DE3405298A1 - Anlage und verfahren zum kontinuierlichen kalzinieren von aluminiumhydroxid - Google Patents
Anlage und verfahren zum kontinuierlichen kalzinieren von aluminiumhydroxidInfo
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Description
Anlage zum Patentgesuch der
Klöckner-Humboldt-Deutz
Aktiengesellschaft
vom 10. Februar 1984
κ η ü
Anlage und Verfahren zum kontinuierlichen Kalzinieren von Aluminiumhydroxid
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum kontinuierlichen Kalzinieren von Aluminiumhydroxid mit einer Trocknungseinrichtung
für das zu kalzinierende Gut, einer zweistufigen Kalziniereinrichtung und einer Kühleinrichtung. Ferner betrifft
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von kalziniertem Aluminiumhydroxid.
Die Kalzinierung von Aluminiumhydroxid erfolgte bisher hauptsächlich in zwei unterschiedlichen Kalzinierungseinrichtungen,
in Drehrohröfen oder in soyenannten stationären Systemen, beispielsweise in Zyklonen oder in Wirbelbett-Kalzinatoren.
Am bekanntesten und gebräuchlichsten ist die Kalzinierung im Drehrohrofen. Der Drehrohrofen erlaubt die
Erzeugung aller Tonerdequalitäten bis nin zu Spezialtonerden mit reinem Q^- Gehalt. Beim Kalzinieren im Drehrohrofen
ist allerdings das Verhältnis zwischen Energieaufwand und der Menge des erzeugten Produkts bei Tonerden bis zu
einem Anteil von etwa 80 % an der ^-Modifikation aufgrund
des schlechten Energieübertragungseffekts (keine aureichend intensive Durchmischung von Heißgasstrom und Gut) ungünstig.
Eine erhebliche Energieeinsparung bringt demgegenüber die Kalzinierung von Tonerdehydrat zu Tonerden mit einem GC^-
Gehalt unter 80 % in sogenannten Wirbelbett-Reaktoren. So
Gehalt unter 80 % in sogenannten Wirbelbett-Reaktoren. So
können bei der Kalzinierung von Tonerde im Wirbelbett-Reaktor etwa 25 bis 30 % des spezifischen Brennstoffverbrauchs
eingespart werden. Hoch- ai'-haltige Aluminiumoxide mit OCT-Gehalten
über 80 % können jedoch in solchen Kalzinatoren nicht kontinuierlich erzeugt werden. Denn aufgrund der dazu
erforderlichen hohen Temperaturen treten Phasen auf, die zu Verbackungen und Sinterungen der Tonerde führen und dadurch
den Kalzinator verstopfen können.
In der DE-AS 1 164 744 ist gemäß Beispiel 3 eine Anlage beschrieben, bei der ein dreistufiger Zyklonwärmetauscher
einem Drehrohrofen vorgeschaltet ist. Gemäi3 dieser bekannten Anlage soll der spezifische Wärmeverbrauch gesenkt werden,
und zwar soll mit Hilfe eines Brenners in der Leitung zur Zyklonstufe eine kurzzeitige Erhitzung des Aluminiumhydroxids
auf eine Temperatur erfolgen, die den exothermen Umwandlungsprozei3 in die &f-Modifikation auslöst, der dann
selbsttätig abläuft. Die Einleitung des Umwandlungsprozesses erfolgt in einem Zyklonsystem. Der nachgeschaltete
Drehrohrofen dient hierbei nur als Reaktionsraum für die dann ablaufende selbsttätige Umwandlung des Aluminiumhydroxids.
Mit dem im Drehrohrofen vorgesehenen Brenner werden ausschließlich die entstehenden Wärmeverluste ausgeglichen.
Der maximal erreichbare o£"-Anteil liegt, wie im Beispiel
3 angegeben, nur bei 70 %.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Anlage sowie mit einem Verfahren zum Betrieo dieser Anlage Tonerden
aller verwertoaren Modifikationen besonders wirtschaftlich
herstellen zu können.
