DE4442563A1 - Verfahren zur Behandlung und Verwertung von Bypass-Stäuben aus dem Zementherstellungsprozeß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung und Verwertung von Bypass-Stäuben aus dem Zementherstellungsprozeß, wobei der aus dem Zementherstellungsprozeß abgezogene Staub mit Alkalichloriden und -sulfaten angereichert ist.

Beim Brennen von Zementklinker in Anlagen nach dem Trockenverfahren, bestehend aus Wärmetauscher, Drehofen, Kühler und eventuell Calcinatorstufe, werden Alkalien, Schwefel und Chlor aus Brenngut und Brennstoff durch Zersetzung bzw. Verdampfung mobilisiert. Durch Rücktrag im Rauchgasstrom aus der Drehofensinterzone in kältere Anlagenbereiche, Akkumulation, Kondensation und Abscheidung in Form von Alkalichloriden und -sulfaten, vorzugsweise im unteren Wärmetauscherbereich, entstehen Salzschmelzen, die betriebsstörende Ansatzbildungen verursachen.

Stand der Technik ist das Betreiben eines Teilgasabzuges (Bypass), mit dessen Hilfe im Drehofen-Wärmetauscher-System eine Entlastung der Alkalikreisläufe erfolgt und Ansatzbildungen reduziert bzw. verhindert werden.

Der mittels Bypass-Technik dem System entzogene Staub ist teilweise hoch mit Alkalichloriden und -sulfaten angereichert. Für diesen Reststoff existiert bislang keine befriedigende Verwertungstechnologie.

DE-OS 34 07 154 sieht vor, das mit Staub und Schadstoffen beladene Bypass-Gas dem Zementklinker einzuleiten. Dadurch kann zwar das Ofensystem auf einem niedrigen Schadstoffniveau gehalten werden, das Endprodukt hingegen, oder ein Teil von ihm, erfährt keine Schadstoffreduzierung. Weitere Lösungsvorschläge, so DE-OS 33 26 935 oder DE-OS 29 52 711, basieren auf dem Gedanken, das heiße Bypass-Gas durch Zugabe eines kalten Feststoffes, z. B. Zementrohmehl, abzukühlen. Das aus einer Reaktionszone austretende Gemisch mit einer Temperatur von nur noch 500-600°C muß noch entstaubt und das nunmehr thermisch vorbehandelte, jedoch schadstoffreiche Material einer weiteren Verwendung zugeführt werden.

Andere Lösungen wie US-PS 4173487 beschäftigen sich damit, den aus der Entstaubung des Bypass-Gases erhaltenen, schadstoffangereicherten Staub in reduzierender Gasatmosphäre und unter Zusatz von Koks thermisch so zu behandeln, daß sich die Schadstoffe zum größten Teil verflüchtigen und anschließend bei hohen Temperaturen ein Teil des Staubes vom Gas zu trennen, der in das Ofensystem zurückgeführt werden kann.

Ein ähnlicher Gedanke wird in DE-OS 36 21 170 verfolgt, wonach der schadstoff­ angereicherte Staub unter Zugabe von Brennstoff in einer zirkulierenden Wirbelschicht so erhitzt wird, daß die Schadstoffe verdampfen und mit dem Abgas abgeführt werden.

Die beschriebenen Vorschläge erfordern nicht nur einen hohen apparativen Aufwand, sondern können scheitern, weil die hohen Alkali- und Chloridgehalte bei den notwendigen Temperaturen Ansätze bilden, die zu Verstopfungen oder Verklebungen führen.

Nach DE-OS 14 71 365 sollen sich die Alkaliverbindungen aus dem heißen Bypass-Abgas an gekühlten Sublimationskernen, z. B. Füllkörpern oder Sicromalstäben, niederschlagen. Auch hier sind störende Verklebungen und feste Ansätze zu erwarten, deren Beseitigung problematisch ist. Bekannt ist, den schadstoffangereicherten Bypass-Staub pelletisiert in einer Fließbettanlage oder in einem Drehofen extra zu brennen, gegebenenfalls zusammen mit zusätzlichem Rohmehl. Das Produkt ist aber ein stark alkalihaltiger Zementklinker mit eingeschränktem Anwendungsfeld.

