DE3009238A1

DE3009238A1 - Verfahren zur aufarbeitung von wasser- und/oder oelhaltigen metallischen und/oder metalloxidischen schleifstaeuben, insbesondere eisen- und/oder eisenoxidstaeuben

Info

Publication number: DE3009238A1
Application number: DE19803009238
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Dipl.-Ing. 5600 Wuppertal Hünlich
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1980-03-11
Filing date: 1980-03-11
Publication date: 1981-09-24

Description

Verfahren zur Aufarbeitung von wasser- und/oder
ölhaltigen metallischen und/oder metalloxidischen Schleifstäuben, insbesondere Eisen- und/oder Eisenoxidstäuben In der Metallindustrie fallen bei der schleifenden Bearbeitung von metallischen Werkstoffen erhebliche Mengen von metallstaubhaltigen oder auch metalloxidstaubhaltigen Öl-Wassersuspensionen an. Überwiegend handelt es sich hierbei um Eisen- sowie Eisenoxidstäube . Durch Abgießen der Flüssigkeit werden noch feuchte und ölhaltige Schleifstaubrückstände abgetrennt, für die es zur Zeit noch keine Möglichkeiten der Aufarbeitung oder Nutzung gibt. Sie stellen im Gegenteil insofern eine besondere Belastung dar, als sie als Sondermüll auf Sonderdeponien gelagert werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufarbeitung derartiger wasser- und/oder ölhaltiger metallischer undtoder metalls oxidischer Schleifstäube, insbesondere Eisen- und/oder Eisenoxidstäube anzugeben, um diese einer weiteren industriellen Nutzung zuzuführen und insbesondere den Anfall von schwer deponierbarem Sondermüll zu verringern Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungswesentliche vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Trocknung und Ölaustreibung oder auch Ölverbrennung solcher wasser- und/oder ölhaltiger Schleifstäube möglich ist und daß dabei entstehendes flüssigkeitsfreiç Metallpulver wegen seiner großen spezifischen Oberfläche gezielt und vollständig oxydiert werden kann, so daß feinkörnige Metalloxidpulver gewonnen werden können. Da z. B. 2- und 3-wertiges Eisenoxidpulver hoher Reinheit einen besonders wertvollen Rohstoff darstellt, ist es von besonderem Vorteil, wasser- und/oder ölhaltige Eisenschleifstäube wie vorgeschlagen zu trocknen und in geeigneten Pulver-Erennaggregaten, wie z. B. Wirbelschicht- oder Fließbett öfen, in den gewünschten Oxydationsgrad zu oxydieren.
Trockene Eisenpulver und Eisenoxidpulver verschiedenen Oxydationsgrades und verschiedener Körnung oder Gemische davon sind z. B. als Roh- und/oder Zuschlagsstoffe in der keramischen Industrie, in der arbenindustrie, in der Stahlindustrie und für die Erzeugung von Magnetmetallen geeignet.
Die hohe Wirtschaftlichkeit des beanspruchten Aufarbeitungsverfahrens ergibt sich unter anderem daraus, daß der thermische Aufbereitungsprozeß insbesondere dann, wenn stärker ölhaltige Schleifstäube behandelt werden, nicht endotherm, sondern stark exotherm abläuft, wobei die entwickelte Wärme zum einen aus der Eisenoxydation selbst stammt und zum anderen auf schwerflüchtige Ölbestandteile zurückzuführen ist, die nach Entfernung einer bestimmten Wassermenge bereits bei geringer Luftzufuhr ebenfalls oxydieren.
Anhand einer in der Zeichnung als Beispiel schematisch dargestellten Aufarbeitungsanlage werden die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung erläutert.
Als Pulver-Brennaggregat findet im Ausführungsbeispiel ein Fließbettofen 1 Verwendung, welcher im wesentlichen aus einem zylindrischen, innen mit einer Stampfmasse feuerfest ausgekleideten Behälter besteht.