Diese Aufgabe wird gemäi3 der Erfindung mit einer Anlage zum
kontinuierlichen Kalzinieren von Aluminiumhydroxid dadurch gelöst, daß die erste Stufe der Kalziniereinrichtung aus
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einem Wirbelbett-Kalzinator mit vorgeschaltetem Lufterhitzer und nachgeschaltetem Haltezyklon und die zweite Stufe
aus einem Drehrohrofen, dem die Kühleinrichtung nachgeschaltet
ist, besteht. Die erfindungsgemäße Kombination eines Wirbelbett-Kalzinators mit einem Drehrohrofen bringt
den Vorteil, daß eine solche Anlage eine kompakte Bauweise aufweist. Der Wirbelbettkalzinator ersetzt den in der Energieausnutzung
ungünstigen Teil des Drehrohrofens, der als
Trockner und Vorkalzinator dient. Der verbleibenae Teil ist
auf den Hochtemperaturbereich ueschränkt. Vorhanaene Drehrohröfen
können daher auf etwa ein Drittel ihrer ursprünglichen Länge gekürzt werden. Bestehende ürehrohrofenanlagen
können auch so umgebaut werden, daß ein Ofenteil als Heiuzone und der anschließende Teil als Kühler benutzt werden
kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der
Haltezyklon zwei Auslaßventile für das Kalzinat auf, wobei das eine Auslaßventil über eine Leitung direkt mit dem
Drehrohrofen und das andere Auslaßventil über eine Leitung direkt mit der Kühleinrichtung in Verbindung steht. Aufgrund
der direkten Verbindung zwischen Haltezyklon und Kühleinrichtung ist es möglich, den Drehrohrofen als Anlagenteil
zu umgehen, wenn zur Erzeugung bestimmter Tonerdequalitäten die zweite Stufe der Kalziniereinrichtung nicht
erforderlich ist.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgeiiiäßen Anlage sieht vor,
daß ein am Haltezyklon angeordnetes Auslaßventil über eine Leitung mit einer Kühleinrichtung verbunden ist, die von
der dem Drehrohrofen nachgeschalteten Kühleinrichtung unabhängig ist. Der besondere Vorteil dieser erfindungsgemäßen
Ausgestaltung liegt darin, daß die erste Stufe der Kalziniereinrichtung als eigenständige Kalziniereinrichtung betrieben
werden kann, gleichzeitig aber zusammen mit dem
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Drehrohrofen eine weitere Kalziniereinrichtung darstellt, und zwar zur Erzeugung einer Tonerde-Qualität, die von der
des Produkts aus der ersten Stufe verschiedenen ist.
Das Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage ist
dadurch gekennzeichnet, dai3 die Kalzinierung des Aluminiumhydroxids
in zwei aufeinanderfolgenden Stufen erfolgt, und
zwar in der ersten Stufe in einem Wirbelbett-Kalzinator mit vorgeschaltetem Lufterhitzer und nachgeschaltetem Haltezyklon
zu Aluminiumoxid (Tonerde) mit einem Anteil an der Of-Modifikation
von 0 bis etwa 80 % und in der zweiten Stufe in einem Drehrohrofen zu Tonerde mit einem Anteil an der bC-Modifikation
bis zu 100 %, wobei die Kalzinierung in der ersten Stufe bei niedrigeren Temperaturen erfolgt als in
der zweiten Stufe. Der besondere Vorteil der Aufteilung des Kalzinierungsverfahrens in zwei Stufen bestehe aarin, daß
die Kalzinierung der ersten Stufe im Wirbelbett-Kalzinator mit vorgeschaltetem Lufterhitzer und nachgeschaltetem Haltezyklon
mit einem besonders niedrigen spezifischen Energieverbrauch durchgeführt werden kann, weil Gut- und Gasstrom
in die gleiche Richtung strömen und so eine vorteilhafte innige Vermischung von Gas und zu kalzinierendem Gut
auftritt. Während beispielsweise die Erzeugung einer reinen V>" -Modifikation im Drehrohrofen herkömmlicher Bauart
einen spezifischen wärmeverbrauch von etwa 4600 kJ/kg Al2O3 erfordert, werden in der erfindungsgemäßen Anlage
nur etwa 3200 kJ/kg benötigt, wodurch etwa 30 % an Wärmeenergie
eingespart werden.
