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Verfahren zur Nutzbarmachung staubförmiger Rückstände Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Nutzbarmachung von staubförmigen pyrophoren Rückständen,
die bei elektrothermischen Reduktionsprozessen unter Verwendung eines Reduktionsmittels
auf Kohlenstoffbasis anfallen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Bei elektrothermischen Reduktionsprozessen unter Verwendung eines
Reduktionsmittels auf Kohlenstoffbasis fallen relativ große Mengen eines staubförmigen
Materials an, dessen Beseitigung oder Verwertung erhebliche Probleme stellt. Aufgrund
des unter den Reduktionsbedingungen gebildeten Cyanidgehaltes tritt bei einer nassen
Aufarbeitung. das Problem eines cyanidhaltigen Abwassers auf, dessen Entgiftung
erhebliche Aufwendungen erfordert. Der große Anteil an hydrolysierbaren Metalloxyden
in derartigem Staubmaterial wird zudem hierbei in eine kaum noch verwertbare Form
überführt.
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Ein trockenes Verarbeitungsverfahren wirft ebenfalls das Problem
der
Cyanidbeseitigung auf und wird zudem erschwert durch die große Neigung zur Verklumpung
und durch den nicht unerheblichen Kohlenstoffgehalt,der aus dem Reduktionsmittel
stammt.
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Die Ablagerung dieser Produkte auf Halden ist aus Gründen der Umweltverschmutzung
nicht möglich wegen des Giftstoffgehaltes.
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Beispielsweise enthält der aus der elektrothermischen Carbidherstellung
nach Reinigung des CO-Gases hinterbleibende Ofenabgasstaub neben größeren Anteilen
Magnesium-, Calcium- und Kaliumoxid bis zu etwa 0,5 ffi Cyanide und größere Mengen
Kohlenstoff. Mitverursacht durch den relativ hohen Kohlenstoffgehalt sind diese
Produkte auch selbstentzündlich und brennbar (pyrophor), was ihre Handhabung zusätzlich
erschwert.
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Bekannt sind Staub-Ausbrennanlagen z.B. aus der deutschen Patentschrift
Nr. 942 769, in welcher ein Verfahren zum Agglomerieren feinteiliger fester Stoffe
durch Erhitzen in einer gegen die Horizontale geneigten Aufheizzone zweier hintere
inandergeschalteter Drehöfen unter gleichzeitigem Durchm schen beschrieben ist.
Insbesondere dient das Verfahren zum Agglomerieren feiner Erzstaubmassen sowie zum
Entfernen von Pb, Zn, S oder anderen unerwünschten Bestandteilen.
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Weiter ist in DBP 836 860 die Behandlung von Feinerzen, Gichtstaub
etc. auf Bandsinteranlagen beschrieben. Das zu sinternde Gut wird zusammen mit zugesetztem
Brennstoff, meist feink.örnigem Koks, auf einer Anlage nach Art eines Wanderrostes
langsam zwischen einem die Wärme zurückstrahlenden Gewölbe und einer unterhalb der
Roste angeordneten Saugzuganlage hindurchgezogen.
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Einmal gezündet, setzt sich die Verbrennung des in der Mischung enthaltenen
Kokses unter dem Einfluß der durchgesaugten Luft selbsttätig fort.
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Gemäß DBP 1 152 120 wird der Wärmebehandlungsprozeß fester Stoffe
auf Wanderrosten so geregelt, daß der Ausbrennvorgang am Auswurfende des Bandes
gerade beendet ist.
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Keines dieser Verfahren eignet sich zur Entgiftung und Nutzbarmachung
der staubförmigen Rückstände von elektrothermischen Reduktionsprozessen unter Verwendung
eines Reduktionsmittels auf Kohlenstoffbasis, da entweder eine Klumpenbildung oder
eine ungenügende Entgiftung eintritt. Nunmehr wurde gefunden, daß die Nutzbarmachung
der genannten Abfallstoffe durch Ausbrennen möglich ist, wenn ganz bestimmte Temperatur-
und Zeitbedingungen eingehalten werden und- außerdem oxydierendes Gas in bestimmter
Weise durch das zu behandelnde Gut geführt wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur
Nutzbarmachung von staubförmigen pyrophoren Rückständen von elektrothermischen Reduktionsprozessen
unter Verwendung eines Reduktionsmittels auf Kohlenstoffbasis, welches dadurch gekennzeichnet
ist, d3ßder Staub über mehrere h4ntereinanderge schaltete Stufen geführt und dabei
mit oxydierendem Gas durchblasen wird, wobei man die Gasmenge so regelt, daß während
10 bis 20 Minuten eine Temperatur zwischen 600 und 1100°C herrscht.
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Vorzugsweise erfolgt die Verfahrensführung derart, daß nur in den
mittleren Stufen eine Temperatur im angegebenen Bereich herrscht. Auf diese Weise
wird sichergestellt, daß sich an den Verbrennungsvorgang gleich der erforderliche
Kühlvorgang anschließt.
