallstoffe der Feuertest-Industrie – Abfallstoffe der MgO-Industrie – Schlacken der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie, die bisher nicht kostengünstig wiederverwertet werden konnten
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Rohstoffe SiO₂-Träger enthalten.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO₂-Träger aus einem oder mehreren der folgenden Abfallstoffe bestehen: – Altsande der Eisen-, Stahl- und Gießereiindustrie – Ausbrüche von Feuerfest-Zustellungen – Bauschutt – Strahlmittel auf SiO₂-Basis – Bergehalden der Kohle-fördernden Industrie – Filterstäube – Flugaschen – Abfallstoffe der Zementindustrie
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Klär- und/oder Wasserwerkschlämme und/oder einer oder mehrere der Rohstoffe Katalysatoren enthalten oder diesen beigemengt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe bestehen: – Metallisches Eisen – FeCl₃ – Natriumverbindungen
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Herstellung der Einsatzbaustoffe verwendeten Rohstoffe, die zur Herstellung der Rohstoffe verwendeten Abfallstoffe, die sonstigen Zusatzstoffe sowie die Klär- und/oder Wasserwerkschlämme innerhalb von verfahrenstechnisch und/oder metallurgisch begründeten Grenzwerten eingesetzt werden.