Die Kalzinierung in der zweiten Stufe erfolgt vorteilhaft in einem Drehrohrofen, der für das Verfahren auf den Hochtemperaturteil
verkürzt wird. Die bei den hohen Temperaturen zur Erzeugung von Tonerden mit einem ^-Anteil von 80
bis 100 % auftretenden Sinterphasen, die zu Verbackungen und Verklumpungen führen, können einen Drehrohrofen nicht
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verstopfen. Durch das mechanische Umwälzen im Drehrohrofen werden die Agglomerate vorteilhaft zerkleinert und vergleichmäßigt,
so daß ein homogenes Produkt entstehe. Die erfindungsgemäße Aufteilung des Verfahrens in zwei Stufen
ermöglicht·außerdem bei hochkalzinierten Tonerden eine erhebliche
Energieeinsparung. Bei der Erzeugung einer reinen df-Modifikation im Drehrohrofen herkömmlicher Bauart
beträgt der spezifische Wärmeverbrauch etwa 5250 kJ/kg Al9O3, bei der erfindunysgemäßen, zweistufigen Kalzinierung,
zunächst im Wirbelbett-Kalzinator und anschliei3end im Drehrohrofen, sind nur etwa 3900 kJ/kg erforderlich. Das
bedeutet eine Einsparung von fast 25 % an Wärmeenergie.
Eine Verfahrensvariante besteht darin, daß das in der ersten Stufe kalzinierte Gut in zwei Teilströme aufgeteilt
wird, wobei der eine Teilstrom im Drehrohrofen einer weiteren
Kalzinierung unterzogen und der zweite Teilstrom in einer Kühleinrichtung gekühlt wird und zwar unabhängig von
dem zu kühlenden Produkt des Drehrohrofens. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es mit zwei separaten
Kühleinrichtungen für Tonerae möglich ist, zwei Tonerdequalitäten gleichzeitig nebeneinander herzustellen, und
zwar Tonerdequalitäten mit einem oC- Anteil bis zu etwa
80 % und Spezialtonerde mit einem et?- Anteil bis zu 100 %.
Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
dergestalt, daß die mit Tonerdestaub beladene Abluft aus dem Drehrohrofen und den Kühleinrichtungen dem Lufterhitzer
zugeführt wird, wobei die Einleitung der Abluft in den Lufterhitzer außerhalb der Flammenzone eines Brenners erfolgt.
Dadurch wird vorteilhaft vermieden, daß der Staub in nicht kontrollierbarer Form einer weiteren Kalzinierung
ausgesetzt wird und nicht erwünschte öC^-Modifikationen in
das Produkt gelangen.
Anhand von zwei in Fig. 1 und Fig. 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen wird die erfindungsgemäöe
Anlage beschrieben.
Die erfindungsgemäße Kalzinieranlage besteht aus einer
Trocknungseinrichtung bekannter Bauart 1, die über eine Leitung 2 mit einem Wirbelbett-Kalzinator 3 verbunden ist.
Dieser steht eingangsseitig über eine Rohrleitung 6 mit einem Lufterhitzer 4 und ausgangsseitiy über eine Rohrleitung
8 mit einem Haltezyklon 9 in Verbindung. Lufterhitzer 4 und Wirbelbett-Kalzinator 3 sind jeweils mit einer Brennereinrichtung
5 bzw. 7 ausgestattet. Der Haltezyklon 9 hat ausgangsseitig eine Rohrverbindung 14 zur Trocknungseinrichtung
1 und außerdem zwei Auslaßventile 10 und 12, von denen das eine, 10, über eine Rohrleitung 11 mit einem
Drehrohrofen 15 und das andere, 12, über eine Rohrleitung 13 mit einer Kühleinrichtung bekannter Bauart 18 verbunden
ist. Der Drehrohrofen 15 ist mit einer Brennereinrichtung 16 ausgestattet und steht über eine Abluftleitung 23 mit
Absperrventil 24 mit dem Lufterhitzer 4 in Verbindung. Der Gutaustrag 17 des Drehrohrofens 15 mündet in die Kühleinrichtung
18. Von der Kühleinrichtung 18 führen Abluftleitungen 19, 19a und 19b, jeweils mit Absperrventilen 20 und
21 versehen, in den Drehrohrofen 15 und in den Lufterhitzer 4.
