DE4230062A1 - Verfahren und Vorrichtung zur dauerhaften Immobilisierung schwermetallhaltiger Schadstoffe und zur Rückgewinnung von Schwermetallen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur dauerhaften Immobilisierung schwermetallhaltiger Schadstoffe und zur Rückgewinnung von SchwermetallenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor
richtung zur dauerhaften Immobilisierung von schwer
metallhaltigen Schadstoffen und zur Rückgewinnung von
Schwermetallen.
Die Erfindung ist anwendbar bei der Behandlung und
umweltverträglichen Entsorgung von Schadstoffen unter
gleichzeitiger Erzeugung von wieder- bzw. weiterver
wertbaren Produkten.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen
bekannt, die das Einschmelzen der unterschiedlichsten
Schadstoffe zum Inhalt haben. So beschreibt die
DE 26 31 220 ein Verfahren zum Einschmelzen von ra
dioaktiven Bestandteilen in Glas.
Die radioaktiven Bestandteile werden in wäßriger
Suspension oder als Schlamm zusammen mit einem zum
Erschmelzen von Glas geeigneten Gemenge in den
Schmelzofen eingegeben. Die Schmelze aus Glas und den
radioaktiven Bestandteilen wird elektrisch beheizt.
Nach Erkalten der Schmelze liegt ein lagerbarer Fest
stoff vor, welcher die radioaktiven Abfallstoffe ein
schließt.
Eine wirtschaftliche Verwertung der Endprodukte die
ses Verfahrens ist nicht möglich.
Die DE 38 41 889 beschreibt eine Lösung zur Überfüh
rung von Müllverbrennungsasche in Glasform. Hierbei
wird ein Teil der Schadstoffe aus der Müllverbren
nungsasche unmittelbar in der Glasschmelze fest ein
gebunden, die in Gasform entweichenden Schadstoffe
werden abgekühlt, kondensiert und der Schmelze erneut
zugeführt. Als Zuschlagstoffe können Glasscherben
eingesetzt werden. Die entstehenden Glaskörper können
als Schotter oder Betonzuschlag Verwendung finden.
Weiterhin ist in der DE 39 30 899 eine Lösung be
schrieben, welche der umweltschonenden Beseitigung
von Klärschlamm oder Flugasche dient, wobei die ge
trockneten Rückstände gemeinsam mit fester Hochofen
schlacke und/oder trockenem Rauchgasgips zu einer
glasartigen Masse verschmolzen werden, welche über
einen Überlauf kontinuierlich abgezogen wird.
All die bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß
eine Rückgewinnung der Schwermetalle aus den schwer
metallhaltigen Schadstoffen nicht möglich ist, die
Anwendungsgebiete der bekannten Lösungen durch den
Einsatz von Elektroheizungen eingeschränkt sind und
eine hohe Empfindlichkeit gegenüber organischen Stof
fen besteht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zu schaffen, welches effektiv und kosten
günstig eine breite Palette von Schadstoffen dauer
haft immobilisiert, weiterverwertbare Produkte er
zeugt und die Rückgewinnung von Schwermetallen ermög
licht.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merk
male im kennzeichnenden Teil der Hauptansprüche 1 und
11 im Zusammenwirken mit den Merkmalen der jeweiligen
Oberbegriffe sowie den ausgestaltenden Merkmalen der
zugehörigen Unteransprüche gelöst.
Das erfindungsgemäße Schmelzreaktorverfahren hat ge
genüber bekannten Verfahren den besonderen Vorteil,
wertvolle Schwermetalle aus den eingesetzten Schad
stoffen zurückzugewinnen und die aus den Schadstoffen
nicht rückgewinnbaren Stoffe durch chemische Hochtem
peraturreaktionen in einer Glasmatrix dauerhaft zu
immobilisieren, wobei beide Produkte einer weiteren
Verwertung zugeführt werden.
Beispiele verarbeitbarer schwermetallhaltiger Schad
stoffe sind: Galvanikschlämme, Farb- und Lackschläm
me, Klärschlämme, Filterstäube, Filteraschen, Äsche
reischlamm, Bleikrätze, Salzschlacken, Gichtgasstäu
be, Zinnaschen, Bleiaschen, Calciumphosphatschlamm,
Anodenschlamm, Brüniersalzabfälle.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, daß
schwermetallhaltige Schadstoffe, sonst nicht mehr
verwertbares Altglas und die Rückstände der Abluft
reinigung des Schmelzreaktors gemischt und zerklei
nert diesem Reaktor zugeführt und bei Temperaturen
bis etwa 1500°C geschmolzen und zur chemischen Reak
tion gebracht werden. In der Reaktionszone des
Schmelzreaktors werden dem einschmelzenden Gemisch
separat Mittel zur Steuerung der erwünschten chemi
schen Reaktion zudosiert.
