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Verfahren zur Aufarbeitung von wasser- und/oder
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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.
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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.
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Erfindungswesentliche vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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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.
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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.
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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.
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Anhand einer in der Zeichnung als Beispiel schematisch dargestellten
Aufarbeitungsanlage werden die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung erläutert.
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Als Pulver-Brennaggregat findet im Ausführungsbeispiel ein Fließbettofen
1 Verwendung, welcher im wesentlichen aus einem zylindrischen, innen mit einer Stampfmasse
feuerfest ausgekleideten Behälter besteht.
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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.
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Die wasser- und/oder ölhaltigen Schleifstäube werden in einen Einfülltrichter
16 eingeschüttet, der mit Klappen o. ä. verschließbar ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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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