Eine Ausstattungsvariante der erfindungsgemäßen Anlage
weist zwei unabhängige Kühleinrichtungen lö und lö'auf. In
diesem Fall ist ein Auslaßventil 12 des Haltezyklons 9 über eine Rohrleitung 13' direkt mit der Kühleinrichtung 18'
verbunden, die nicht dem Drehrohrofen 15 nachgeschaltet ist.
Im folgenden wird das Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage näher erläutert:
Wie aus der Darstellung in Fig. 1 ersichtlich, wird das für die Kalzinierung gewonnene Aluminiumhydroxid (Tonerdehydrat)
zunächst in bekannter Weise in einer Trocknungseinrichtung 1 getrocknet und anschließend kontinuierlich über
eine Rohrleitung 2 einem Wirbelbett-Kalzinator 3 aufgegeben. Sofort tritt eine totale Verwirbelung der Teilchen ein
und ein inniger Kontakt mit dem hei(3en Gas ist gewährleistet.
Die Verweilzeit im Kalzinator beträgt im Durchschnitt weniger als eine Sekunde.
Dem Wirbelbett-Kalzinator 3 ist ein Lufterhitzer 4 vorgeschaltet, in dem mit mindestens einem Brenner 5 Luft vorgewärmt
und über eine Leitung 6 dem Wirbelbett-Kalzinator 3 zugeführt wird, um das aufgegebene Gut im Wirbelbett zu
halten. Der WirbelDett-Kalzinacor 3 ist mit einer ürennereinrichtung
7 ausgestattet, welche die erfoüerliche Energie
für die Kalzinierung liefert.
Infolge der im Wirbelbett-Kalzinator 3 herschenaen Heißgasströmung
wird das kalzinierte bzw. vorkalzinierte Gut, das sogenannte Kalzinat, über eine Leitung 8 einem wärmeisolierten
Haltezyklon 9 zugeführt, der in einer baulichen Einheit zusammengefaßt aus einem Zyklon und einem darunter
angeordneten siloähnlichen Haltebehälter besteht. In dem Zyklon wird das Gut vom Heißgas getrennt und sammelt sich
in dem Haltebehälter. In diesem Behälter läuft der im Wirbelbett-Kalzinator eingeleitete exotherme Vorgang der Of-Modifikationsbildung
weiter ab.
Aus dem Haltezyklon 9 fließt das Kalzinat kontinuierlich erfindungsgemäß durch zwei Absperrventile 10 und 12 ab, und
zwar durch das Ventil 10 in die Leitung 11 und durch das Ventil 12 in die Leitung 13. Mit den Ventilen lü una 12
läßt sich sehr vorteilhaft uie Aofluf3geschwindigkeit und
damit die Haltezeit im Haltezyklon 9 einstellen, welche
Einfluß auf den KalzinierungsprozeQ der #" -Phase hat. Das
Heißgas aus dem Haltezyklon 9 wird zur weiteren Ausnutzung der Wärmeenergie über eine Leitung 14 der Trocknungseinrichtung
1 zugeführt.
Erfindungsgemäß kann eine Anlage nach Fig. 1 so betrieben
werden, daß sich drei Verfahrensvarianten ergeben, je nach Öffnung der Ventile 10 und 12 sowie des Betriebs oer brennereinrichtungen
5, 7 und 16.
Die erste Verfahrensvariante dient der Erzeugung einer
otr' -freien Qualität. Für die Erzeuyung dieser Qualität
reicht die Aufheizung der Luft im Lufterhitzer 4 aus. bei der Kalzinierung einer reinen Ψ" -Modifikation im Wirbelbett-Kalzinator
3 wird die Luft im Lufterhitzer 4 bis auf etwa 800 0C aufgeheizt. Die Brennereinrichtung 7 des Wirbelbett-Kalzinators
3 ist dabei nicht in Betrieb. Die Verweilzeit im Haltezyklon 9 hat bei dieser Verfahrensvariante
keinen Einfluß auf den Kalzinierungsgrad. Sie beträgt in
der Regel wenige Minuten. Diese vorteilhaft kurze Zeit genügt zur vollkommenen Homogenisierung aes Kalzinats. Das
Ventil 10 des Haltezyklons 9 ist geschlossen una aie Tonerde strömt durch das Ventil 12 über die Leitung 13 am nicht
in Betrieb befindlichen Drehrohrofen 15 vorbei in die Kühleinrichtung 18, die einen bekannten Tonerdekühler darstellt.
