DE4311545B4

DE4311545B4 - Verfahren zur Herstellung von Ziegeln, Versatz für Ziegel und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE4311545B4
Application number: DE4311545A
Authority: DE
Inventors: Scott W Frame
Original assignee: Frame Scott W Anniston
Current assignee: Frame Scott W Anniston
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: GB9307115D0; FR2689881B1; US5278111A; CA2093615A1; DE4311545A1; KR100223719B1; KR930021567A; GB2265897B; JP3405758B2; JPH0648817A; CA2093615C; GB2265897A; BR9301502A; FR2689881A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Ziegeln, die Lichtbogenofenstaub enthalten, der in einem Lichtbogenofen produziert ist, der verwendet wird, um Altmetall in einem Stahlherstellungsprozeß zu schmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub aus dem elektrischen Lichtbogenofen durch Erhitzen des Staubs auf eine Temperatur von 1040°C oder mehr kalziniert wird, um die Schüttdichte des Staubes wesentlich zu erhöhen und kalzinierten Lichtbogenofenstaub zu bilden; der kalzinierte Staub mit einem Ziegelrohmaterial vermischt wird, um eine Mischung zu bilden, die den kalzinierten Staub in einer Menge bis zu 60 Gew.-% umfaßt; die Mischung zu Ziegeln ausgeformt wird und die ausgeformten Ziegel bei einer Temperatur zwischen 900° und 1370°C gebrannt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ziegeln, einen Versatz für Ziegel und dessen Verwendung.
Lichtbogenofen(EAF)-Staub ist der Staub, der sich in einem Lichtbogenofen zum Schmelzen von Altmetall in einem Stahlherstellungsverfahren ansammelt. EAF-Staub wird von der Environmental Protection Agency als gefährlicher Müll klassifiziert und mit der Identifikation K061 bezeichnet. EAF-Staub besitzt einen hohen Schwermetallgehalt, insbesondere Blei, der der Hauptgrund dafür ist, daß er als gefährliches Material klassifiziert wird.
Die Tabellen I und II unten zeigen die chemische Analyse von EAF-Staub, der über einen viermonatigen Zeitraum bei der Herstellung von Kohlenstoffstahl (Tabelle I) und rostfreiem Stahl (II) angefallen ist.
TABELLE I
Kohlenstoffstahl
TABELLE II
Rostfreier Stahl
Die Tabellen III und IV zeigen Gewichtsteile verschiedener Komponenten, die in dem Auszug derselben Kohlenstoffstahlproben, die in Tabelle I gezeigt sind, und dem Auszug derselben rostfreien Stahlproben, die in Tabelle II dargestellt sind, gefunden wurden. In den Tabellen III und IV ist sechswertiges Chrom als Cr(6) angegeben.
TABELLE III
Kohlenstoff-Auszug (mg/l)
TABELLE IV
Rostfrei-Auszug (mg/l)
Die Tabellen III und IV zeigen, daß eine signifikante Menge Blei und andere Metalle im Staub zum Herauswaschen neigen. Aus diesem Grund kann EAF-Staub nicht zur Entsorgung im Boden vergraben werden. Stattdessen erfordern einige gegenwärtige Verfahren das Kombinieren des Staubs mit einem Schwerstahlmaterial, um ein Abfallprodukt zu bilden, das nicht auswaschen wird. Das Beseitigen von EAF-Staub auf diese Art und Weise ist ein teures Ver fahren. EAF-Staub stellt außerdem wegen der Schwermetallverschmutzung durch Rauch in der Luft ein Gesundheitsrisiko dar.
In einem typischen Stahlherstellungsverfahren wird EAF-Staub in Mengen von zwischen etwa 0,7 und 1,6 % produziert, bezogen auf die Gesamtmenge an produziertem Stahl. Es besteht ein Bedürfnis nach einem Verfahren zur Entsorgung von Schwermetallstaub, das sowohl preiswert als auch sicher ist.