Durch Regelung der mit fossilen Brennstoffen erfol
genden Beheizung des Schmelzreaktors und die Zufuhr
von Reaktionsmitteln und/oder Katalysatoren in gas
förmigem, festem und/oder flüssigem Zustand zu der
sich im Schmelzreaktor befindlichen Glasschmelze wer
den die notwendigen chemischen Reaktionen und die
dazu nötigen Temperaturen je nach Zusammensetzung und
Oxidationsgrad bzw. Redoxpotential der eingesetzten
schwermetallhaltigen Schadstoffe und den erwünschten
Eigenschaften der zu produzierenden Stoffe beeinflußt
und gesteuert.
Beispiele derartiger Reaktionsmittel/Katalysatoren
sind:
gasförmig: Luft, Sauerstoff, brennbare Gase, Schwefeldioxid,
flüssig: Öle, Fette, Wasser, Wasserstoffperoxid,
fest: Kohlenstaub, Brikettabrieb, Zinnchlo rid, Zinnoxid, Nitrate.
gasförmig: Luft, Sauerstoff, brennbare Gase, Schwefeldioxid,
flüssig: Öle, Fette, Wasser, Wasserstoffperoxid,
fest: Kohlenstaub, Brikettabrieb, Zinnchlo rid, Zinnoxid, Nitrate.
Das dem Schmelzreaktor zugeführte Gemisch reagiert
bei hohen Temperaturen in festem, gasförmigem
und/oder flüssigem Zustand untereinander, mit der
darüberliegenden, aus Verbrennungsprodukten und Gasen
und Stäuben des zugeführten Gemisches bestehende At
mosphäre und den in die Glasmasse eingebrachten Reak
tionsmitteln und Katalysatoren.
Die mit Schwermetallen angereicherte Glasschmelze
wird nach einer Konditionierung kontinuierlich einer
weiteren Verarbeitung zugeführt und die in flüssiger
Form anfallenden Schwermetalle werden durch eine Öff
nung im Boden des Schmelzreaktors in verhüttungsfähi
gem Zustand kontinuierlich und/oder diskontinuierlich
abgelassen.
Bei Einhaltung entsprechender Glasbildungsbedingungen
ist die abgeführte Glasmasse ein komplexer, physika
lisch und chemisch einheitlicher glasiger Stoff, der
vollkommen andere chemisch-physikalische Eigenschaf
ten besitzt als die Stoffe, aus denen er gebildet
wurde.
Die in der Glasmasse enthaltenen Schwermetalle liegen
in Form einer silikatischen Bindung vor, wie zum Bei
spiel Chrom in grünem Flaschenglas.
Halogenverbindungen können bis zu einem bestimmten
Anteil ebenfalls in die Glasmatrix eingebaut werden.
Schwermetalle, die sich aus der Glasschmelze und/oder
dem zugeführten Gemisch ausscheiden, sammeln sich
infolge der Dichteunterschiede zwischen den Schwerme
tallen und der Glasmasse am Boden des Schmelzreaktors
in flüssigem Zustand.
Die aus dem Schmelzreaktor abgelassenen Schwermetalle
stellen einen wertvollen Rohstoff dar, der von der
metallverarbeitenden Industrie wieder zur Herstellung
anderer Produkte verwendet wird.
Die Glasmasse kann in vielfältiger Form, beispiels
weise im Bauwesen und zur Herstellung von Isolierma
terialien, weiterverarbeitet werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Schmelzreak
torverfahrens wurde ein geschlossener Schmelzreaktor
geschaffen, der mit fossilen Brennstoffen über Öff
nungen in den Stirn- und/oder Seitenwänden oberhalb
der Glasschmelze beheizt wird.
In den Stirn- und/oder Seitenwänden des Schmelzreaktors
befindet sich mindestens je eine Öffnung für die
Zufuhr des Gemisches und den Ablaß der Glasschmelze,
wobei die Zufuhröffnung oberhalb und die Ablaßöffnung
unterhalb der Oberfläche der flüssigen Glasschmelze
angeordnet ist.
Der Abzug für die gasförmigen, mit Staub beladenen
Reaktionsprodukte aus Verbrennung und Hochtemperatur
reaktionen des zugeführten Altglas-Schadstoff-Gemi
sches befindet sich an den Seiten- und/oder Stirnwän
den und/oder in der Decke des Schmelzreaktors, er
kann aus mehreren Öffnungen bestehen. Hinter dem Ab
zug ist eine Abluftreinigung angeordnet, die verhin
dert, daß staub- oder gasförmige Schadstoffe an die
Umgebung abgegeben werden. Die aufgefangenen Schad
stoffe werden in den Schmelzreaktor zurückgeführt.
