DE2826130A1

DE2826130A1 - Abbrennbehandlung von grubengestein und danach erhaeltliche schlackeprodukte

Info

Publication number: DE2826130A1
Application number: DE19782826130
Authority: DE
Inventors: Roger Colin Green
Original assignee: Coal Industry Patents Ltd
Current assignee: Coal Industry Patents Ltd
Priority date: 1977-06-17
Filing date: 1978-06-15
Publication date: 1978-12-21
Also published as: FR2394502A1; GB2002725B; GB2002725A

Description

Hobart House, Grosvenor Place, London S¥ 1 X 7 AE, England

Abbrennbehandlung von Grubengestein und danach erhältliche Schlackeprodukte

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen Zuschlagsstoffen aus Abraummassen von Kohlengruben.

Abraummassen von Kohlengruben,die nachfolgend als Grubengestein oder einfach Grubenstein bezeichnet werden, sind Gesteinsmassen mit einem Anteil an brennbarem Material, die von Schrämoder Ausschachtarbeiten in Kohlegruben herstammen können oder durch "Abfälle" einer Kohlebehandlungsanlage oder sogar durch Material von Abraumhalden gebildet werden können. Das von Kohlengruben geförderte Material umfaßt Erze, Tone und anderes Material, die insgesamt als Gestein bekannt sind und gemäß gängiger Praxis gelangt das geförderte Material in eine Kohlegewinnungsanlage, in der das Material klassiert und in Fraktionen von Kohle mit geringen Gesteinsanteilen sowie Gestein mit geringen Kohleanteilen aufgetrennt wird, üblicherweise wird die Gesteinsfraktion von einem speziellen Fertigungskreis der Kohlegewinnungsanlage abgesondert,wie zum Beispiel dem Schwertrübekreis. Man kann auch ein synthetisches Grubengestein durch Vermischen von Anteilen von gewöhnlichem zermahlenen Gestein, Grubengesteinsasche usw. mit Kohle usw. zur Erzielung gewünschter Eigenschaften wie Kieselsäuregehalt und/oder Heizwert zu erzeugen, auf die weiter

8098S1 /1002

unten noch näher eingegangen wird.

Da die Ansammlung von Grubengesteinshalden außerordentlich unerwünscht ist und man bestrebt ist, dieses Material mit einem gewissen Profit anzuwenden, wurden bereits zahlreiche Vorschläge gemacht, Grubengesteinsmaterialien in Pflastersteine oder Zuschlagsstoffe für Konstruktionszwecke oder das Baugewerbe umzuwandeln. Solche Vorschläge finden sich zum Beispiel in den GB-PSen 1 224 743, 1 355 031 und 1 453 641 und umfassen die fluidisierte Verbrennung oder Sinterung von Grubengestein. Nach keinem dieser älteren Vorschläge wird allerdings Schlacke erzeugt.

Gemäß der Erfindung wird nun ein Verfahren zur Behandlung von Grubengestein vorgesehen, bei dem das Grubengestein in einem Brenner oder Brennofen mit disperser Phase abgebrannt wird, wobei die Temperatur auf einem Niveau gehalten wird, bei dem die Grubengesteinsverbrennungsprodukte eine Schlacke bilden, die aus dem Ofen entfernt wird.

Das anzuwendende Grubengestein kann einen unterschiedlichen Heizwert haben, wobei gewöhnlich erhältliche Grubengesteine Heizwerte von etwa 1100 bis etwa 9200 kJ/kg haben. Bei einigen Grubengesteinsbeschickungen, d.h. solchen mit einem Heizwert über 4400 kJ/kg, kann es bei Anwendung der bevorzugten Ausführungsarten der Erfindung abgesehen von der Startphase überflüssig sein, zusätzlichen Brennstoff anzuwenden. Wenn zusätzlicher Brennstoff erforderlich ist, kann dieser in Form von mit Kohle angereichertem Grubengestein vorliegen oder man kann Wärme mit Hilfe von Gas- oder Ölbrennern zuliefern, die innerhalb des Brenners oder Brennofens arbeiten können oder für eine Wärmezulieferung sorgen, zum Beispiel über die Verbrennungsluft; eine weitere Wahlmöglichkeit besteht in der Anwendung einer gesonderten Kohleeinspeisung in den Brennofen.

Das Grubengestein wird geeigneterweise in einer Teilchengröße von weniger als 3 mm und mit einem Feuchtigkeitsgehalt

809851/1002

von 1 bis 3 Gew.-% abgebrannt. Da Grubengestein normalerweise eine Größe von weniger als 150 mm hat, wird es vor einer endgültigen Vermahlung und Aussiebung zweckmäßigerweise auf weniger als 6 mm grob zerkleinert. Das grobzerkleinerte Material wird geeigneterweise vor dem abschlxeßenden Mahlvorgang zur Absenkung seines bei 8 bis 15 Gew.-?6 (Trockenbasis) liegenden üblichen Feuchtigkeitsgehalts getrocknet, was zweckmäßigerweise unter Ausnutzung der Wärme der Abgase des Brennofens geschehen kann.

