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VERFAHREN ZUR GEWINNUNG VON TONERDE AUS DEM MINERALANTEIL
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FESTER BRENNSTOFEE Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf des
Gehiet der Tonerdegewinnung aus alkalifreien, bauxitlosem Rohstoff,insbesondem an
dere auf Verfahren zur Gewinnung der Tonerde aus @ineralteil der Festbrennstoffe.
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Die Errindung kann in der Buntmetallindustrie bei der Erzeugung von
Tonerde und Aluminium sowie bei einer komplexen Verareines (Zweitrohstoffes) beitung
mineralischen Beirchstoffs ihre Anwendung finden, zu an und welchem der Mineralteil
von kohlen, Schiefern Torf zugezählt werden kann.
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Allgemein bekannt ist ein Verfahren zur Gewinnung von Tonerde aus
asche, dle durch die Reinigungsanlagen der Wärmekraftwerke zurückge wonnen wird,
in welchen der Festbrennstoff verorannt wird (s. Masel W.A. "Tonerdeerzeugung",
Auflage "Metallurgisdat", 1955).
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Die Aluminium-, Silizium- und Eisenoxyde enthaltende Asche wird unter
den Reinigungsanlagen gesammelt und in die @erkabteilung zur Pereitung von deren
Vermischung mit Kalkstein befördert.
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Hiernach wird die Asche in folgenden molverhältnissen des Kalksteins
zu den in der Asche enthaltenden Oxyden mit dem Kalkstein vermischt: CaO : SiO2
= 2,0; CaO: Al2O3 = 1,3 bis 1,8; CaO :Fe2O3 1,0.
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Alsdann wird die fertiggestellte Mischung bei Temperaturen von 1375
bis 1425°C in Drehöfen sintergebrannt, welche mit Naturgas oder Masut beheizt werden.-Infolgedessen
wird ein Produkt in Form von Sinterrückstand erhalten, das folgende Kalziumverbindungen
einschließt: 2CaO.SiO2; 12 CaO.
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und 7Al2O3; CaO.Al2O3 CaO. Fe2O3.
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Hiernach wird der Sinterrückstand in besonderen Künl -vorrichtungen
abgekühlt. Die Abkühlung verläuft in zwei Stufen, um ein selbstzerfallendes Produkt
zu ernalten, und zaar zuerst bis von keit@von auf aie Temperatur 1300O mit einer
Geschwindig o /min und dann bis auf die Temperatur der Umgebungsluft mit beliebiger
Geschwindigkeit.
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Der abgekühlte Sinterrückstand wird dann mit Sodalösungen in keaktionsappareten
mit Rü@rwerken ausgelaugt, um die Tonerde zu gewinnen.
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als Nachteil des bekannten Verfahrens muß die niedrige ;emperatur
der Wämmebehandlung und demzufolge eine geringe Aeaktionsgeschwindigkeit
zwischen
CaO und den In der Asche enthaltenden bezeichnet werden. Die Reaktion zwischen den
genannten Be-Oxyden standteilen verläuft im Feststoff. Auf diese Weise effordert
der betreffende Wärmebehandlungsvorgang mehrere Stunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , durch Veränderung des
Wärmebehandlungsverlaufs ein Verfahren zur Gewinnung an von Tonerde aus dem mineralteil
der Festbrennstoffe zu entwickeln, das durch Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit
zwischen CaO und an den Oxyden im Mineralteil der Festbrennstoffe den Verlauf der
Wärmebehandlung zu beschleunigen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Veran fahren zur Gewinnung
von Tonerde aus dem Mineralteil der lese brennstoffe, der Aluminium-, Silizium-und
Eisenoxyde einschließt, welches Verrahren die wärmebehandlung der Mischung aus dem
Mineral an teil des Festbrennstoffs mit dem Kalkstein, die mit folgenden molverhältnissen
zwischen dem Kalkstein und den genannten üxyden genommen wird, und zwar CaO:SiO2=
2,0; CaO:Al2O3 = 1,3 bis 1,8; CaO:Fe2O3= 1,0, mit nachfolgender Abkühlung des ernaltenen
Produktes, das Kalziumverbindungen 2CaO.SiO2, 12Ca0.7Al2O3, CaO.Al2O3, CaO.Fe2O3
enthält, in zwei Stufen einschließt, wonach das abgekühlte Produkt zur Gewinnung
der Tonerde ausgelaugt wird, erfinan dungsgemäß diese wärmebehandlung der Mischung
des Mineralteils der Festbrennstoffe und des Kalksteins im Laufe der Verbrennung
der
Festbrennstoffe in der Mischung mit dem Kalkstein unter Temperaatur
von werten 1700 bis 1900°C gefunrt und das Produkt erhalten wird, das alle obengenannten
Kalziumverbindungen in Form von Schmelze enthält.