Die japanische Veröffentlichung Nr. 53-127511 offenbart ein Verfahren zur Verwendung von EAF-Staub bei der Herstellung von Ziegeln. Der Staub wird mit einem Ziegelrohmaterial vermischt, zu Ziegeln ausgeformt und gebrannt, wodurch der gefährliche Staub in die Ziegel eingebaut wird. Gemäß der japanischen Veröffentlichung werden verdampfte und wiederkondensierte Metalle, die während des Ziegelbrennverfahrens produziert werden, in einer Schlauchkammer auf dem Ofenabzug gesammelt.

Gemäß der japanischen Veröffentlichung wird roher EAF-Staub in Mengen von 30 bis 50 Gew.-% zu einer normalen Tonziegelmischung zugegeben und in einem Tunnelofen bei zwischen 630 und 830°C auf normale Art und Weise gebrannt. Verdampfte und wiederkondensierte Schwermetalle werden in einer Schlauchkammer auf dem Ofenabzug gesammelt. Beim Nacharbeiten des in der japanischen Veröffentlichung gelehrten Verfahrens wurde EAF-Staub in einer Menge von 40 Gew.-% zu einem normalen Ziegelkörper zugegeben und in einer zu der beschriebenen ähnlichen Art und Weise gebrannt. Die resultierenden Ziegel waren sehr bröckelig und zeigten Druckfestigkeiten die im Mittel bei nur 47,6 bar (690 psi) lagen. Tabelle V zeigt die Ergebnisse des Druckfestigkeitstests an fünf Proben, die gemäß dem Verfahren hergestellt worden waren. Die Ziegel wurden senkrecht zu den Schichten getestet. ASTM-eingestufte Ziegel in den Vereinigten Staaten müssen eine minimale zulässige Druckfestigkeit von 103,5 bar (1500 psi) besitzen. Somit versagte das Nacharbeiten des japanischen Verfahrens darin, einen für US-Standard genügend festen Ziegel herzustellen. Außerdem wird er wartet, daß eine signifikante Menge an Schwermetallen aus diesen schwachen Ziegeln herauswaschen könnte.

TABELLE V

40 Gew.-% roher EAF-Staub

Aus der DE 3713482 A1 ist ein Verfahren zum Beseitigen von in Müllverbrennungsanlagen entstehenden schwermetallhaltigen Rückständen bekannt, wobei ein Ziegel aus einer Mischung aus Ton und Zuschlagstoffen gebrannt wird, so daß giftige Schwermetallrückstände von Müllverbrennungsanlagen als Zuschlagstoffe fein verteilt in dem Ton keramisch eingebunden werden.

Die DE 2611213 C3 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Ziegeln aus einer Mischung, in die ein aus insbesondere Steinkohlenkraftwerken stammender Flugstaub eingesetzt wird. Aus der DE 3414399 A1 ist ein Verfahren zur Entsorgung metallurgischer Industrien von eisenhaltigen, staub- oder schlammförmigen Abgängen bekannt, wobei ein Gemenge hergestellt wird, das zu Ziegel verarbeitet wird.

Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren zum Einarbeiten von EAF-Staub in ein rohes Ziegelmaterial und zur Herstellung eines Ziegels zur Verfügung zu stellen, der eine hohe Druckfestigkeit und keine signifikante Auswaschung von Schwermetallen zeigt.

Ferner soll ein Versatz (Mischung der Ausgangsstoffe) für Ziegel bereitgestellt werden.

Die vorliegende Erfindung überwindet die im Stand der Technik auftretenden Probleme, indem sie ein Verfahren zur Verfügung stellt, in dem Lichtbogenofenstaub zunächst zur Kalzinierung erhitzt und anschließend mit einem Ziegelrohmaterial, wie etwa einer normalen Ton- und/oder Schiefermischung, vor dem Ausformen des Materials zu Ziegeln und dem Brennen vermischt wird. Die Vorkalzinierung des EAF-Staubs erhöht in großem Maße die Schüttdichte des Staubs und liefert einen Ziegel mit einer sehr viel höheren Druckfestigkeit, verglichen mit dem Einarbeiten von Rohstaub gemäß dem Verfahren der oben erwähnten japanischen Veröffentlichung. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden verdampfte und wiederkondensierte Schwermetalle, die während des Kalzinierungsverfahrens produziert werden, gesammelt und gereinigt. Als ein Ergebnis der Sammlung des verdampften Schwermetallstaubs während des Kalzinierungsverfahrens werden während des Ziegelbrennverfahrens im wesentlichen keine Schwermetalle verdampft. Daher können die heißen Gase, die während des Ziegelbrennverfahrens vorhanden sind und produziert werden, für andere Heizzwecke während des Ziegelherstellungsverfahrens verwendet werden, ohne die Notwendigkeit eines Gasreinigungsschrittes, um verdampfte Bestandteile zu entfernen.