Der Brennofen ist geeigneterweise ein Zyklonenbrenner und die zugeführte Verbrennungsluft wird vorzugsweise auf 250 bis 400°C vorgewärmt, und zwar zweckmäßigerweise durch Wärmeaustausch mit den Abgasen. Die Luftzufuhr erfolgt vorzugsweise durch tangentiales Einblasen in den Brenner wie auch die Grubengesteinszufuhr. Das Grubengestein wird geeigneterweise pneumatisch in den Brennofen eingespeist. Es erfolgt eine rasche Verbrennung unter Erzielung hoher Verbrennungstemperaturen etwa im Bereich von 1600 bis 1700⁰C, vorausgesetzt, daß die Wärmeverluste nicht zu hoch sind. Um diese zu vermindern und den Ofen zu schützen bzw. abzuschirmen, werden die Wände vorzugsweise mit einer Hochtemperaturkeramik bzw. feuerfestem Material ausgekleidet oder gefüttert und es kann eine Viasserkühlung vorgesehen werden. Eine mit herkömmlicher Ofenisolierung hinterlegte Siliciumcarbidkeramik von hoher Qualität hat sich für einen Betrieb im kleinen Maßstabe als bevorzugt erwiesen, während eine Wasserkühlung der Wände eines Brennofens für große Anlagen eine breitere Auswahl feuerfester Auskleidungen zulassen würde. Die so erzeugte "Grubengesteinsasche" schmilzt und bildet an den Wänden des Brennofens eine geschmolzene Schicht die zum unteren Ende des Brennofens abläuft und über einen Auslaß abgestochen werden kann.

Für einen erfolgreichen Abstich der geschmolzenen Schlacke soll die Schlackenviskosität nicht über 250 Poise liegen, und vorzugsweise hat die Schlacke eine Viskosität von etwa 100 Poise.

809851/1002

Um diese letztere Viskosität zu erreichen, wird vorzugsweise mit Grubengestein gearbeitet, dessen Kieselsäureverhältnis, X_n.Q . nicht über 82 liegt, wobei das Kieselsäureverhältnis durch folgende Gleichung gegeben wird:

100 χ SiO₂

^XSi0₂

SiO₂ + Fe₂O, + CaO + MgO

mit SiO₂ + Al₂O, + Fe₃O₃ + CaO + MgO = 100.

Dabei werden die jeweiligen Mengen in Gewicht angegeben und das Gewicht der einzelnen Komponenten wird in Form des Gewichts der jeweiligen Oxide in die Gleichung eingesetzt. Für die Ermittlung dieser Werte wird das Grubengestein bei 815°C in Luft gebrannt und der Rückstand in herkömmlicher Weise analysiert.

Die erzeugte geschmolzene Schlacke kann abgekühlt und in vielfältiger Weise zur Erzeugung der gewünschten Produkte behandelt werden. Es wurde festgestellt, daß die Eigenschaften der erfindungsgemäß erzeugten Schlacke in vieler Hinsicht den Eigenschaften von luftgekühlter Hochofenschlacke sehr ähnlich (v/enn nicht identisch) sind und demgemäß ist eine Weiterverarbeitung in analoger Weise zur Hochofenschlacke angezeigt. Beispielsweise kann man die Schlacke in einer Pfanne oder Grube erstarren lassen. Nach dem Aufbrechen und Zerkleinern auf gewünschte Größen kann sie Anwendung als Pflasterstein, Betonzuschlag, Filtermedium oder Schotter für den Eisenbahnbau finden. Man kann auch Wasser unter kontrollierten Bedingungen in den geschmolzenen Schlackestrom einpressen bzw. einleiten. Die spontane Verdampfung des Wassers und Erzeugung oder Freisetzung eingeschlossener Gase ergibt eine aufgeschäumte Schlacke, die als hochfester Zuschlagsstoff von geringem Gewicht für die Erzeugung von Leichtbeton brauchbar ist. Eine rasche Abkühlung der Schlakke, beispielsweise mit einem Hochdruckwasserstrahl, begünstigt eine Verfestigung der Schlacke als glasartiges Material. Man

809851 / 1002

kann damit rechnen, daß ein solches Material pulverförmig gemahlen und mit einem Alkali-Aktivator wie Kalk, hydraulische Abbinde-eigenschaften haben wird und bei der Herstellung von Zement- und Mörtelmassen brauchbar sein kann.