Die aus der Kühleinrichtung 18 austretende staubbeladene Abluft wird über eine Leitung 19, durch das geöffnete Ventil
20, über eine Leitung 19a dem Lufterhitzer 4 zugeleitet. Dort tritt es an der Stelle 22 so in den Lufterhitzer
4 ein, daß die Staubteilchen nicht in die Flammenzone eines Brenners geraten und dadurch weiter aufkalziniert werden.
Ventil 21 in Leitung 19b ist geschlossen.
- li - KHD
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Die zweite Verfahrensvariante dient der Erzeugung einer Tonerde mit einem d^-Anteil bis zu 80 %, beispielsweise
Hüttentonerde. Bei dieser Verfahrensvariante wird im Lufterhitzer 4 aufgeheizte Luft in den Wirbelbett-Kalzinator 3
geleitet, dessen Brennereinrichtung 7 ebenfalls in Betrieb ist. Die Temperatur im Wirbelbett-Kalzinator steigt auf
Werte, etwa 1300 0C, die eine teilweise Umwandlung des Aluminiumhydroxids
in eine <#"-Modifikation der Tonerde bewirken.
Durch die Haltezeit im Haltezyklon 9 läßt sich der Kalzinierungsgrad beeinflussen. Bei etwa 3ύ min Haitezeit
wird ein Kalzinierungsgrad mit einem ^-Anteil von etwa
80 % erreicht. Bei dieser Verfahrensvariante ist das Ventil 10, wie bei der vorhergehenden Variante, geschlossen und
der Drehrohrofen Ib nicht in Betrieb. Auch hier wird über
das Ventil 12 die gesamte erzeugte Tonerde durch die Leitung 13 der Kühleinrichtung 18 direkt zugeführt. Die Abluftführung
aus der Kühleinrichtung 18 erfolgt wie bei der zweiten Verfahrensvariante.
Mit der dritten Verfahrensvariante läßt sich eine Tonerdequalität
erzeugen, deren Anteil an der Od*'- Modifikation
zwischen 80 und 100 % liegt. Zunächst erfolgt eine Vorkalzinierung
entsprechend der zweiten Verfahrensvariante, allerdings mit dem Unterschied, daß die Haltezeit im Haltezyklon
9, etwa 30 Minuten, die zur gewünschten Modifikationsbildung führt, voll ausgenutzt wird und der Abfluß des KaI-zinats
über das Ventil 10 in die Leitung 11 erfolgt. Ventil 12 ist dabei geschlossen. Im Drehrohrofen 15 erfolgt dann
die Fertigkalzinierung zur gewünschten Tonerdequalität. Die Abgasführung unterscheidet sich hier von der der vorhergehenden
Varianten dadurch, daß die staubbeladene Abluft aus der Kühleinrichtung 18 über das geöffnete Ventil 21 und die
Leitung 19b in den Drehrohrofen 15 geleitet wird und über die Leitung 23 und das geöffnete Ventil 24 in die Leitung
19a, die zum Lufterhitzer 4 führt. Dabei ist Ventil 20 geschlossen.
KHD
H 84/06
H 84/06
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anlage, die mit einer
weiteren Kühleinrichtung 18' ausgestattet ist, welche von der dem Drehrohrofen 15 nachgeschalteten Kühleinrichtung 18
unabhängig und über Leitung 13' mit dem Ventil 12 des Haltezyklons
9 verbunden ist. Eine solche Anlage ermöglicht zu den drei bereits beschriebenen Verfahren eine erfindungsgemäße
vierte Variante zur Erzeugung von zwei Tonerdequalitäten gleichzeitig.