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Unter den erfindungsgemäßen Bedingungen erfolgt die Oxydation der
Cyanide zu Stickstoff und CO,, der Kohlenstoffgehalt wird beseitigt oder entscheidend
verringert und das abgekühlte Material besteht hauptsäehlich aus Metalloxyden, im
Falle der Verwendung des bei der Calciumcarbidherstellung anfallenden Staubes aus
den Oxyden von Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium sowie weiterer Metalle.
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Als oxydierendes Gas wird Luft bevorzugt. Es können aber auch andere
oxydierende Gase verwendet werden, sofern sie dazu geeignet sind, die Entzundung
des Staubes zu bewirken und in Gang zu halten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Reduzierung des Cyanidgehaltes
auf eine unschädliche Konzentration von etwa 1 ppm und gleichzeitig eine Überführung
des Staubes in eine Form, die seine WeitervervJendung auf verschiedenen technischen
Gebieten ermöglicht.
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Vorzugsweise erfolgt die Erhitzung im Temperaturbereich zwischen 800
und 10000C. Im letzteren Temperaturbereich wurden besonders günstige Ergebnisse
mit einer Verweilzeit von 8 bis 15 min erzielt.
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Das Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, daß die staubförmigen
Feststoffe mit dem oxydierenden Gas zur Entzündung gebracht und dann mechanisch
weitertransportiert werden und während dieses Transportes ständig mit dem oxydierenden
Gas aufgewirbelt werden. Zu diesem Zweck hat sich eine Schichthöhe von etwa 40 bis
60 mm als besonders günstig erwiesen. Der Staub wird hierbei von unten mit dem oxydierenden
Gas so durchblasen, daß er in einen fließfähigen Zustand gerät.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist
gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einem gasdurchlässigen Zwischenboden aus feuerfestem
Material, mit einer an einem Ende des Gehäuses angeordneten Zuführung für unbehandelten
Staub und einen am anderen Ende angeordneten Auslaß für behandelten Staub, mehrere
unter dem Zwischenboden angeordnete Kammern, die mit Gaszuleitungen und Regelorganen
derart ausgerüstet sind, daß der Gasdruck und die zugeführte Gasmenge für jede Kammer
einzeln regelbar sind, eine Gasableitung und eine Anzahl
vertikal
und horizontal beweglich angebrachte schaufelartige Organe, die zum Weiterschieben
des Staubs in Richtung des Auslasses geeignet sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben.
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Die Zeichnung zeigt einen waagrechten Behälter 10 mit einem Zwischenboden
12, der gasdurchlässig ausgebildet ist. Unter dem Zwischenboden 12 befinden sich
mehrere Kammern 14. Von der Gaszufuhrleitung 16 läßt sich in diese Kammern 14 über
die Regelorgane 17 in jede einzelne der Kammern 14 Gas in gewunschter Menge und
mit gewünschtem Druck einführen. Das Gas strömt durch den Boden 12 und die über
demselben befindliche Schicht 13 aus einem feuerfesten körnigen Material in die
darüber liegende Staubschicht 15 und bringt diese zur Entzündung und gleichzeitig
in einen teilweise fluiden Zustand. Die Staubschicht 15 wird bei 18 zudosiert, bei
22 wird der behandelte Staub ausgetragen. Der Weitertransport des Staubes durch
den Behälter 10 erfolgt mittels des Vorschubmechanismus 20, welcher so angebracht
ist, daß er eine kreisförmige Bewegung innerhalb des Behälters 10 ausführen kann.
Der Vorschubmechanismus 20 trägt eine Reihe von schaufelartigen Organen 19 und bewegt
bei Betätigung den gesamten Staub unter gleichzeitiger Umschichtung desselben eine
bestimmte Strecke in Richtung des Austrags 22 vor. Zwischen dem Zwischenboden 12
und dem Austrag 22 ist ein nicht belüfteter Bodenteil 24 vorgesehen.
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Dieser dient dazu, den fluiden Zustand des Staubes über dem porösen
Zwischenboden 12 zu beenden und so den daraufliegenden nicht-fließfähigen Staub
26 am unkontrollierten Abfließen in den Austrag 22 zu hindern.
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Der gasdurchlässige Zwischenboden 12 besteht vorzugsweise aus
einem
gelochten Blech. Stärke und Lochung des Bleches ist abhängig von dem zu behandelnden
Gut und dem Vorhandensein oder Fehlen einer schützenden Abdeckung aus feuerfestem
körnigen Material. Gute Ergebnisse wurden mit 2,5 bis 6 mm dickem Blech erzielt,
welches Löcher von vorzugsweise 0,5 bis 2,5 mm Durchmesser bei gegenseitigem Abstand
von vorzugsweise 5 bis 45 mm aufweist. Als feuerfeste Abdeckung hat sich eine Schüttung
aus Quarzsand oder Keramikkugeln bewährt. Besonders günstige Ergebnisse ^rlrden
mit einer Schichtdicke von 30 bis 70 mm erzielt. Für Keramikkugeln erwiesen sich
Körnungen zwischen 2 und 8 mm als besonders gut geeignet, um eine gleichmäßige Gasverteilung
zu erreichen. Die Abdeckung aus Quarzsand oder Keramikkugeln oder einem sonstigen
feuerfesten körnigen Material schützt den Blechboden einerseits vor einer zu großen
Wärmebelastung, vor dem Anbacken des Staubes und vor mechanischem Verschleiß durch
den VorschubLechanismus 20 und verbessert andererseits die Gleichmäßigkeit der Durchströmung
des von unten her zugeführten oxydierenden Gases und verbessert damit auch die Gleichmäßigkeit
des fluiden Zustandes in der Staubschicht 32.
