DE2931733A1

DE2931733A1 - Verfahren zum herstellen von hydraulischen bindemitteln aus kohlenasche in herkoemmlichen schmelzfeuerungen

Info

Publication number: DE2931733A1
Application number: DE19792931733
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl Ing Dr Mon Fink
Original assignee: FINK GERDINAND
Current assignee: FINK GERDINAND
Priority date: 1979-08-04
Filing date: 1979-08-04
Publication date: 1981-02-19

Description

Diese Erfindung umfaßt das Herstellen hydraulischer Binde-
mitteln in Schmelzfeuerungen beim Verfeuern von Staubkohle, deren Asche vorwiegend toniger Natur ist.
Schmelzfeuerungen fahren mit geringem Luftüberschuß, damit im Feuerraum die Temperatur hoch genug steigt, um die Asche zu schmelzen und zu überhitzen. Die Schmelze fließt in ein Wasserbad und wird in ihm granuliert. (Schmelzgranulat). Die zugleich anfallende Flugasche wird in den Feuerraum rückgeführt und eingeschmolzen. Man erreicht damit, daß Schmelzgranulat allein als Rückstand verbleibt. Das Lagern und Förderndes Schmelzgranulats ist leicht, da es nicht staubt und nur ein Drittel des Volumens von Flugstaub gleichen Gewichts einnimmt.
In toniger Kohlenasche überwiegt die Kieselsäure. Das Granulat aus ihr ist sauer, glasig erstarrt und daher wenig druckbeständig, was seine Verwendung, um Bausteine herzustellen, einschränkt. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Schmelze langsam zu kühlen, damit sie kristallin zu einem festeren Stoff erstarrt. Dabei hat man auch Flugstaub und Basalttuffmehl zugesetzt, um dies zu begünstigen. Der praktische Erfolg dieser Arbeiten ist mäßig. Weiterhin wird fast ausschließlich granuliert. Für wesentliche Bauten wird Granulat kaum verwertet. Nur ein Teil wird im Tiefbau als Schütt- und Bettungsstoff verwendet. Sehr viel wird noch mit empfindlichen Kosten deponiert. In einigen Ländern ist das saure, glasige Granulat als puzzolanischer Zuschlag in Handels zementen zugelassen.
Diese Erfindung hat nun die Aufgabe, Schmezgranalate-zu schaffen, die hydraulisch wirken, und somit um Vieles nutzbarersind, als die herkömmlich sauren. Außerdem will sie die Arbeit der Schmelzfeuerungen erleichtern.
Dazu wird Kalkstein und Kohle zusammen gemahlen, und Staubkohle'mit Kalksteinmehl gemischt der Schmelzfeuerung aufgegeben. Eine basische Schlacke entsteht, die wie üblich im Wasserbad granuliert wird. Das erforderliche Kalziumoxid läßt sich auch mit anderen Kalkträgern einbringen.
Der Kalkzusatz ist so bemessen, daß die Schmelze innerhalb folgender Grenzen zu liegen kommt: SiO2 ... bis 45 % Al203 + Fe2O3 ... 10 bis 30 % CaO + MgO + K2O + Na2O ... 30 bis 70 % Außerdem darf die Schmelze 3 bis 15 W MgO enthalten, vorzugsweise jedoch 8 % MgO. Als Magnesiaträger ist dafür Dolomit vorteilhaft.
Im genannten Bereich sind kalkärmere Schmelzgranulate mit den ungefähren Verhältnis CaO/SiO2 von 0,8 bis 2,0 latent hydraulisch. Mit Verhältnissen CaO/SiO2 von 2,5 und mehr zeigen die Schmelzgranulate offen hydraulische Eigenschaften wie Handels zement.
Die Erfindung sieht vor, das Schmelzgranulat mit Kalksulfat gemeinsam zu vermahlen. Dieses zementfeine Gut enthält 1,0 bis{4,0 % SO3. Latent hydraulisches Gut lädt sich (auf Baustellen) mit Portlandzement zu Bindemitteln mischen, die Hüttenzementen gleichwertig sind. (Bei Hochofenschlacke ist das bekannt, doch selten üblich.) Offen hydraulisches Gut ist dem Portlandzement vergleichbar. Mischungen aus latent hydraulischem und offen hydraulischem Gut entsprechen in ihren Eigenschaften den üblichen Hüttenzementen.
Beim Erhitzen durchlaufen Kohlenaschen einen weiten Erweichungsbereich, bevor sie schmelzen. Selbst mit ihrer Freilauftemperatur fließen sie noch deutlich zähe. In Schmelzfeuerungen muß daher die Temperatur meistens über 1500 OC liegen und öfters sogar bei 1750 OC gehalten werden.