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Diese unmittelbare Verbrennung der Mischung des Festbrennstoffs und
Kalksteins bei der Temperatur von 1700 bis 1900°C und die Erhaltung des die Kalziumverbindungen
enthaltenden Produktes in Form von Schmelze ermöglichen die Durchführung der Reaktion
zwian schen dem Kalk und den Oxyden des Mineralteils der Festbrennstoffe in der
Flü@sigkeitsphase, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit im Vergleich mit dem bekannten
Verfahren, bei dem die Reaktion in dem Feststoff verläuft, um mehrere Zehnfache
beschleunigt wird.
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Zur Herabsetzung des während der Verbrennung eingeführten Ballastanteils
wird es empfohlen, 7 bis 20% Kalkstein zu dem Festbrennstoff hinzufügen und die
übrigen 93 - 8Q in die Schmelze ein zuführen.
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an Das Verfahren zur Gewinnung der Tonerde aus dem Mincralteil der
Festbrennstoffe wird bevorzugt wie folgt durchgeführt.
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Zunächst werden Kohle, Schiefer oder Torf ausgewählt, die zur Verbrennung
in Wärmekraftwerken verwendet werden und die in an @hrem Mineralteil folgende Oxyde
enthalten: SiO2, Fe2O3 und Al2O3. Der genannte Festbrennstoff wird mit Kalkstein
aus folgenden Molverhältnissen des Kalksteins zu den genannten Oxyden vermischt;
CaO:Al2O3 = 1,3 bis 1,8; CaO:S102 =
wird bis zum 2,0; CaO:Fe2O3=
1,0. Diese Mischung Staubzustand zerkleinert.
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Hiernach wird die Mischung bei einer Temperatur von 1700 bis 1900°C
verbrannt. Während dieser Verbrennung entwickeln sich die obengenannten Temperaturwerte,
die eine En@kohlung, des @alksteine verursachen und das Reagieren des gebildeten
CaO mit den Oxyden des an Mineralteils des Festbrennstoffs in der Schmelze bewirken,
die bei diesen hohen Temperaturen entsteht. Infolgedessen bilden sich die Zusammensetzung:
Kalziumverbindungen folgender 2CaO.SiO2; 12CaO.7Al2O3; CaO.Al2O3; CaO.Fe2O3.
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Auf diese Weise wird unmittelbar eine homogenen Schmelze mit vorgeschriebenen,
mineralogischen und chemischer Zusammensetzungen erhalten.
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üie Verbrennung der Mischung des festen Brennstoffs mit dem Kalkstein
wird vorzugsweise in senkrecht stehenden Schmelzkammerfeuerungen durchgeführt.
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Das Auslassen der Schmelze aus dem Feuerungsraum erfolgt dann, wenn
die Temperatur der Verbrennungsprodukte des Brennstoffs, d.h. die Temperatur der
Wärmebehandlung, die Temperatur des Schmelzenausflusses, also die Temperatur der
wirklich flüssiken der schmelze übersteigt, Bei Zugabe von 100% Kalkstein bilden
sich in allen Fällen dis Kalziumverbindungen in Form der Schmelze mit einem CaO-Gehalt
von etwa Schmelzen im wirklich 53 bis 56%. Die Temperatur dieser flüssigen zustand
beträgt
etwa 1600°C. Die Verbrennung wird dementsprecheng bei der Temperatur von etwa 1900°C
geführt.