Erfindungsgemäß hergestellte Ziegel zeigen sehr hohe Druckfestigkeit und keine signifikante Auswaschung von Schwermetallen. Das Verfahren stellt eine sichere und preiswerte Methode zur Bildung harmloser Produkte aus einem gefährlichen Abfallmaterial zur Verfügung.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das die Schritte umfaßt, daß Lichtbogenofenstaub bei einer Temperatur von 1040°C oder höher kalziniert wird, der kalzinierte Staub mit einem Ziegelrohmaterial vermischt wird, um eine Mischung zu bilden, die bis zu 60 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-% kalzinierten Staub umfaßt, die Mischung zu Ziegeln ausgeformt wird und die Ziegel bei einer Temperatur zwischen 900° und 1370°C gebrannt werden.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Halogen oder Reduktionsmittel in einer Menge bis zu 20 Gew.-% zum Lichtbogenofenstaub vor der Kalzinierung zugesetzt. Das Halogen oder Reduktionsmittel vermischt sich chemisch mit den Schwermetallen, insbesondere Blei, um neue Metallverbindungen zu bilden. So werden Bleiverbindungen gebildet, die niedrigere Verdampfungstemperaturen besitzen, was es ermöglicht, daß Blei nahezu vollständig durch Erhitzen auf niedrige Temperaturen aus dem Ziegelendprodukt entfernt werden kann.

Die Erfindung liefert ferner einen Versatz für einen Ziegel, gekennzeichnet durch 40 bis 80 Gew.-% eines Ziegelrohmaterials und 20-60 Gew.-% eines Lichtbogenofenstaubs, der bei einer Temperatur von 1040°C oder mehr vorkalziniert worden ist und eine Schüttdichte von wenigstens 2071,4 kg/m³ aufweist. Bevorzugt weist der Lichtbogenofenstaub eine Schüttdichte auf, die wenigstens viermal größer ist als die Schüttdichte des Staubs vor der Kalzinierung.

Schließlich wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Versatzes zur Herstellung von Ziegeln ermöglicht, wobei bevorzugt Ziegel hergestellt werden, die eine Druckfestigkeit von wenigstens 103,5 bar und eine Auswaschrate von 0,2 mg/l oder weniger aufweisen.

Die Erfindung wird man vollständiger unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verstehen, in denen:

1 ein Flußdiagramm ist, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Ziegeln zeigt; und

2 ein Diagramm ist, das die prozentuale Gewichtsveränderung gegen die Temperatur einer EAF-Staubprobe während der Kalzinierung zeigt.