Der Verfahrensabiauf in der ersten Stufe entspricht dem in der beschriebenen zweiten Verfahrensvariante. In der zweiten
Verfahrensstufe flief3t das Kalzinat aus dem Haltezyklon
9 über die beiden Ventile 10 und 12 in jeweils vorherbestimmten Mengen kontinuierlich über die Leitung 11 in den
Drehrohrofen 15 und über Leitung 13' in die Kühleinrichtung 18'. Im Drehrohrofen wird das Kalzinat höherkalziniert, je
nach geforderter Qualität bis zu einem CC -Anteil von 100 %. Das über Leitung 13' in die Kühleinrichtung 18' abgeflossene
Kalzinat wird direkt abgekühlt und es entsteht eine Tonerde mit einem 4^-Anteil unter 80 %. Die Abluft
aus den beiden Kühleinrichtungen 18 und 18' kann, durch Zusammenfassung der Abluftmenge aus den Leitungen 19 und
19' über die Ventile 20 und 21, entsprechend dem mengenmässigen Anfall und dem Bedarf im Drehrohrofen, aufgeteilt
werden.
L ο ο r s e i t e
Claims (6)
1. Anlage zum kontinuierlichen Kalzinieren von Aluminiumhydroxid mit einer Trocknungseinrichtung für das zu
kalzinierende Gut, einer zweistufigen Kalziniereinrichtung und einer Kühleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, α ad die
erste Stufe der Kalziniereinrichtung aus einem Wirbelbett-Kalzinator
(3) mit vorgeschaltetem Lufterhitzer (4) und nachgeschaltetem Haltezyklon (9) und die zweite Stufe aus
einem Drehrohrofen (15), dem die Kühleinrichtung (18) nachgeschaltet
ist, besteht.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltezyklon (9) zwei Auslaßventile (10 und 12) für das
Kalzinat aufweist, wobei das eine Auslaßventil (10) über eine Leitung (11) direkt mit dem Drehrohrofen (15) unü das
andere Auslaßventil (12) über eine Leitung (13) direkt mit der Kühleinrichtung (18) in Verbindung steht.
3. Anlage nach Anspruch 2, daourch yekennzeicnnet, aaü
ein am Haltezyklon (9) angeordnetes Ventil (12) üoer eine Leitung (131) mit einer Kühleinrichtung (18') verbunden
ist, die von der dem Drehrohrofen (15) nachgeschalteten Kühleinrichtung (18) unabhängig ist.
4. Verfahren zum kontinuierlichen Kalzinieren von Aluminiumhydroxid
in einer Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalzinierung des Aluminiumhydroxids
in zwei aufeinanderfolgenden Stufen erfolgt, und
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zwar in der ersten Stufe in einem Wirbelbett-Kalzinator mit
vorgeschaltetem Lufterhitzer und nachgeschaltetem Haltezyklon zu Aluminiumoxid (Tonerde) mit einem Anteil an
der oC -Modifikation von 0 bis etwa 80 % und in der zweiten
Stufe in einem Drehrohrofen zu Tonerde mit einem Anteil an der od'-Modifikation bis zu 100 %, wobei die Kalzinierung in
der ersten Stufe bei niedrigeren Temperaturen erfolgt als in der zweiten Stufe.
5. Verfahren zum koncinuierlichen Kalzinieren von Aluminiumhydroxid
nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in der ersten Stufe kalzinierte Gut in zwei Teilströme
aufgeteilt wird, wobei der eine Teilstrom im Drehrohrofen einer weiteren Kalzinierung unterzogen und der zweite Teilstrom
in einer Kühleinrichtung gekühlt wird, und zwar unabhängig von dem zu kühlenden Produkt des Drehrohrofens.
6. Verfahren zum kontinuierlichen Kalzinieren von Aluminiumhydroxid
nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Tonerdestaub beladene Abluft aus dem Drehrohrofen
und den Kühleinrichtungen dem Lufterhitzer zugeführt wird, wobei die Einleitung der Abluft in aen Lufterhitzer
außerhalb der Flammenzone eines Brenners erfolgt.
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