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Die mit vorgeschriebener Zusammensetzung erhaltone Schmelze wird
in zwei Stufen abgekühlt, um den Selbstzerfall zu erreichen, und zwar bis 130000
mit der Ahkühlungsgeschwindig 6° keit von min als erste Stufe und von 130000 bis
auf die Temperatur der Um-Geschwindigkeit von gebungsluft mit der 10 bis 12°/min
als zweite Stufe.
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Während des Abkühlungsvorganges wird das in dem Frodukt enthaltende
Kalziumorthosilikat aus der ß- in die γ-Modifikation umgesetzt, wodurch eine
Volumenzunahme des Produktes um etwa 10% und dessen Selbstzerfall zu Feinpulver
auftritt. Diese Feinpulver wird dann nacu einem bokannuen Verwahren mit Sodalösungen
zwecks Gewinnung der Tonerde ausgelaugt. Der nach der Auslaugung zurückbleibende
Schlamm besteht hauptsächlich aus dem Kalziumorthosilikat und kann als guter Ausgangsrohstoff
ur Produktion von Portlandzement dienen.
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In dem Fall, wenn der Aschengehalt des festen Brennstoffe 3020 übertrifft,
wird in den Feuerungsraum nur eln Teil der nach be Vorausrechnung erforderlichen
Kalksteinmenge, beispielsweise nur 7 bis 20 Gew.-%,mit dem festen Brennstoff zusammen
vorzugsweise eingegeben, um eine Verkleinerung des eingeführten Ballastanteils zu
erreichen. In diesem Fall beträgt der CaO-Gehalt in der Schmelze etwa 4O,o und aeren
Temperatur im wirklich flüssigen zustand etwa 1500°C.
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In diesem Zusammenhang kann die Verbrennungstemperatur des festen
Brennstoffs bis auf 1700°C herabgesetzt werden.
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der an Der nach Berechnung fehlende Kalksteinteil in einer Menge von
93-80 Gew.-% wird zur Erhaltung <in dem Endprodukt>der notwendigen Verhältnisse
<-> zwischen dem Kalziumoxyd und den Oxyden in dem Minean ralteil des Festbrennstoffs
unmittelbar zu der Schmelze außernalb des Feuerungsraums hinzugefügt.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß dle
Wärmebehandlung während der Verbrennung des festen nrennen von stoffs bei Temperatur
1700 bis 1900°C durchgeführt wird.
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Infolge@essen werden zwei Vorgänge zu einem vereint, der Verbrennungsvorgang
und die Wärmebehandlung, wodurch die Reaktionen an zwischen CaO und den Oxyden des
Mineralteils des festen Brennstoffs wänrend einiger Sekunden in der Flüssigkeitsphase
verlaufen. In uer entstandenen Schmelze treten die genannten Oxyde in intensive
Reaktionen ein.
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Der während der Verbrennung für die energiewirtscheftlichen Bedürfnisse
verbrauchte Brennstoff nimmt ebenfalls an dem Vorgang der Wärmebehandlung teil.
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Durch Anwendung der vorliegenden Erilnaung wird eine Erweiterung
der Rohstoffbasis für die Tonerdeproduktion, eine Herabsetzung um ungefähr das Zweifache
der Anlagekosten der Tonerdeproduktion, eine Verkleinerung des Brennstoffverbrauchs,
<um 30 bis 40%> der an der Gewinnung der Tonerde teilnehmen muß <->
eine, Vermeidung der Anhäufung
von Asche in den Wärmekraftwerken
und eine Erstellung einer Begleitproduktion von Portlandzement aus den Schlammengen
der Tonerdeproduktion erreicht.
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Darüber hinaus wird bei der Anwen@ung der vorliegenden Erfindung
das Problem einer komplexen Verwertung des mineralischen Beirohstoffs gelöst und
eine Verschmutzung der umgebung mit schädlichen Staubauswür@en an den Wärmekraftwerken
vermieden.