Die vorliegende Erfindung verwendet Lichtbogenofenstaub als ein Zusatzstoff für ein Ziegelherstellungsverfahren. Der EAF-Staub wird zunächst kalziniert, indem er auf eine Temperatur von 1040°C oder höher erhitzt und dann mit einem Ziegelrohmaterial, wie etwa einer normalen Ton- und/oder Schiefermischung, vermischt wird. Die Mischung kann bis zu 60 Gew.-% kalzinierten EAF-Staub enthalten. Vorzugsweise ist das Ziegelrohmaterial in einer Menge zwischen 40 und 80 Gew.-% vorhanden. Das Rohmaterial, das den kalzinierten EAF-Staub einschließt, wird dann im wesentlichen standardmäßig weiterverarbeitet. Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Ziegeln gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt. In dem in 1 dargestellten Verfahren wird der EAF-Staub mit einem Reduktionsmittel vermischt und kalziniert. Das Abgas aus der Kalzinierung wird dann durch ein Verunreinigungskontroll- und -rückgewinnungsverfahren geschickt. Nachdem der kalzinierte Staub mit Schiefer im Brecher vermischt ist, läuft der Rest des Ziegelherstellungsverfahrens standardmäßig ab, wie in dem mit gestrichelten Linien eingerahmten Bereich in 1 dargestellt ist. Die resultierenden Ziegel durchlaufen alle ASTM-Druck- und -Absorptionstests und alle EPA-Auszugtests, einschließlich EP-Toxizität und TCLP.
In einer bevozugten Ausführungsform wird ein indirekt befeuerter Drehkalzinierofen verwendet. Durch Vorkalzinieren des EAF-Staubs kommen die Verbrennungsprodukte nicht in Kontakt mit dem Ziegelrohmaterial, sondern werden stattdessen, wie oben diskutiert, abgekühlt, was es ermöglicht, daß die Schwermetalle im Verbrennungsprodukt in Teilchenform kondensieren.
Der EAF-Staub wird bei einer Temperatur von 1040°C oder höher kalziniert, um die Schüttdichte des Staubs wesentlich zu erhöhen und einen kalzinierten EAF-Staub herzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Staub bei einer Temperatur von 1120°C oder höher kalziniert. Temperaturen von mehr als 1260°C sind nicht notwendig, da eine nahezu vollständige Kalzinierung des Staubs bei einer Temperatur zwischen 1175° und 1205°C eintritt.
Während des Kalzinierungsverfahrens des EAF-Staubs werden Verbrennungsprodukte und verdampfte Schwermetalle auf 200°C abgekühlt. Bei oder oberhalb dieser Temperatur kondensieren die Schwermetalle in Teilchenform, die leicht in einer Schlauchkammer abgefangen wird. Die abgefangenen Schwermetalle und Oxide derselben werden einer sekundären Metallreinigung zur Weiterverarbeitung zu verwendbaren Elementen, wie etwa Blei für Autobatterien, zugeführt.
Nachdem der kalzinierte Staub mit Standard-Ziegelrohmaterial vermischt ist, wird die Mischung dann zu Ziegeln ausgeformt und bei einer Temperatur zwischen 900° und 1370°C für einen Zeitraum von 6 bis 48 Stunden gebrannt, primär in Abhängigkeit vom verwendeten Ziegelrohmaterial und dem verwendeten Ofen. Ein bevorzugter Temperaturbereich zum Brennen der Ziegel liegt bei 980 bis 1110°C. Ein bevorzugterer Brennzeitraum dauert wenigstens 8 Stunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß Vorkalzinierung des EAF-Staubs vor seiner Zugabe zu einem Ziegelrohmaterial beim Brennen Ziegel produziert, die zahlreiche signifikante Vorteile zeigen. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für eine unter Umweltgesichtspunkten sichere und wirtschaftliche Methode zum Recycling eines gefährlichen Abfallmaterials zur Verfügung, von dem jährlich in den Vereinigten Staaten über 800.000 Tonnen produziert werden. Das Verfahren schont auch natürliche Resourcen, indem es Ton- und Schieferrohmaterialien durch ansonsten nutzlosen EAF-Staub ersetzt. Die vorliegende Erfindung verbessert auch die Qualität von hergestellten Ziegeln, indem die Dichte des Ziegels erhöht wird. Einzigartige und wünschenswerte Farben können gemäß der Erfindung ebenfalls erreicht werden, die im wesentlichen durch den ganzen Ziegelkörper gleichförmig verteilt sind, und nicht nur an der Oberfläche. In einer oxidierenden Atmosphäre können Zie gel produziert werden, die eine goldbraune Farbe besitzen. In einer reduzierenden Atmosphäre können Ziegel mit einer dunklen, schokoladenbraunen Farbe produziert werden.
Die Ziegel gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllen ASTM-Anforderungen für Druckfestigkeit, Kalt- und Siedewasserabsorption und Sättigungskoeffizient. Wie man in den Tabellen VIa bis VId sehen kann, zeigen erfindungsgemäß hergestellte Ziegel, die 30 bis 60 Gew.-% kalzinierten EAF-Staub enthalten, hervorragende Festigkeits- und Absorptionseigenschaften.