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Bei Einhaltung der oben angegebenen Verweilzeiten und Temperaturen
läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherstellen, daß einerseits ein
vollständiges Ausbrennen des Staubes und Entfernung der Giftstoffe erfolgt, durch
die guten Wärmeabfuhrbedingungen aber gleichzeitig eine Überhitzung und damit das
Verbacken und Sintern des Staubes vermieden wird.
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Das am Ende der Vorrichtung ausgetragene behandelte Produkt ist körnig
und besteht beispielsweise bei Verarbeitung von Carbidofenstaub zu mehr als 70 %
aus basisch wirksamen Bestandteilen. Die Zusammensetzung des Produktes variiert
aber natürlich Je nach der Herkunft des Staubes.
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Für die Erfindung geeignete staubförmige Abfallprodukte sind ganz
allgemein solche, die bei elektrothermischen Reduktionsprozessen unter Verwendung
eines Reduktionsmittels auf Kohlenstoffbasis anfallen. Beispiele hierfür sind Calciumcarbid
und Calciumsilicid. Insbesondere geeignet für das Verfahren der Erfindung sind die
bei der Trockengasreinigung im Rahmen derartiger Prozesse angefallenen Staubmengen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nicht nur eine problemlose
Beseitigung der staubförmigen Abfallstoffe, sondern macht diese auch für andere
technische Verwendungen geeignet.
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Infolge des hohen Gehaltes an Magnesium und Spurenelementen eignen
sie sich als Düngemittel, da in der Landwirtschaft, verursacht durch die hohen Ernteentzüge,
gerade an diesen Stoffen zunehmend ein Mangel auftritt. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit
besteht in der Baustoffherstellung, beispielsweise zur Gewinnung von Zement und
anderen hydraulischen Bindemittelmassen und für die Magnesiumgewinnung.
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Die Erfindung ermöglicht somit eine Lösung der mit der Beseitigung
der bisher unverwertbaren staubförmigen Abfallstoffe verbundenen Probleme und schafft
gleichzeitig eine nutzbringende Verwendbarkeit für diese.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung weiter.
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Beispiel 1 (Vergleich) Der gelochte Zwischenboden eines rechteckigen
Stahlkastens ist mit Keramikkugeln, Quarzsand und etwa 30 cm hoch mit Filterstaub
aus der Gasreinigung eines geschlossenen Carbidofens gefüllt. Durch den Boden wird
der Staub mit Luft bedüst, wobei er sich von selbst entzündet.
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Die Abluft, vermengt mit Frischluft, wird im Kreis wieder unter den
Wirbelboden geführt. Nach einer Verweilzeit von etwa 1 Std. bei 350 bis 5000C kann
das Gut ausgetragen werden. Es ist schwarz und enthält noch 200 bis 300 ppm CIT.
Außerdem neigt der Staub zum teilweisen Agglomerieren, was die Verwirbelung stark
beeinträchtigt. Das behandelte Produkt kann wegen seines noch zu hohen Cyanidgehaltes
weder auf Halde gelegt, noch einer Wiederverwendung zugeführt werden.
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Beispiel 2 In die in der Zeichnung dargestellte und oben beschriebene
Vorrichtung wird 5 cm hoch der gleiche Filterstaub wie in Beispiel 1 eingefüllt
und durch den Boden (Blechdicke 3 mm; Lochdurchmesser 1,5 mm; mittlerer Lochabstand
ca. 33 mm) und die darauf befindliche Quarzschüttung (Körnung 3 bis 5 mm, Höhe ca.
50 mm) mit Prischluft beaufschlagt.
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Bei Eintritt des pyrophoren Staubes in den Behälter zündet er sich
bei Luftzutritt von selbst. Die Luftzufuhr zur zweiten und zur dritten Belüftungskammer
wird so geregelt, daß sich darüber im Staub eine Temperatur zwischen 650 und1OO00C
einstellte. Der Staub erhitzte sich dabei auf Gelb- bis Hellrotglut. Ab der vierten
Belüftungskammer wurde bei gleichbleibender Luftzufuhr wegen Auslaufes des Verbrennungsvorgauges
ein Absinken der Temperatur und Verschwinden der Glut beobachtet Man erhielt am
Austrag eine hellbraune streufähige pulverförmige Substanz. Der Cyanidgehalt betrug
etwa 1 ppm.