Um die Ähnlichkeit von Grubengesteinsschlacke und Hochofenschlacke aufzuzeigen,wurden geringe Proben von Grubengesteinsabfall mit einem Kieselsäureverhältnis von 82 (von der Desford Grube vom National Coal Board's South Midlands Area in England) verschlackt und in einem Keramikschiffchen abkühlengelassen. Unterschiedliche Eigenschaften dieses Materials wurden ermittelt und mit typischen Werten von luftgekühlter Hochofenschlakke verglichen.

mechanische Festig keit (t) 10% Feinkorn in 12,7mm bis 9,53mm Frak"	Grubensteinschlacke	Hochofenschlacke
scheinbares spezifi sches Gewicht	7,5 tion	7 bis 16,0
Wasserabsorption (%)	2,52	2,38 bis 2,76
Schüttdichte 12,7mm bis 9,53mm Material	1,9	1,5 bis 5,0
1,232 g/cm³ (77 lb/ft³)	1,15-1,44 g/cm³ (72-90 lb/ft³)

Das beigefügte Fließbild zeigt ein Schema für eine Anlage gemäß der Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, in der Grubengestein in einem Gegenstromzyklonenbrenner unter Erzielung von "Feinaggregat" und "Grobaggregat" abgebrannt wird.

809851/1002

jGrobzerkleinerung (Walzenoder Backenbrecher)

-£15,2 cm Grubensteinzulieferung (wie vorhanden) -* Wassergehalt « 8 - 15 % (Trockenbasis;

mm ,..

zum Auslaß

Wirbelschichttrockner -^20C⁰C

Grubenstein ,4mm

Abgase

Luft

Feinmahlen (Hammermühle)

Grubenstdn-

aufgabe-

trichter Abgase

1000⁰C

Luftverdünnung skammer

Luftvorwärmer

Haupt\*erbrennungsluft

Abgase von 165O³C

Zyklonenbrenner

(Temp. * 1700°C)

Verbrennungsluft
von 250 - 400⁰C

ergänzende Kohlezufuhr

Schlacke

Luftkühlung/Abschrekkung

Schlackeprodukt —►- grobes Material > 4,76mm - 19mm ^₃

feines Material ^ζΤ> "<4,76 mm ~*

COARSE CRUSH

(JAW OR ROLLER

CRUSHER)

-6"

MINESTONE FEEDIASRECEIVED) MOISTURE CONTENT=^ 8-15% (DRY BASIS)

TO EXHAUST

FLUIDISED BED
DRIER-2OO°C

« MINESTONE ° m/c=2= 1-3%

FLUE GASES

AIR

FINE CRUSH
(HAMMER MILL)

SCREEN-'/e"

MINESTONE

FEED
HOPPERS

IOOO°C

AIR

DILUTION CHAMBER

AIR PREHEATER !FLUE GASES

—«—MAIN COMBUSTION AIR

FLUE GASES AT 165O⁰C

CYCLONE COMBUSTER

(TEMPERATURE ^!70O⁰C) COMBUSTION AIR
AT 25O-4OO°C

AUXILARY COAL FEED

SLAG

AIR

COOL/ OUENCH SCREEN/
CRUSH

SLAG PRODUCT ■ COARSE AGGREGATE

³/4 ^{+ 3}/|b to

OO

FINE AGGREGATE^ ^lfcl co

Ii b

ro α ν

CQ CD

§ sr

(Q (Q

Ά "

D) CQ

σ L S K

CD C

N

CD ~ (,j

I s <

CD OO

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Behandlung von Grubengestein durch Abbrennen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestein in disperser Phase in einem Brennofen abgebrannt wird, wobei die Temperatur auf einem Niveau gehalten wird, bei dem der Grubensteinabbrand eine Schlacke bildet, die entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße des der Verbrennung unterworfenen Grubengesteins kleiner als 3 mm ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt des der Verbrennung unterworfenen Grubengesteins bei 1 bis 3 Gew.-% liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Grubengestein ein Kieselsäureverhältnis von nicht mehr als 82 besitzt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Grubengestein einen Heizwert von 1100 bis 9200 kJ/kg hat.

8 0 9 8 B 1 / 1 0 0 2 ' original inspected

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Grubengestein einen Heizwert von bis zu 4400 kJ/kg hat und ein zusätzlicher Brennstoff angewandt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Brennstoff aus der durch Kohle, Gas, Öl und kohlereiches bzw. -angereichertes Grubengestein gebildeten Gruppe ausgewählt wird.

S. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft auf 250 bis 400°C vorgewärmt wird.

9. Schlackeprodukt aus Grubengestein, erhältlich nach einem dervorangehenden Ansprüche.

10. Schlackeprodukt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form eines synthetischen Zuschlagsstoffs ggf. in aufgeschäumter Form vorliegt.

809851 /1002