Hier bringt das erfindungsgemäße Fahren spürbare Erleichterungen. Zugesetzter Kalk engt den Erweichungsbereich drastisch ein. Latent hydraulisches Granulat schmilzt leichter als die ursprüngliche Kohlenasche. Selbst kalkreiches offen hydraulisches Granulat ist bei den in Schmelzfeuerungen erreichbaren Temperaturen glatt zu erschmelzen, wobei die Schmelze deutlich besser fließt als die ursprüngliche Asche bei gleicher Temperatur.
Manche Kohlenaschen enthalten bis zu 5 % Alkalien. Diese Menge könnte stören, wenn sie in den hydraulischen Schmelzgranulaten verbleiben würde. Doch in diesen Schmelzen fördert Kalk das Verdampfen der Alkalien.
Für Asche mit viel Alkalien ist die Horizontalzyklonfeurung vorteilhaft. Sie bindet nämlich schon primär über 90 % der Asche als Schmelze ein. Dabei verdampfen Alkalien und kondensieren im Flugstaub. So alkalireicher Flugstaub wird nicht zum Schmelzen in die Feuerung rückgeführt.
Oft sind solche Flugstäbe als Kunstdünger zu verwenden.
Mit Horizontalzyklonfeuerungen lassen sich Schmelzgranulate herstellen, deren Alkalirest nicht mehr stört.
Horizontalzyklofeuerungen arbeiten selbst mit gröberer Kohle von 0 bis 5 mm zufriedenstellend. Für sie braucht der Kalkstein auch nicht feiner zu sein. Doch jede Schmelzfeuerung arbeitet umso besser, je feiner Kohle und Kalkträger gekörnt sind.
Schmelzfeuerungen fassen wenig Schmelze. Daher ist schon kurze Zeit nach dem Ändern des Kalksatzes das neue Granulat zu erhalten. Beim Fahren ist es also nicht schwer seine Zusammensetzung zu ändern.
Weitere Vorteile dieser Erfindung zeigen die folgenden zwei Beispiele: Beispiel 1: Herstellen eines latent hydraulischen Binders.
Die Kohle enthält 15 % toniger Asche.
Sie wird zusammen mit 0,17 kg Kalkstein/kg Kohle auf unter 3,0mm zerkleinert.
Eine Horizontalzyklonfeuerung wird mit diesem Gemenge befeuert. Es entstehen 0,24 kg Schmelzgranulat/kg Kohle.
Für diese Arbeit sind 353 kJ/kg Kohle notwendig, wobei die Bildungswärme berücksichtigt ist. Das entspricht 1.470 kJ je kg Schmelzgranulat. Dafür wird etwas mehr als 1 % des Heizwerts der Kohle verbraucht.
Das Schmelzgranulat weist ein Verhältnis CaO/SiO2 = 1,4 auf.
Das Granulat wird mit natürlichem Gipsstein-Anhydrit auf 4000 cm2/g nach Blaine vermahlen. Der Zusatz ergibt im Produkt 4,0 % SO3.
Beispiel 2: Herstellen eines offen hvdraulischen Bindemittels.
Die Kohle enthält 15 % Asche.
Sie wird zusammnen mit 0,4 kg -Kalkstein/kg Kohle auf unter 1,0 mm zerkleinert. Aus diesem Gemenge entstehen in der Horizontalzyklonfeuerung 0,38 kg Schmelzgranulat/kg Kohle.
Diese Arbeit verlangt 900 kJ/kg Kohle, was 2.365 kJ/kg Schmelzgranulat entspricht, wobei die Bildungswärme berücksichtigt ist. Dieser Bedarf macht ungefähr 3 % des Heizwerts der Kohle aus.
Das Schmelzgranulat hat ein Verhältnis CaO/SiO2 = 3,2. Seine Zusammensetzung entspricht der eines Portlandzements.
Das Granulat wird zusammen mit natürlichem Gipsstein-Anhydrit auf 4.000 cm2/g nach Blaine vermahlen. Der Zusatz ist so bemessen, daß im Produkt 3,0 % SO3 sich einstellen.
Mischt man 70 % latent hydraulisches Produkt nach Beispiel 1 mit 30 % offen hydraulischem Binder nach Beispiel 2, dann erhält, man einen Zement, dessen 28-Tage-Festigkeit 46 N/mm2 beträgt. Erist also einem Handelszement gleichwertig.
Für dieses Gemisch errechnet man aus den Beispiel 1 und 2 einen Wårmeverbrauch von 1.780 kJ/kg Mischung.
Diese Erfindung wandelt das wenig begehrte saure Schmelzgranulat in hydraulische Baustoffe, die unschwer auf dem Markt abzusetzen sind. Zugleich erleichtert sie das Fahren mit den Schmelzfeuerungen, r Vorhin wurde gezeigt, wie mit dieser Erfindung vollwertige Zemente möglich werden. Und das mit einem Wärmeaufwand, der noch keine 60 % des Bedarfs ausmacht, den das herkömmliche Brennen von Portlandzement verlangt.
Der Kapitaldienst ist noch um vieles geringer. Für das Mahlen des zugesetzten Kalkstein hat die Kohlemühle nur sehr wenig zusätzliche Arbeit zu leisten. Sorgfältig jedoch muß das Schmelzgranulat mit Kalziumsulfat gemahlen werden. Dafür müßte ein bestehendes Kraftwerk eine Mahlanlage beschaffen.
Doch dies ist nur ein geringer Bruchteil des Kapitals, das ein Portlandzementwerk vergleichbarer Leistung verlangt.