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Durch Verbrennung des festen Brennstoffs in der Mischung mit dem
Kalkstein wird auch eine Verringerung der Verunreinigung der Atmosphäre durch die
schädlichen Gasauswürfe ,die Schwefel-und Stickstoffoxyde enthalten , ermöglicht,
da allgemein bekannt ist, daß der Kalkstein ein gutes Sorptionsmittel dieser schädlichen
Oxyde dargestellt und zu deren Unschädlichmachen angewandt wird.
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Zum besseren Verständnis des Grundgedankens der vorliegenden Erfindung
werden nachstehend konkrete Beispiele der Durchführung des erfindungsgemäßen Gewinnungsverfahrens
beschrieben.
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Beispiel 1.
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Zu der eine Feuchte von 39% und einem Aschegehalt von 8,52% aufweisenan
den Kohle, deren Mineralteil in Gew.-%<enthält>SiO2= 31,2, Al2O3= 13,2, Fe2O3=
18,2, CaO = 32,2, <-> wird der Kalkstein in dem folgenden an Molverhältnis
zu den in dem Mineraltell der Kohle enthaltenen Oxyden hinzugefügt, und zwar CaO:SiO2
= 2,0; CaO:Al2O3= 1,55; CaO:Fe2O3 = 1,0.
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Die dabei erhaltene Mischung wird bis zum Staubzustand zermahlen
und bei der Temperatur von 1900°C in der Kesselanlage mit einer Schmelzkammerfeuerung
verbrannt. @ährend der Verbrennung entfolgende steht die Schmelze, die Kalziumverbindungen:2CaO.SiO2,
12CaO.
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7Al2O3, CaO.Al2O3, CaO.Fe2O3 enthält und wie folgt zusammengesetzt
wird: SiO2= 21,4, Al2O3= 8,7, Fe2O3= 11,3, CaO= 53,3 Gew.-%.
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Die Temperatur der Schmelze erreicht etwa 1600°C. Die Schmelze wird
dann in zwei Stufenadgekühlt, von 1600°C bis 1300°C mit der Geschwinding 6° keit
von min und hiernach mit der Geschwindigkeit von 10-12°/min dis auf die Temperatur
der Umgebungsluft, was den @elbstzerfall des Produktes zu Feinpulver (97-98% unter
0, 147 mm) infolge der Umwandlung des Kalziumorthosilikats aus seinor ß in die γ
- Modifikation bewirkt. Der Gesamtko@leverbrauch pro Jahr erreicht 5494 Tausend
Tonnen, der Kalksteinverbrauch als zugabe zu der Kohle 44000 t .
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Dle Menge des nach der Verbrennung der Mischung in der jährlichen
Menge von 5834 000 @ abgekühlten Produktes beträgt 59800 t.
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Die Tonerdeausbeute erreicht pro Jahr nach der auslaugung des Pulvers
mit den Soialösungen 44 000 t.
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Beispiel 2, von von Zu dem Schiefer mit einerFeuchte 11,5% und dem
Aschengehalt an 44,25%, dessen Mineralteil in Gew.-% SiO2 = 34,2, Al2O3=
9,4,
Fe2O3= 7,8 und CaO = 44,2, enthält wird nur ein Teil der Kalksteingesamtmenge, infolge
eines erhöhten Aschengehaltes, d.h. 20% der Gesamtmenge,hinzugefügt, die zur Erhaltung
des erforderlichen Moldes an verhältnisses CaO zu den Oxyden des Mineralteils wie
CaO:SiO2= 2,0, CaO:Al2O3= 1,55, CaO:Fe2O3= 1,0 ausreicht.
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Die erhaltene mischung wird zu Staub zermahlen und bei der Temperatur
von 1700°C in der Kesselanlage mit der Schmelzkammerfeuerung verbrannt.