Gemäß DD 2 74 022 wird das staubhaltige Bypass-Gas nach Kühlung auf zunächst ca. 800°C mittels Zyklon grobentstaubt. Das abgeschiedene Teil-Material enthält nur einen kleinen Teil der mit dem Bypass abgezogenen Schadstoffe. Da diese zusammen mit dem Grobstaub in das Ofensystem zurückgeführt werden, wird der Effekt der Schadstoff­ reduzierung geschmälert.

Ein Einsatz als Zumahlstoff bei der Zementvermahlung wird limitiert durch die normgemäße Begrenzung des Chloridgehalts im Fertigzement.

Für eine Deponieverbringung gelten die Kriterien für die Entsorgung von Sonderabfällen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Behandlung und Verwertung von mit Alkalichloriden und -sulfaten angereicherten Bypass-Stäuben zu entwickeln, das eine Auftrennung der in den Bypass-Stäuben enthaltenen Inhaltsstoffe sowie deren umweltfreundliche Verwertung ermöglicht.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.

Erfindungsgemäß wird der Bypass-Staub einer wäßrigen Extraktion unterworfen, wobei in zwei Extraktionsstufen, jeweils abgeschlossen durch eine Fest-Flüssig-Trennung über Filtration, aus dem Bypass-Staub die Chloride quantitativ und die leichtlöslichen Sulfatanteile bis zu ca. 80% abgetrennt werden.

Der extrahierte Staub wird nach Trocknung als Zumahlstoff bei der Zementmahlung eingesetzt. Er kann wahlweise auch dem Zementrohmehl zudosiert werden.

In der verbleibenden Sole I wird mit CaCl₂-Lösungszugabe erreicht, alle enthaltenen Alkalianteile chloridisch zu binden und Sulfat als schwerlösliches CaSO₄ · 2H₂O (Gips) auszufällen. Die Menge an zuzugebendem CaCl₂ orientiert sich an den jeweils vorliegenden Konzentrationsverhältnissen an K, Na, S und Cl in der Sole.

Der ausgefällte Gipsanteil wird nach Wäsche und Filtration getrocknet. Das dabei entstehende Halbhydrat CaSO₄ · 0,5 H₂O (Bassanit) dient als Abbinderegler im Zement. Die sulfat- und chloridhaltige Restsole (Sole II) wird einer fraktionierten Kristallisation unterworfen. Das als erste Fraktion anfallende Mischkristallisat, Sulfate und Chloride enthaltend, wird in die 1. Extraktionsstufe rückgeführt. Die Endfraktionen stellen reine Alkalichloride, vorzugsweise KCl dar, die Verwendung in anderen Industriezweigen (z. B. Düngemittelindustrie, Al-Metallurgie) finden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Inhaltsstoffe der mit Alkalichloriden und -sulfaten angereicherten Bypass-Stäube in ihre einzelnen Bestandteile aufgetrennt werden und somit einer umweltfreundlichen Verwertung zugeführt werden können.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

In dem nachfolgenden Fließschema ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung und Verwertung der aus dem Zementherstellungsprozeß abgeschiedenen Bypass-Stäube, die einen hohem Anteil an Alkalichloriden und -sulfaten aufweisen, dargestellt.

Der Bypass-Staub wird mittels eines wäßrigen Mediums einer ersten Extraktion mit einer Fest-Flüssig-Trennung unterworfen. Die dabei entstandenen Feststoffe werden unter Zugabe von Frischwasser einer zweiten Extraktion zugeführt. Die abgeschiedenen Feststoffe werden anschließend getrocknet und der gereinigte Bypass-Staub wird als Zementzumahlstoff oder als Rohmehlkomponente beim Zementherstellungsprozeß verwendet.

Die in der zweiten Extraktion abgetrennte Waschlösung wird der ersten Extraktion als wäßriges Medium zugeführt.