Dieser ist nach unten durch eine Bodenplatte 2 aus feuerfestem keramischen Material begrenzt, welche so stark bemessen ist, daß eine ausreichende Wärmeisolierung nach unten gegeben ist, um zu verhindern, daß von unten anströmendes Gas bzw. Gas-Luftgemisch bereits unterhalb der Bodenplatte zundet, ehe es in den zylindrischen Behälter 1 eingeströmt ist Oberhalb des Brenn- und Oxydationsraumes befindet sich ein sich trichterförmig erweiternder Gasberuhigungsraum 12.
Die wasser- und/oder ölhaltigen Schleifstäube werden in einen Einfülltrichter 16 eingeschüttet, der mit Klappen o. ä. verschließbar ist.
Mittels eines Förderbandes 14 o. ä. werden die eingeschütteten Schleifstäube im Obertrumm des Fließbettofens zu einen im Gasberuhigungsraum 12 mündenden Einlaufstutzen 13 geführt. Da damit zu rechnen ist, daß die wasser- und/oder ölhaltigen Schleifstäube noch klebend vom Förderband 14 abgeworfen werden, ist unterhalb des Abwurfes vom Förderband ein besonderer Schieber 15 vorgesehen, der die- eingeworfenen Schleifstäube bei Schwierigkeiten in den Ofen hineinschiebt.
Über einen im Bereich der Bodenklappe 2 angeordneten Gas/Luftanschlußstutzen 7 kann dem Brennraum ein brennfähiges Erdgas-Luftgemisch zugeführt werden. Vorteilhafterweise wird die Bodenplatte so ausgebildet, daß das zugeführte Gas/Luftgemisch zumindest annähernd gleichmäßig über die Bodenplatte verteilt eingeblasen wird, so daß sich nach Zündung im Ofen eine praktisch völlig gleichmäßige und horizontale Brennzone ausbildet. Die Zuführung des Gases, vorzugsweise Erdgases wird über ein Mengenregelventil 8 geregelt und die zugeführte Gasmenge über einen Gasmengenmesser 9, z. B. ein Schwebekörper-Messer kontrolliert. Luft, sauerstoffangereichte Luft oder Sauerstoff kann in entsprechender Weise geregelt zugeführt werden.
Die Bodenplatte 2 ist über eine sich nach unten erweiternde Bohrung mit einem Buslaufschacht 3 verbunden, welcher in einem Auffang- und Kühlbehälter 5 mündet. Der Querschnitt der Bohrung in der Bodenplatte 2 kann mittels eines Kegelventiles 4 variiert werden oder sogar völlig geschlossen werden, so daß mittels des Kegelventils die aus dem Fließbett offen nach unten abgeführte Materialmenge geregelt werden kann.
Durch zeitweiliges völliges Verschließen dieser Bohrung wird auch ein chargenweiser itrieb möglich, d. h. es ist möglich, zur Erreichung von bestimmten Gleichgewichtszuständen gezielt längere Verweilzeiten des Materials einzustellen.
Der Auffang- und Kühlbehälter 5 besitzt im Ausführungsbeispiel eine direkt unter dem Auslaufschacht angeordnete schräge Wand, welche mit einer Belüftungsklappe aus Drahtgewebe, Sintermetall o. ä. ausgerüstet ist. Dieser kann über eine Abzweigleitung 23 aus der Eauptleitung 25 Luft zugeführt werden, so daß das auf die schräge Fläche auftreffende Material erforderlichenfalls wirkungsvoll gekühlt werden kann. Unterhalb des Auffang- und Kühlbehälters 5 ist ein Sammelbehälter 6 vorgesehen. Mittels einer Klappe 27 kann die Auslaßöffnung des Auffang- und Kühlbehälters im Bedarfsfall geschlossen werden.
Heiße Abgase und heiße Luft des Fließbettofens 1 werden mittels einer Saugpumpe, z. B. eines Ventilators 20, nach oben abgesaugt, wobei sie durch den Gasberuhigungsraum 12 und den Einlaufstutzen 13 hindurch und über das Förderband 14 zu einer Gasabsaugzone 17 geleitet werden.
