DE4124101A1

DE4124101A1 - Verfahren zur inertisierung fester rueckstaende, insbesondere aus abfallverbrennung und rauchgasreinigung

Info

Publication number: DE4124101A1
Application number: DE4124101A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Koecher; Martin Dipl Ing Faulstich; Gerd Dr Kley; Axel Dr Freudenberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2011-07-19
Also published as: DE4124101C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inertisierung fe ster Rückstände, insbesondere aus Abfallverbrennung und Rauchgasreinigung, welche umweltschädigende Metalloxide und andere Verbindungen enthalten.

Die thermische Behandlung von Abfällen ist in der Abfall wirtschaft weit verbreitet. Bei der Abfallverbrennung fal len jedoch große Mengen fester Rückstände in Form von Schlacke, Schlacke/Asche, Asche oder Filterstäuben aus der Rauchgasreinigung an. Diese festen Rückstände enthalten un terschiedlich großen Mengen an Salzen, Schwermetallen und organischen Verbindungen, die umweltschädlich sein können. Die massemäßig größten Anteile bestehen dabei aus Metall oxiden und Silicaten, die sich mittels Schmelzverfahren zu verwertbaren oder endlagerfähigen Produkten verarbeiten lassen, da sie im erstarrten Zustand amorphe Netzwerke oder kristalline Strukturen bilden.

Nun hat sich gezeigt, daß derartige Produkte keineswegs so inert sind, wie bisher angenommen wurde. Zwar entsprechen diese Produkte den derzeit geltenden Abfallvorschriften, jedoch erscheint das derzeitige Prüf- und Meßverfahren ver besserungs- und erweiterungsbedürftig. Es hat sich nämlich gezeigt, daß in den Produkten eingeschmolzene Metalloxide, insbesondere toxische Schwermetalloxide, durch Wasser, nämlich durch Regenwasser, ausgelaugt und in das Grundwas ser gelangen können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem feste Abfallverbrennungs- und Rauchgasrei nigungsrückstände so weit inertisiert werden, daß aus ihnen keine umweltgefährdenden Stoffe ausgewaschen werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Rückstände unter reduzierenden Bedingungen zu glasigen, glasig-kristallinen oder kristallinen Produkten erschmolzen werden. Dadurch wird ein Verfahren geschaffen, bei dem die umweltschädigen den Metalloxide im Schmelzbad von der Silicatphase ge trennt werden können. Durch die reduzierenden Bedingungen werden nämlich die in der Schmelze enthaltenden umweltschä digenden Metalloxide zu elementaren Metallen reduziert. Diese Metalle, welche schwerer als die Silicatschmelze sind, setzen sich in einem Sumpf unterhalb der Silicat phase ab. Die leichtsiedenden Metalle wie Zink, Cadmium oder Quecksilber usw. verdampfen und sind so ebenfalls aus der Silicatphase entfernt. Die verdampften elementaren Me talle und deren Verbindungen können anschließend kondensiert und weiterverarbeitet werden. Die in dem Sumpf angesammel ten Schwersieder können anschließend ebenfalls weiterverar beitet werden. Zurück bleibt ein weitgehend inertes Schmelz produkt, das zudem volumenreduziert ist und problemlos end gelagert werden kann.

Die zu schmelzenden Rückstände enthalten jedoch auch toxi sche organische Bestandteile, wie Dioxine und Furane. Durch die thermische Belastung beim Schmelzen werden diese orga nischen Bestandteile zerstört und zu nicht toxischen Rest stoffen zerlegt.

Die Schwermetallfreiheit der Inertstoffe durch reduzieren des Schmelzen bedeutet eine Schadstoff- und Schwermetall freiheit im technischen und umweltseitigen Sinne. Sie geht soweit, daß bei Auslaugung noch verbleibender Spuren von Schwermetallen das Eluat weit unter den Grenzwerten der Trinkwasserverordnung belastet ist.

Bei Schmelzversuchen wurden Tammannöfen, Kammeröfen und Lichtbogenöfen eingesetzt, wobei sich als technisch am sinnvollsten das reduzierende Schmelzen mittels eines Lichtbogenofens erwiesen hat.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Ein Ausführungsbeispiel eines Lichtbogenofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend nä her beschrieben.

Der in der einzigen Figur dargestellte Lichtbogenofen 10 besteht im wesentlichen aus einem Schmelzgefäß 11, welches zur Aufnahme der die zu behandelnden Rückstände enthalten den Schmelzbäder 19 dient. Das Schmelzgefäß ist mit einem Ofendeckel 15, einer Beschickungsöffnung 16 und einer Gieß öffnung 17 versehen. In dem Ofendeckel 15 ist ein Abgasrohr 13 vorgesehen, welches zu einer - nicht dargestellten - Ab gasreinigung und Kondensierungsanlage führt.

In das Schmelzbad 19 sind Kohlenstoffelektroden 12 ein- und ausfahrbar, mit denen reduzierende Bedingungen in dem Schmelzgefäß 11 eingestellt werden können. Die Kohlenstoff elektroden 12 sind an eine Stromzuführung 18 angeschlossen, und das Schmelzgefäß 11 ist mit einem Kühlwassermantel 14 umgeben.

Zum Ausgießen ist das Schmelzgefäß 11 mit einem Kippzylin der 21 versehen, der es in einem Kipplager 20 kippen kann, so daß ein Dekantieren der einzelnen übereinander liegenden Schichten des Schmelzbades 19 möglich ist.