Claims

Verfahren zum Herstellen von hydraulischen Bindemitteln aus Kohlenasche in herkömmlichen Schmelzfeuerungen.

Patentansprüche: 1.)/ Verfahren zum Herstellen von hydraulischen Bindemitteln aus toniger Kohlenasche und Kalk, die zusammen geschmolzen, abgekühlt und mit Kalziumsulfat vermahlen werden dadurch gekennzeichnet, daß Staubkohle und Kalksteinmehl in Gewichtsverhältnissen von 25 bis 60 % Kohlenasche zu 40 bis 75 % Kalkstein zusammen einer Schmelzfeuerung augegeben werden, in der die Reinkohle verbrennt, Kohlenasche und Kalk zusammen schmelzen, die Schmelze zu einem Granulat abgeschreckt wird und daß schließlich das Granulat mit so viel Kalziumsulfat zusammen gemahlen wird, daß das Produkt 1,0 bis 4,0 % SO3 enthält.

2.) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgranulat wie folgt zusammengesetzt ist: SiO2 ... 15 bis 45 % Al203 + Fe2O3 ... 10 bis 30 % CaO + MgO + K2O + Na2O ... 30 bis 70 % 3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß neben Kalkstein zusätzlich Rohdolomit aufgegeben wird,sodaß man ein Schmelzgranula,t mit 3 bis 15 % MgO, vorzugsweise mit 8 % MgO erhält.

4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgranulat in herkömmlichen Schmelzfeuerungen hergestellt wird, vorzugsweise in Horizontalzyklon- Schmelzfeuerungen.