Da ein gewisser Teil des getrockneten Feinstaubes vom nach oben streichenden Abgas mitgerissen wird, sind Vorkehrungen getroffen, diesen Feinstaub aufzufangen. Im Ausführungsbeispiel ist zwischen der Gasabsaugzone 17 und dem Ventilator 20 sowohl ein Zyklonabscheider 18 mit einem zugeordneten Staubauffangbehälter 6' als auch ein Gewebefilter 19 mit Staubauffangbehälter 6" vorgesehen, um verschiedene Möglæhkeiten anzudeuten. Im allgemeinen wird jedoch nur eine Filteranordnung vorgesehen werden, wobei es von den jeweiligen Gegebenheiten abhängt, welche Filterart die zweckmäßigste ist. Ein Gewebefilter wurde in jedem Falle eine nahezu vollständige Staubgewinnung ermöglichen. Um bei Einsatz eines Gewebefilters dafür zu sorgen, daß dieses temperaturmäßig nicht überlastet wird, ist vor dem Gewebefilter 19 ein Ventil 21 vorgesehen, über welches kühle Nebenluft angesaugt werden kann und zwar in der Menge, wie sie beispielsweise durch ein Temperaturmeßglied T6 als notwendig signalisiert wird.
In den zylindrischen Behälter des Ofens 1 wird von unten bei angepaßter Strömungsgeschwindigkeit möglichst gleichmäßig über den Anströmboden verteilt Verbrennungsluft und - zur Aufwärmung - zunächst ein gasförmiger Brennstoff, z. B. Erdgas, eingeführt und verbrannt.
Nach ausreichender Aufheizung des Brennraums, je nach Zusammensetzung und Art der zu behandelnden Schleifstäube z. B. 300 bis 500° C, werden die wasser- und/oder ölhaltigen Schleifstäube über den Einfülltrichter 16, das Förderband 14 und den Einfüllstutzen 13 von oben in den Brennraum eingebracht. Die nach oben abgesaugten heißen Brenn- und Abgase streichen im Gegenstrom über die eingebrachten feuchten Schleifstäube hinweg, so daß diese bereits auf dem Förderband 14 sowie im Gasberuhigungsraum 12 vorgewärmt werden.
Im Ofen selbst wandert das Brenngut, d. h. die Schleifstäube,nach unten in Zonen immer höherer Temperatur, bis die eigentliche Brennzone erreicht ist. Dabei werden die Schleifstäube getrocknet. Gleichzeitig werden Öldämpfe abgegeben, welche nach einiger Aufwärmzeit zünden und verbrennen, was mit einer entsprechend großen Wårmeentwicklung verbunden ist. Die dabei entstehenden heißen Abgase überströmen im Gegenstrom die dem Ofen neu zugeführten Schleifstäube, wodurch diese entsprechend vorgewärmt und vorgetrocknet werden. Es ist auch möglich, diese heißen Abgase einem besonderen vorgeschalteten Trockner, z. B. einem Trommeltrockner, zuzuführen, um die Schleifstäube dort vorzutrocknen.
Unterhalb der eigentlichen Brennzone wird das nach unten sinkende Brenngut von der von unten anströmenden Brenn- bzw. Oxydationsluft umströmt, wobei einerseits ein Teil des Sauerstoffs dieser Oxydationsluft für eine feste Bindung an das Brenngut, d. h. z. B. an Eisenstaub oder Eisenoxidstaub niedriger Oxydationsstufe, abgegeben wird und andererseits das Brenngut gekühlt sowie das einströmende Gas- bzw.
Gas/Luftgemisch vorgewärmt wird. Im wärmetechnisch günstigsten Fall tritt das Brenngut, d. h. die getrockneten und umgewandelten Stäube in den Auffang- und Euhlbehälter 5 mit einer Temperatur ein, die zumindest annähernd der Gas/Lufteintrittstemperatur entspricht.
Da im Fließbettofen ein nahezu idealer Wärmeaustausch stattfindet und auch längere Verweilzeiten durch ein Ofensystem mit hohem Materialbesatz einstellbar sind, ist ein nahezu idealer Wärmeumsatz möglich.