Das Schmelzbad 19 besteht aus einer leichteren Silicatphase 22 und einem Schwermetallsumpf 23, der sich direkt auf der Ofenschüttung 24 sammelt. Nach dem Abgießen der leichteren Silicatphase 22 kann der Schwermetallsumpf 23 abgegossen und einer Weiterverarbeitung zugeführt werden. Die leicht siedenden Metalle verdampfen und werden durch das Abgasrohr 13 abgezogen. Die so abgezogenen Metalldämpfe werden durch einen - nicht dargestellten - Kondensator geleitet, kondensiert und einer metallurgischen Weiterverarbeitung zu geführt.

Beispiel 1

50 kg Elektrofilterstaub der chemischen Zusammensetzung (in Masse-%) 40,3 SiO₂; 16,3 Al₂O₃; 11,9 CaO; 3,74 Fe₂O₃; 3,91 K₂O; 3,75 Na₂O; 2,98 MgO; 2,97 ZnO; 1,40 TiO₂; 6,83 SO₃; 1,26 P₂O₅; 0,29 PbO; 0,27 SnO₂; 0,09 NiO und 0,05 CdO wurden in einem geschlossenen, dreiphasigen elek trischen Lichtbogenofen bei ca. 1300°C geschmolzen und die Schmelze in Formen abgegossen, granuliert oder verblasen.

Etwa 75 Masse-% des Elektrofilterstaubes lagen nach dieser Inertisierung als glasig-silicatisches Schmelzprodukt vor. Die restlichen 25 Masse-% verteilen sich auf die Abgas- bzw. Kondensat- und die Sumpfphase.

Für einige ausgewählte umweltrelevante Metalloxide sind nachfolgend die Konzentration im Elektrofilterstaub vor der Inertisierung mit denen im silicatischen Schmelzprodukt nach der Inertisierung gegenübergestellt:

Nach Auslaugung des silicatischen Schmelzproduktes gemäß dem Deutschen Einheitsverfahrens S4 und dem Schweizer Aus laugtest lagen alle Eluatkonzentrationen der umweltrelevan ten Metalle deutlich unter den Grenzwerten der Trinkwasser verordnung.

Beispiel 2

75 kg Elektrofilterstaub der chemischen Zusammensetzung wie Beispiel 1 werden in einem Trockenmischer mit 15 kg Alumi niumoxid und 10 kg Calciumoxid gemischt und anschließend in einem geschlossenen, dreiphasigen Lichtbogenofen bei ca. 1500°C geschmolzen. Die Schmelze wird in Formen abge gossen und der Gußkörper nach dem Abkühlen zerkleinert.

Etwa 83 Masse-% des Elektrofilterstaubes lagen nach der Inertisierung als glasig-kristallines Schmelzprodukt vor. Die restlichen 17 Masse-% verteilen sich auf die Abgas- bzw. Kondensat- und die Sumpfphase.

Für einige ausgewählte umweltrelevante Metalloxide sind nachfolgend die Konzentrationen im Elektrofilterstaub vor der Inertisierung mit denen im silicatischen Schmelzprodukt nach der Inertisierung gegenübergestellt.

Bezugszeichen

10 Lichtbogenofen
11 Schmelzgefäß
12 Graphitelektroden
13 Abgasrohr
14 Kühlwassermantel
15 Ofendeckel
16 Beschickungsöffnung
17 Gießöffnung
18 Stromzuführung
19 Schmelzbad
20 Kipplader
21 Kippzylinder
22 Silikatphase
23 Schwermetallphase
24 Ofenschüttung

Claims

1. Verfahren zur Inertisierung fester Rückstände, insbeson dere aus Abfallverbrennung und Rauchgasreinigung, welche umweltschädigende Metalloxide und andere Verbindungen ent halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstände unter reduzierenden Bedingungen zu glasigen, glasig-kristallinen oder kristallinen Produkten erschmolzen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstände insbesondere aus Abfallverbrennung und Rauchgasreinigung unter Bedingungen geschmolzen werden, bei denen in ihnen enthaltene umweltschädigende Metalloxide zu elementaren Metallen reduziert werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die mit umweltschädigenden Metalloxiden ver unreinigten Rückstände unter reduzierenden Bedingungen so geschmolzen werden, daß die aus den Metalloxiden reduzier ten Schwersieder in einem Sumpf unterhalb der Silicatphase gesammelt und die Leichtsieder oberhalb der Silicatphase abgeführt und auskondensiert werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Metalloxide enthaltenden Rückstände in einem Lichtbogenofen mit Kohlenstoffelektroden reduzierend zu endlagerfähigen Produkten geschmolzen werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rückstände in einem Lichtbogenofen bei Temperaturen von 1250°C bis 1500°C reduzierend geschmolzen und die leichtsiedenden Metalle, wie Cadmium, Zink, Queck silber und dergleichen nach ihrer Reduktion in elementarer Form oder als neue Verbindungen verdampfen und zur weiteren Aufarbeitung und Verwertung aus dem Abgas kondensiert wer den.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die hochsiedenden Schwermetalle, wie Eisen, Nickel, Chrom, Kupfer und dergleichen, durch Dichtetrennung als Sumpfphase von der Restschmelze separiert und metallur gisch verwertet werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die in den zu schmelzenden Rückständen vor handenen toxischen, organischen Bestandteile wie Dioxine und Furane thermisch zerstört werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum reduzierenden Schmelzen von Metalloxide enthaltenden Rückständen aus Abfallverbren nung und Rauchgasreinigung ein Lichtbogenofen (10) mit Koh lenstoffelektroden (12) verwendet wird.