Zur Beeinflussung der chemischen Reaktionen im
Schmelzreaktor sind im Boden und/oder in Seiten-
und/oder Stirnwänden mindestens zwei Düsen unterhalb
der Oberfläche der flüssigen Glasschmelze angeordnet.
Im Boden des Schmelzreaktors ist mindestens eine Öff
nung vorhanden, durch die flüssige Schwermetalle ab
gelassen werden. Der Boden des Schmelzreaktors ist
allseitig in Richtung des Schwermetallablasses
geneigt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausfüh
rungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei wird
sowohl das erfindungsgemäße Verfahren als auch die zu
seiner Durchführung geschaffene Vorrichtung beschrie
ben.
Die Figur zeigt einen Schnitt durch den erfindungs
gemäßen Schmelzreaktor.
Die nötigenfalls vorgetrockneten und zerkleinerten
schwermetallhaltigen Schadstoffe werden mit dem zer
kleinerten Altglas und dem in der Abluftreinigung
anfallenden schadstoffbehafteten Staub gemischt, wo
bei das Mischungsverhältnis (je nach Zusammensetzung
des Schadstoffes) zwischen dem Altglas und dem Schad
stoff 1 : 0,1 bis 1 : 4 betragen kann. Dieses Altglas-
Schadstoffgemisch 7 wird mittels bekannter Vorrich
tungen dem Schmelzreaktor 1 über Stirnwand- und/oder
Seitenwandöffnungen oberhalb der sich im Schmelzreak
tor 1 befindlichen Glasschmelze 8 zugeführt.
Im Schmelzreaktor 1 wird mittels fossiler Brennstoffe
eine Temperatur bis ca. 1500°C erzeugt, wodurch das
Altglas-Schadstoffgemisch 7 schmilzt und eine Hoch
temperaturreaktion ausgelöst wird.
Die Reaktionszeit und die Reaktionsparameter sind
dabei so bemessen, daß die Hochtemperaturreaktion
vollständig abläuft und die Schadstoffe eine silika
tische Bindung in der Glasschmelze eingehen.
Der in der Figur im Schnitt schematisch dargestellte
Schmelzreaktor 1 gliedert sich in einen Reaktionsteil
A, einen Läuterteil B und einen Konditionierungsteil
C.
Das Altglas-Schadstoff-Gemisch 7 gelangt durch den
Zulauf 1a in den Reaktionsteil A. Im Reaktionsteil A
werden durch im Boden 4 befindliche Düsen 3, deren
Mündungen sich innerhalb der Glasschmelze befinden
und deren Eintauchtiefe unterschiedlich sein kann,
Reaktionsmittel und/oder Katalysatoren der Glas
schmelze 8 zugeführt. Im Reaktionsteil A finden die
wesentlichen Reaktionen zur Glasbildung und zur Ab
scheidung von Schwermetallen statt.
Eine weitere Zufuhr von Reaktionsmitteln und/oder
Katalysatoren erfolgt zu Beginn des Läuterteiles B,
wobei je nach gewünschtem Effekt Mittel zur Beein
flussung der chemischen Reaktionen oder zur Beein
flussung der Läuterung der Glasschmelze eingesetzt
werden.
Im Boden 4 des Schmelzreaktors 1 ist mindestens ein
Schwermetallablaß 5 vorhanden, durch den die flüssi
gen Schwermetalle abgelassen werden. Der Boden 4 des
Schmelzreaktors 1 ist allseitig in Richtung des
Schwermetallablasses 5 geneigt.
Die sich aus der Glasschmelze 8 ausscheidenden
Schwermetalle sammeln sich durch das Gefälle des Re
aktorbodens 4 am Schwermetallablaß 5 und werden durch
diesen aus dem Schmelzreaktor 1 entfernt.
Die mit Schwermetallen angereichertge Glasschmelze 8
wird aus dem Konditionierungsteil c des Schmelzreak
tors durch den Überlauf 6 entfernt.
Eine Beheizung des Schmelzreaktors mit fossilen
Brennstoffen erfolgt über die Öffnungen 2, wobei sich
bei diesem Anwendungsbeispiel die Abzüge für Verbren
nungs- und Reaktionsprodukte in der gegenüberliegen
den Seitenwand befinden und die Beheizung und Vorwär
mung der Verbrennungsluft regenerativ stattfinden.
Die Erfindung leistet einen wesentlichen Beitrag zur
Gesundung der Umwelt, indem Schadstoffe nicht nur
effektiv beseitigt, sondern in weiterverarbeitbare
Stoffe umgewandelt und zusätzlich wertvolle Materia
lien zurückgewonnen werden. Die zur Verfahrensdurch
führung benötigte Energie kann ebenfalls aus Abfall
produkten, beispielsweise Altöl, erzeugt werden.