Bei Oxydationsprozessen wird Wärme frei. Die Temperaturentwicklung kann zusätzlich durch die Sauerstoffkonzentration geregelt werden, z. B. durch Verwendung von Luft unterschiedlicher Menge, von sauerstoffangereicherter Luft oder von reinem Sauerstoff, wobei die bei dieser Oxydation entstehende Reaktionswärme zur Vortrocknung der zugeführten Schleifstäube zur Verfügung steht.
Die Beheizung über ein Erdgas-Luftgemisch dient nur zum Aufheizen des Ofens und zum Verdampfen des eingesetzten Brenngutes, solange, bis eine exotherme Reaktion einsetzt, was je nach Ölhaltigkeit der Schleifstäube z. B. bei etwa 400° C der Fall ist. Nach Erreichen des optimalen Bûllungsgrades des Ofens 1 wird daher mit ansteigender Temperatur die Zufuhr des Brennstoffes, d. h. des Erdgases, zunehmend gedrosselt und die Temperaturentwicklung des Brenn/bzw. Oxydationsvorganges schließlich nur noch über die Zufuhr der Luft- bzw. Sauerstoffmenge geregelt.
Mit Vorteil ist es auch möglich, in den Wirbelschicht- bzw. Fließbettofen bekannte Wärmetauscher einzubauen, um durch zumindest teilweise Abfuhr von Überschußwärme unmittelbar aus der Wirbelschicht bzw. dem Fließbett die Wärmeentwicklung im Ofen in einer für die gewünschte Umwandlung der Schleifstäube günstigen Weise zu regeln. Mit Vorteil kann über die Wärmetauscher gerade soviel Wärme abgeführt werden, daß sich optimale thermische Verhältnisse für die Umwandlung der Schleif stäube in das jeweils gewünschte Umwandlungsprodukt - höhere oder niedrigere Oxydationsstufe - einstellen. Die abgeführte Überschußwärme kann in bekannter Weise zur Heißwassergewinnung oder Dampferzeugung verwendet werden.
Mitunter ist es wünschenswert, Eisen- und/oder Eisenoxidstäube bzw. -pulver zu gewinnen, die nicht allzu feinkörnig sind. In einfacher und vorteilhafter Weise können weniger feinkörnige hetalIoxldische Umwandlungsprodukte dadurch gewonnen werden, daß mittels entsprechender Regelungsmaßnahmen in der Oxydationszone gerade solche erhöhten Temperaturen eingestellt werden, daß Sintervorgänge einsetzen, so daß auch Umwandlungsprodukte mit weniger feinkörniger bis sandartiger Kornverteilung gewonnen werden können.
Die Aufarbeitungsmöglichkeiten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind sehr weit gefächert. Sollen die Schleifstäube z. B. nicht vollständig oxydiert werden, d. h. sollen metalloxidische Umwandlungsprodukte niedriger Oxydationsstufe gewonnen werden, dann kann dies in vorteilhafter Weise einfach dadurch geso,hehen, daß in der Oxydationszone des Ofens ein Sauerstoffdefizit eingestellt wird.
Die große Oberfläche des Feststoffbettes im Ofen ist sehr reaktonsfähig, so daß auch solche Umsetzungen, die sonst sehr träge ablaufen, stark beschleunigt werden können. Metall- und Metalloxidoberflächen haben z. B. auch bei anderen Prozessen katalytische Wirkungen. Es ist daher in einfacher und vorteilhafter Weise möglich, itte1. eines gasförmigen Brennstoffes, z. B. Ergases, im Ofen eine reduiterEnd Atmosphäre einzustellen, wodurch die Umsetzung der in den Ofen eingebrachten Stäube unter gleichzeitigem Ausfall von sehr feinkörnigem, oberflächenaktivem und nach Struktur sehr gleichmäßigem Gasruß abläuft. Der Rußausfall setzt bereits bei Temperaturen ab etwa 350° C ein. Bei diesem Umwandlungsverfahren werden aufgrund der reduzierenden AtmosphEre Eisenoxide niedriger Oxydationsstufe in unoxydiertes Eisenpulver sowie Eisenoxide höherer Oxydationsstufe in Eisenoxide niedrigster Oxydationsstufe umgewandelt. Gemische aus Eisen- oder Eisenoxsdpulver und oberflächenaktiven Rußen können für besondere Zwecke wirtschaftlich genutzt werden. Aufgrund der Feinheit deu Gasrußes und des Dichtiiterschiedes läßt sich der Gasruß aber auch leicht von den Eisen- und Elsenox idkomponenten trennen.