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Während der Verbrennung entsteht eine Schmelze mit der Temperatur
von 1500°C, in der eine nach der Berechnung ungenügende Menge CaO enthalten ist,
die durch Zugabe von Kalkstein in der Menge von 80 Gew.-% unmittelbar in die Schmelze
auß@ rhalo der Kesselanlage, beispielswelse in den Sammelpfannen der Schmelze, ergänzt
wird. Als Ergebnis aus stattfindenden Reaktionen entsteht die Schmelze, die Kalziumverbindungen
des erforderlichen Anteils wie 2CaO.SiO2, 12CaO.7Al2O3, CaO.Al2O3, und.CaO.Fe2O3
in der Menge SiO2= 25,8, Al2O3= 7,2, Fe2O3= 5,8 und CaO = 56,@ Gew.-% und eineTemperatur
von etwa 1400°C aufweist.
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Die erhaltene Schmelze wird bis aut eineTemperatur von von 1400°C
bis 1300°C mit der Geschwindigkeit 6°/min und weiter bis von @@@ die Temperatur
der @mgebung mit der Geschwindigkeit 10-12°/min abgekühlt, was den Selbstzerfall
des abgekühlten Produktes zu dem Feinpulver durch den Übergang des Kalziumorthosilikats
aus der ß-zu der γ -Modifikation verursacht.
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Die Gesamtmenge Ges Schiefers pro Jahr erreicht 11060 000 t diejenige
zu #des kalksteins als Zugabe dem Schiefer 3740 000 t.
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Die Menge des abgekühlten Jahresproduktes beträgt 6650000 t und die
Tonerdeausbeute 398000 t pro Jahr.
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Die Daten aus den Beispielen 3, 4, 5 sind in Qer nachstehenden Tabelle
zusammengestellt.
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Benennung Beispiel 3 4 5 Festbrennstoff Torf Kohle Kohle Feuchte in
% 34,5 7,5 32,5 Aschengehelt in % 13,1 18,5 23,0 Zus@mmensetzung des an Miner@lteils
des Festbrennstoffs SiO2 33,9 54,6 58,2 Al2O3 22,4 25,4 37,6 Fe2O3 15,5 14,7 8,0
CaO 25,3 2,8 5,4 Jährlicher
verbrauch in Tausend Tonnen 5350 3150 8700 Jährlicher Kalksteinverbrauch in Tausend
Tonnen 1030 1680 5690
Benennung Beispiel 3 4 5 Verhältnisse der
Oxyde CaO:SiO2 2,0 2,0 2,0 CaO:Al2O3 1,55 1,55 1,55 CaO:Fe2O3 1,0 1,0 1,0 Verbrennungstemperatur
In °C 1900 1900 1900 Zusammensetzung der Schmelze in Gew.-% SiO2 20,5 23,6 21,8
Al2O3 12,8 10,4 15,6 Fe2O3 8,9 6,4 3,8 CaO 53,8 5b,0 55,0 Temperatur der Schmelze
in °C 1600 1600 1600 Jährlicher Schmelzenverbrauch in tausend t 1160 1410 4750 Jährliche
Tonerdeausbeute In tausend t 123 120 488 Beispiel 6.
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Zu der Kohle mit der Feuchte von 21,5% und dem Aschengehalt von an
30,22%, deren Mineralteil in Gew.-% SiO2= 48, Al2O3= 39,9,
und
entnalt, von Fe2O3= 5,4 CaO= 4,4 wird infolge deren erhöntem Aschen- und an Aluminiumoxydgehalt
in der Asche, durch welchen der Mineralteil sehr schwer schmelzbar wird, nur ein
Teil des Kalksteins hinzugegeben, d.h. 15 Gew.-% der Gesamtkalksteinmenge, die zur
Erhaltung <in dem Endprodukt>des folgenden molvernaltnisses zwischen CaO und
den Oxyden des mineralteils @ie CaO:SiO2= 2,0, CaO: Al2O3= 1,55, CaO:Fe2O3= 1,0
<-> ausrelchen soll.
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Die gefertigte Mischung wird zu Staub zermahien und in der Kesselanlage
mit der Schmelzkammerfeuerung ber der Temperatur von 1800°C verbrannt.