Claims (13)
1. Verfahren zur dauerhaften Immobilisierung
schwermetallhaltiger Schadstoffe und zur Rückge
winnung von Schwermetallen unter Verwendung ei
ner Glasschmelze,
dadurch gekennzeichnet,
daß Glas und schwermetallhaltige Schadstoffe ge mischt und zerkleinert einem Schmelzreaktor zu geführt werdenn
im Schmelzreaktor Temperaturen bis ca. 1500°C erzeugt werden,
das Gemisch aus Schadstoffen und Glas bei dieser Temperatur geschmolzen und einer Hochtemperatur reaktion unterzogen wird,
dem Schmelzreaktor Reaktionsmittel und/oder Ka talysatoren zur Steuerung der chemischen Reak tion zugeführt werden,
Schwermetalle in flüssiger Form durch einen Ab laß aus dem Prozeß kontinuierlich und/oder dis kontinuierlich entfernt werden und
die mit Schwermetallen angereicherte Glasschmel ze kontinuierlich durch einen Überlauf entfernt wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß Glas und schwermetallhaltige Schadstoffe ge mischt und zerkleinert einem Schmelzreaktor zu geführt werdenn
im Schmelzreaktor Temperaturen bis ca. 1500°C erzeugt werden,
das Gemisch aus Schadstoffen und Glas bei dieser Temperatur geschmolzen und einer Hochtemperatur reaktion unterzogen wird,
dem Schmelzreaktor Reaktionsmittel und/oder Ka talysatoren zur Steuerung der chemischen Reak tion zugeführt werden,
Schwermetalle in flüssiger Form durch einen Ab laß aus dem Prozeß kontinuierlich und/oder dis kontinuierlich entfernt werden und
die mit Schwermetallen angereicherte Glasschmel ze kontinuierlich durch einen Überlauf entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Masseverhältnis von Glas und
schwermetallhaltigen Schadstoffen im Bereich von
1 : 0,1 bis 1 : 4 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Glas Altglas verwendet
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die schwermetallhaltigen
Schadstoffe in Schlämmen und/oder Stäuben
und/oder Aschen und/oder Schlacken enthalten
sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Erzeugung der Temperatur im
Schmelzreaktor durch Verbrennung fossiler Brenn
stoffe erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß als fossiler Brennstoff Altöl verwendet
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Zuführung der Reaktionsmittel
und/oder Katalysatoren zur Steuerung der chemi
schen Reaktionen im Schmelzreaktor innerhalb der
Glasschmelze erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die bei dem Schmelzvorgang und der
Hochtemperaturreaktion entstehenden gasförmigen,
mit Staub beladenen Reaktionsprodukte einer Ab
luftreinigung zugeführt, die Schadstoffe weitge
hend entfernt und dem Schmelzreaktor erneut zu
geführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die aus der Glasschmelze erhaltene
Glasmasse einer weiteren Verwertung zugeführt
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die abgelassenen Schwermetalle einer
Verhüttung zugeführt werden.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 10, bestehend aus ei
nem geschlossenen Schmelzreaktor, der je eine
Öffnung für die Zufuhr des Gemisches oberhalb
und für den Überlauf unterhalb der Oberfläche
der flüssigen Glasschmelze besitzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Boden (4) und/oder in den Seiten-
und/oder Stirnwänden des Schmelzreaktors (1)
mindestens zwei Düsen (3) zur Einführung von
Reaktionsmitteln und/oder Katalysatoren in die
Glasschmelze (8) unterhalb der Oberfläche der
Glasschmelze (8) angeordnet sind und sich im
Boden (4) des Schmelzreaktors (1) mindestens ein
Schwermetallablaß (5) zum Ablassen der Schwerme
talle befindet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Boden (4) allseitig in Rich
tung des Schwermetallablasses (5) geneigt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schmelzreaktor (1) aus einem
Reaktionsteil (A), einem Läuterteil (B) und ei
nem Konditionierungsteil (C) besteht, wobei der
Reaktionsteil (A) und der Läuterteil (B) über
Öffnungen (2) direkt mit fossilen Brennstoffen
beheizt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924230062 DE4230062C2 (de) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | Verfahren und Vorrichtung zur Immobilisierung und Rückgewinnung von Schwermetallen |
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DE19924230062 DE4230062C2 (de) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | Verfahren und Vorrichtung zur Immobilisierung und Rückgewinnung von Schwermetallen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4230062A1 true DE4230062A1 (de) | 1994-03-10 |
DE4230062C2 DE4230062C2 (de) | 1998-07-16 |
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ID=6467539
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DE (1) | DE4230062C2 (de) |
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DE4230062C2 (de) | 1998-07-16 |
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