Ungenügend umgewandelte Schleifstäube können alleine oder aber vermischt mit noch nicht behandelten wasser- und/oder ölhaltigen Schleifstäuben erneut in den Wirbelschicht- bzw. Fließbettofen eingebracht werden, wodurch unter anderem die Einbringung der noch feuchten Stäube in das Ofensystem erleichtert wird.
Der Vollständigkeit halber ist im gezeigten Ausführungsbeispiel noch eine vom Auffang- und Kühlbehälter 5 zum Gasberuhigungsraum 12 führende Leitung 26 gestrichelt dargestellt, über welche die in den Auffang- und Kühlbehälter eingeleitete Kühlluft zur Xachverbrennung in den oberen Teil des Ofens eingeführt werden kann. In diesem Gasberuhigungsraum herrscht noch eine so hohe Temperatur, daß er für die Ölresteverdampfung sowie auch als Nachverbrennungsraum wirksam werden kann.
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Claims

pATETASPRUCHE 1. Verfahren zur Aufarbeitung von wasser- und/oder ölhaltigen metallischen und/ oder metalloxidischen Schleifstäuben, insbesondere Eisen- und/oder Eisenoxidstäuben, dadurch gekennzeichnet, daß die wasser- und/oder ölhaltigen Schleifstäube einem aufgeheizten Wirbelschicht- oder Fließbettofen zugeführt und in diesem getrocknet sowie oxydiert oder ggf. reduziert werden und daß die bei einer Oxydation entstehende Reaktionswärme zur Vortrocknung von dem Ofen neu zugeführten Schleifstäuben verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ofen zusammen mit Verbrennungsluft zunächst Brennstoff, insbesondere ein gasförmiger Brennstoff, eingeleitet und verbrannt wird, daß nach ausreichender Aufheizung des Brennsystems die wasser-und/oder ölhaltigen Schleifstäube eingebracht und entstehende heiße Abgase einem vorgeschalteten Trockner zur Vortrocknung neu einzubringender Schleifstäube zugeführt werden und daß nach Erreichen eines optimalen Füllungsgrsdes des Ofens mit ansteigender Ofentemperatur die Brennstoffnenge reduziert und schließlich ggf. nur noch Luft und sauerstoffreiches Gas zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeentwicklung beim Oxydationsprozeß durch Zufuhr der Luft-, sauerstoffangereicherten Luft- oder Sauerstoffmenge geregelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmeentwicklung zumindest teilweise durch Abfuhr von Wärme aus der Wirbelschicht oder dem Fließbett mittels Wärmetauschern geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß gerade soviel Wärme abgeführt wird, daß in dem gewünschten Umwandlungsprodukt optimale thermische Verhältnisse für die Umwandlung der Schleifstäube herrschen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Oxydationszone zur Erzielung eines weniger feinkörmigen metalloxidischen Umwandlungsproduktes derartig erhöhte Temperaturen eingestellt werden, daß gerade Sintervorgänge beginnen.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines metalloxidischen Umwandlungsproduktes niedriger Oxydationsstufe in der Oxydationszone ein Sauerstoffdefizit eingestellt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofen mittels eines gasförmigen Brennstoffs eine solche reduzierende Atmosphäre eingestellt wird, daß Metalloxide höherer Oxydationsstufe zu niedrigsten Oxydationsstufen oder bis zur vollständigen Metallbildung reduziert werden und darüber hinaus Gasruß ausfällt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ungenügend umgewandelte Schleifstäube alleine oder mit noch nicht behandelten wasser- und/oder ölhaltigen Schleifstäuben vermischt erneut in den Wirbelschicht-oder Fließbettofen eingebracht werden.