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wanrend der Verorennung entsteht die schwelze mit der Temperatur
von 1600°C, zu der dann die nach der Berechnung fehlende Kalksteinmenge, d.h. 85
Gew.-% der Gesamtkalksteinmenge,hinzugefügt wird.
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Als Ergebnis entsteht eine Schmelze, die folgende Verbindungen ent-und
zwar mit halt: 2CaO.SiO2, 12CaO.7Al2O3, CaO.Al2O3, CaO.Fe2O3 den Mengen SiO2= 21,7,
Al2O3= 16,4, Fe2O3= 2,7 und CaO= 55,8 Gew.-% und die die Temperatur von 1400°C besitzt.
Diese Schmelze wird bis 1300°C mit der Geschwindigkeit von 6°/min und dann bis auf
die Temperatur der Umgebungsluft mit der Geschwindigkeit von 10-12°/min abgekühlt,
wodurch infolge des Übergangs des Kalziumorthosilikats aus dessen ß-in die γ
-Modifikation der selbstzeriall des abgekühlten Produktes zu Feinpuiver erreicht
wird.
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sie janrllche Gesamtmenge der sohle in dem betreffenden selspiel
erreicht 9640 000 t, diejenige des Kalksteins 8350 000 t, die Mange
die
Menge der abgekunlten Schmelze 7000 000 t und der nach der Auslaugung mit den Sodalösungen
gewonnenen Tonerde 964 000 t.
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Beispiel 7.
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,u der Kohle mit 8% Feuchte mit dem an deren Min@ralteil in Gew.-%
aus SiO2= @4,5, Al2O3= 27,5, Fe2O3= 4,5 und CaO= 1,6 besteht, wird infolge von deren
honem Aschengehalt und der Schwerschmelzbarkeit der Asche nur ein Teil des kalksteins,
und zwar 7 Gew.-% der Gesamtkalksteinmenge, hinzugegeben, die zur Erhaltung<in
dem Endprodukt>des folgenden Molverhältnisses zwischen CaO und den Oxyden aus
dem-mineralteil wie CaO:SiO2= 2,0, CaO:Al2O3= 1,55, CaO:Fe2O3= 1,0 <-> verbraucht
werden soll.
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Die bereitete Mischung wird zu Staub zermahlen und bei der Temperatur
von 1900°C in der Kesselanlage mit der Schmelzkammerfeuerung verbrannt.
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während der Verbrennung entsteht die Schmelze mit der Tempevon: ratur
7000 0, der dann die renlenden 93 Gew.-% der Gesamtkalksteinmenge zugegchen werden.
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Nach den erfolgten Reaktionen bildet sich die Schmelze, folgende
die Aclziumverbindungen enthält: 2CaO.SiO2, 12CaO.7Al2O3, folgenden CaO.Al2O3, CaO.Fe2O3
mit der chemischen Zusammensetzung in Gew.-%: SiO2= 25,8, Al2O3= 10,5, Fe2O3= 2,3,
CaO= 58,2 und der Tempevon ratur 1400°C.
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auf Die Schmelze wird bis 1300°C mit einerAbkühlungsgeschwindigvon
keit 6°/min und dann bis auf die Umgebungslufttemperatur mit der
Geschwindigkeit
von 10-12°/min abgekühlt, wodurch es zu dem Selbstzerfall des abgekühlten Produktes
zu einem Feinpulver infolge des Überganges des Kalziumorthosilikats aus seiner ß
in die γ -Modifikation kommt.
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Nach der durchgeführten Auslaugung des Feinpulvers mit Sodalösungen
wird die Tonerde gewonnen.
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Die jährliche verbrauchte Kohlenmenge in diesem Beispiel erreicht
5685 000 t, die jährliche Menge des Kalksteine als Zugabe zu der Kohle beträgt 6950
000 t. Die Ausbeute des abgekühlten Probeträgt duktes 5450 000 t und der Tonerde
488 000 t und diejenige der Tonerde 488 000 t.