TABELLE VIa
30 Gew.-% kalzinierter EAF-Staub
TABELLE VIb
40 Gew.-% kalzinierter EAF-Staub
TABELLE VIc
50 Gew.-% kalzinierter EAF-Staub
TABELLE VId
60 Gew.-% kalzinierter EAF-Staub
Thermogravimetrische Analyse (TGA) und Laborofenkalzinierungstests, dargestellt in 2 und Tabelle VII, zeigen, daß beim Erhitzen bis 1120°C EAF-Stäube etwa 17 % ihres Gewichts verlieren. Der Staub schrumpft auch und agglomeriert so, daß seine Schüttdichte um einen Faktor von mehr als 4 ansteigt. Das Schrumpfen des EAF-Staubs ist verantwortlich für die hohe Prozentzahl an Hohlräumen und die extrem niedrige Druckfestigkeit im Ziegel, der gemäß dem Verfahren der oben erwähnten japanischen Veröffentlichung hergestellt ist. Zwei Proben, die rohen EAF-Staub umfassen, wurden in Tontiegel gegeben (3,0 cm (1,2 Inch) Probentiefe). Die Tiegel wurden in einen vorgeheizten elektrischen Ofen gegeben, der auf 1121°C (2050°F) eingestellt war. Ein Tiegel wurde nach 0,5 h und der andere nach 1,0 h entnommen. Das Pulver zeigte beträchtliche Schrumpfung und war zu kleinen Kegeln halb verschmolzen. Die resultierenden Eigenschaften des Staubs sind in Tabelle VII unten dargestellt.
TABELLE VII
Wie man sehen kann, stieg die Schüttdichte um einen Faktor von mehr als 4 in der 1,0 h-Probe. Obgleich die Proben zu Kegeln agglomeriert waren, konnten sie unter Stoßen noch zerbrochen werden. Das gesamte Pulver würde durch ein 0,105 mm (140 Mesh)-Sieb gehen. Der Schüttwinkel betrug etwa 35°. Kalzinierungszeiten lagen im allgemeinen im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 1 Stunde. Vorzugsweise wird eine Kalzinierungszeit von etwa 0,5 Stunde verwendet.
Der Gewichtsverlust wird dem Verlust an freiem Wasser zwischen 25° und 240°C, der Kohlenstoffoxidation zwischen 240° und 440°C und dem ZnCO₃-Verlust zwischen 540° und 850°C zugeschrieben. Der Gewichtsverlust zwischen 920° und 1120°C ist unbekannt, aber man glaubt, daß er von verdampften Bleiverbindungen stammt.
Blei ist die vorherrschende Schwermetallverunreinigung in EAF-Staub. Elementares Blei siedet bei 1751 °C und Bleioxid (PbO) siedet bei etwa 1472°C. Diese Temperaturen sind sehr viel höher als die typischen Brenntemperaturen für Ziegel bei 1100°C. Blei in dem Ziegel, der nach dem in der oben diskutierten japanischen Veröffentlichung dargestellten Verfahren hergestellt wird, verbleibt im Ziegelprodukt und kann bei Gebrauch möglicherweise auswaschen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Blei im EAF-Staub bei niedrigen Temperaturen von ungefähr 1100°C verdampft. Unter manchen Bedingungen kann das Blei nahezu vollständig bei diesen niedrigen Temperaturen aus dem Ziegelendprodukt entfernt werden. Um das Blei bei diesen und sogar noch niedrigeren Temperaturen zu verdampfen, wie etwa 1040°C, werden geringe Mengen an Reduktionsmitteln oder Halogenen zum Blei zugesetzt, um niedriger siedende Bleiverbindungen, z.B. Bleichlorid, herzustellen. Nur eine sehr geringe Menge an Reduktionsmittel oder Halogen ist notwendig, um diese neuen niedriger siedenden Bleiverbindungen herzustellen. Gemäß einer Ausführungsform werden bis zu 6 Gew.-% Halogen vor dem Kalzinieren zum Staub zugesetzt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Reduktionsmittel in einer Menge bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Lichtbogenofenstaubs, vor der Kalzinierung des Staubs zugesetzt. Das Reduktionsmittel ist vorzugsweise ein Abfallmaterial oder ein anderes billiges Material, das selbst Schwermetalle enthalten kann. Ein Beispiel ist Abfalldrahtisolierung, die, wie EAF-Staub, teuer entsorgt werden muß. Andere Reduktionsmittel, die verwendet werden können, schließen Kohle, Koks, Sägemehl und Abfallöle ein, sind aber nicht hierauf beschränkt. Bereits so wenig wie 1 % Reduktionsmittel hat eine signifikante Wirkung auf die Verdampfung von Blei auf dem EAF-Staub. Tatsächlich liefert die Zugabe von 1 % Kohle, wie in Tabelle VIII unten dargestellt, sogar noch bessere Ergebnisse als die Zugabe von 2 oder 4 % Kohle. Durch Zugabe von 1 % Kohle zum EAF-Staub nimmt der Gewichtsprozentanteil Blei im Staub dramatisch von 7,408 Gew.-% auf nur 0,802 Gew.-% ab. Praktisch kein Reduktionsmittel verbleibt im endgültigen Ziegel.
TABELLE VIII