Der bei der ersten Extraktion entstandenen Sole wird eine Calciumchloridlösung zugeführt. Die Menge der zugegebenden Calciumchloridlösung ist abhängig von den in der Sole vorliegenden Konzentrationsverhältnissen an K, Na, S, und Cl. Es wird eine solche Menge an Calciumchloridlösung zugegeben, das ein stöchiometrisches Verhältnis der Alkali- und Chloridkonzentration sowie der Calcium- und Sulfatkonzentrationen entsteht. Das bei der anschließenden Filtration entstandene CaSO₄ · 2H₂O (Gips) wird zu CaSO₄ · 0,5H₂O (Bassanit) getrocknet, der als Abbinderegler der Zementvermahlung zugeführt wird.

Die bei der Filtration entstandene Sole wird einer fraktionierten Kristallisation unterworfen.

Die in der ersten Fraktion anfallenden Mischkristallisate, die Sulfate und Chloride enthalten, werden der ersten Extraktion zugeführt. Die in der Endfraktion entstehenden Alkalichloride werden in anderen Industriezweigen z. B. in der Düngemittelindustrie oder in der Aluminiummetallurgie verwendet.

In Fällen, in denen hohe Anteile an Ca-Ionen aus der partiellen Lösung von Freikalk (CaO) bzw. Klinkerphasen in die Extraktionssole gelangen, kann durch Zugabe von CO₂ mittels Abgasverwendung aus einer Zementofenlinie in die 1. Extraktionsstufe eine Ausfällung des Calciums als Calciumcarbonat CaCO₃ erfolgen.

Das Fällungsprodukt wird Inhaltsstoff des abgereinigten Bypass-Staubs, der in den Zementherstellungsprozeß als Zumahlstoff oder Rohmehlkomponente zurückgeführt wird.

Claims (5)

1. Verfahren zur Behandlung und Verwertung von Bypass-Stäuben aus dem Zement­ herstellungsprozeß, wobei der aus dem Zementherstellungsprozeß abgezogene Staub mit Alkalichloriden und -sulfaten angereichert ist, gekennzeichnet dadurch, daß

• a) der Bypass-Staub mittels eines wäßrigen Mediums einer ersten Extraktion mit einer Fest- Flüssig-Trennung unterworfen wird,
• b) die dabei entstandenen Feststoffe unter Zugabe von Frischwasser einer zweiten Extraktion unterworfen und die Feststoffe anschließend getrocknet werden,
• c) der bei der ersten Extraktion entstandenen Sole eine Calciumchloridlösung zugeführt wird, wobei die Menge der zugegebenen Calciumchloridlösung derart abhängig von den in der Sole vorliegenden Konzentrationsverhältnissen an K, Na, S, und Cl ist, das ein stöchiometrisches Verhältnis der Alkali-, und Chloridkonzentration sowie der Calcium- und Sulfatkonzentrationen eingestellt wird, und daß das bei der Filtration entstandene CaSO₄ · 2H₂O (Gips) zu CaSO₄ · 0,5H₂O (Bassanit) getrocknet und die bei der Filtration entstandene Sole einer fraktionierten Kristallisation unterworfen wird,
• d) die getrockneten Feststoffe der zweiten Extraktion und der abgeschiedene Bassanit als Abbinderegler der Zementvermahlung zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die in der zweiten Extraktion abgetrennte Waschlösung der ersten Extraktion als wäßriges Medium zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die in der fraktionierten Kristallisation in der ersten Fraktion anfallenden Mischkristallisate, die Sulfate und Chloride enthalten, der ersten Extinktion zugeführt werden, und daß die in der Endfraktion entstehenden Alkalichloride z. B. in der Düngemittelindustrie oder in der Aluminium­ metallurgie verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die getrockneten Feststoffe der zweiten Extraktion dem Zementherstellungsprozeß als Rohmehlkomponente zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der ersten Extraktionsstufe bei hohen Anteilen löslicher an Ca-Ionen CO₂-haltiges Abgas einer Zementofenlinie zugeführt wird und das dabei entstehende CaCO₃ als Rohmehlkomponente dem Zementherstellungsprozeß zugeführt wird.