	GEW.-% Pb
Roher Lichtbogenofen(EAF)-Staub	7,408
EAF-Staub, kalziniert mit 1 % NaCl	0,915
EAF-Staub, kalziniert mit 2 % NaCl	0,565
EAF-Staub, kalziniert mit 4 % NaCl	0,658
EAF-Staub, kalziniert mit 1 % Kohle	0,802

EAF-Staub, kalziniert mit 2 % Kohle	1,064
EAF-Staub, kalziniert mit 4 % Kohle	1,154

Jedes der Halogene kann zugegeben werden, um eine ähnliche Wirkung wie diejenige der Reduktionsmittel zu erzeugen. Bevorzugte Halogene sind die preiswertesten, z.B. Chlor aus Natriumchlorid. Wie in Tabelle VIII dargestellt, ergibt die Zugabe von 2 Gew.-% Natriumchlorid, bezogen auf die Gesamtmenge an rohem Lichtbogenofenstaub, die größte Reduktion im Gesamtblei im kalzinierten Produkt, genauer gesagt eine 92,4%ige Reduktion. Abhängig von der Zusammensetzung des Halogen enthaltenden Zusatzes sind Mengen zwischen 1 und 6 Gew.-% bevorzugt. Nur eine Spurenmenge des Halogens verbleibt im endgültigen Ziegel.
Während der Bereich der Kalzinierungstemperaturen zwischen 1037° und 1120°C bevorzugt ist, ist festgestellt worden, daß EAF-Staub, der größere Mengen an Calcium enthält, den höheren Bereich dieser Temperaturen erforderlich macht.
Erfindungsgemäß hergestellte Ziegel zeigen auch minimales Auswaschen von Schwermetallen. Der Ziegel erfüllt ohne weiteres TCLP-Anforderungen für Auswaschung. In einem Beispiel wurde ein EAF-Staub, dem 4 % Kohle zugesetzt wurde, bei etwa 1120°C kalziniert. Das Kalzinationsprodukt wurde zerbrochen und gemäß dem gut bekannten TCLP-Test der EPA auf Auswaschung getestet. Nur 0,18 mg Blei pro Liter wurden aus dem reduzierten Kalzinationsprodukt ausgewaschen. Es wird erwartet, daß Auswaschraten von 0,2 % oder weniger bei allen Kalzinierungsprodukten, die erfindungsgemäß hergestellt werden, möglich sind. Die maximal zulässige Auswaschrate in den Vereinigten Staaten ist 5,0 mg/l.
Das niedrige Auswaschniveau stellt klare Betriebsvorteile für die Ziegelherstellung bereit, indem das Kalzinationsprodukt ohne Risiko, daß es in die Umwelt auswäscht, gelagert werden kann. Während der EAF-Staub gelagert werden kann, können andere nicht-EAF-Staub-Ziegel in der Anlage hergestellt werden. Der Stand der Technik andererseits erfordert, daß der Staub direkt in das Ziegelrohmaterial eingebracht wird und nicht gelagert wird, was die Produktion anderer Arten von Ziegeln in der Anlage einschränkt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Ziegel zeigen Druckfestigkeiten und Auswascheigenschaften, die alle Anforderungen der Environmental Protection Agency erfüllen. Das Verfahren nutzt ein ansonsten gefährliches Abfallmaterial, während es gleichzeitig natürliche Ressourcen schont.
Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen und den beiliegenden Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Ziegeln, die Lichtbogenofenstaub enthalten, der in einem Lichtbogenofen produziert ist, der verwendet wird, um Altmetall in einem Stahlherstellungsprozeß zu schmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub aus dem elektrischen Lichtbogenofen durch Erhitzen des Staubs auf eine Temperatur von 1040°C oder mehr kalziniert wird, um die Schüttdichte des Staubes wesentlich zu erhöhen und kalzinierten Lichtbogenofenstaub zu bilden; der kalzinierte Staub mit einem Ziegelrohmaterial vermischt wird, um eine Mischung zu bilden, die den kalzinierten Staub in einer Menge bis zu 60 Gew.-% umfaßt; die Mischung zu Ziegeln ausgeformt wird und die ausgeformten Ziegel bei einer Temperatur zwischen 900° und 1370°C gebrannt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 20 bis 60 Gew.-% des kalzinierten Staubs umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenofenstaub bei einer Temperatur bis zu 1260°C kalziniert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenofenstaub bei einer Temperatur von 1120°C oder mehr kalziniert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenofenstaub bei einer Temperatur zwischen 1175° und 1205°C kalziniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß dem Lichtbogenofenstaub wenigstens ein Reduktionsmittel in einer Menge bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Lichtbogenofenstaubs, vor der Kalzinierung des Staubs zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kohle, Koks, Sägemehl, Abfallölen und Abfalldrahtisolierung besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel Kohle ist, die in einer Menge von 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Lichtbogenofenstaubs, vor der Kalzinierung des Staubs zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter dadurch gekennzeichnet, daß dem Lichtbogenofenstaub wenigstens ein Halogen in einer Menge bis zu 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Lichtbogenofenstaubs, vor der Kalzinierung des Staubs zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogen Chlor ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Chlor in einer Menge von 2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Lichtbogenofenstaubs, zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttdichte des kalzinierten Lichtbogenofenstaubs wenigstens 2071,4 kg/m³ (129,3 pounds pro cubic foot) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttdichte des kalzinierten Lichtbogenofenstaubs wenigstens 2234,8 kg/m³ (139,5 pounds pro cubic foot) beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttdichte des kalzinierten Lichtbogenofenstaubs wenigstens viermal größer ist als die Schüttdichte des Staubs vor der Kalzinierung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziegel bei einer Temperatur zwischen 980° und 1100°C gebrannt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Staub für wenigstens 0,5 Stunden kalziniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziegel für einen Zeitraum von wenigstens 8 Stunden gebrannt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß während des Erhitzungsschritts Gas, das zur Erhitzung des Staubs dient, nicht mit dem Staub in Kontakt kommt und daß in einem anschließenden Schritt das erhitzte Gas für weitere Heizzwecke rückgeführt wird, wobei der Rückführungsschritt im wesentlichen keinen Gasreinigungsschritt umfaßt.
Versatz für einen Ziegel, gekennzeichnet durch 40 bis 80 Gew.-% eines Ziegelrohmaterials und 20-60 Gew.-% eines Lichtbogenofenstaubs, der bei einer Temperatur von 1040°C oder mehr vorkalziniert worden ist und eine Schüttdichte von wenigstens 2071,4 kg/m³ (129,3 pounds pro cubic foot) aufweist.
Versatz nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenofenstaub eine Schüttdichte aufweist, die wenigstens viermal größer ist als die Schüttdichte des Staubs vor der Kalzinierung.
Versatz nach Anspruch 19 oder 20, weiter gekennzeichnet durch wenigstens ein Halogen in einer Spurenmenge.
Verwendung des Versatzes nach einem der Ansprüche 19 bis 21 zur Herstellung von Ziegeln.
Verwendung des Versatzes nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziegel eine Druckfestigkeit von wenigstens 103,5 bar (1500 psi) aufweist.
Verwendung des Versatzes nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziegel eine Auswaschrate von 0,2 mg/l oder weniger aufweist.