WO1996019416A1 - Process and device for the thermal treatment of mineral granules - Google Patents

Process and device for the thermal treatment of mineral granules Download PDF

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WO1996019416A1
WO1996019416A1 PCT/EP1995/005045 EP9505045W WO9619416A1 WO 1996019416 A1 WO1996019416 A1 WO 1996019416A1 EP 9505045 W EP9505045 W EP 9505045W WO 9619416 A1 WO9619416 A1 WO 9619416A1
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granules
furnace
temperature
granulate
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PCT/EP1995/005045
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Wolfgang Mueller
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Sandoz Ltd.
Sandoz-Patent-Gmbh
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02Treatment
    • C04B20/04Heat treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/02Agglomerated materials, e.g. artificial aggregates
    • C04B18/023Fired or melted materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02Treatment
    • C04B20/04Heat treatment
    • C04B20/06Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • EP 134.584 describes a method and device which is suitable for the thermal treatment of granules from sludges.
  • this method is based on countercurrent heating with hot gas, which on the one hand leads to turbulence and thus to an increased risk of the molten particles sticking, and on the other hand to the production of large amounts of exhaust gases.
  • the invention thus relates to a process for the thermal treatment of mineral granules, characterized in that the granules are heated in a continuous furnace and are cooled again after leaving the furnace.
  • An essential aspect of this method is that the granulate lies in a single-layer particle layer on a base which is to avoid caking or is coated with a suitable agent for this purpose.
  • the method according to the invention can be explained as follows:
  • the material to be treated which is added to the furnace in the form of granules with a grain size of less than 20 mm, passes through it in a specifically selected throughput time.
  • the lead time is determined by the following factors: furnace length; Treadmill speed; Granular shape and size.
  • the product is slowly and evenly melted and vitrified. This gives it the desired closed surface and fine-pored internal structure.
  • the product properties can be influenced favorably by means of a controlled temperature profile along the direction of movement of the particles.
  • the particles should not touch to prevent sticking together.
  • the furnace should be designed so that the substrate for the particles is kept at the highest possible temperature level.
  • the furnace is heated using electrical resistance heating or a fossil fuel flame or a combination of both.
  • the continuous furnace can be linear or circular.
  • the product is placed on a base which is moved by means of moving rollers (roller furnace) or on transport trolleys (bogie hearth furnace) or on a turntable.
  • rollers roller furnace
  • transport trolleys bogie hearth furnace
  • two ovens with the opposite transport direction should be arranged in parallel next to or on top of each other in a longitudinal design.
  • the furnace described in this way is used in a temperature range of approx. 1000 ° C to approx. 1400 ° C, whereby the particles need different residence times depending on the size of the ceramic.
  • the dwell time is between 30 seconds and 10 minutes and can vary with the throughput speed, the length of the furnace or the length of the heated zone or by using multiple feed points along the heated zone or the furnace temperature.
  • the atmosphere in the interior of the furnace can, depending on the lining material and the material to be treated and the desired product properties, be operated oxidizing to reducing.
  • a certain air exchange (process gas) inside the furnace keeps the furnace atmosphere clear, that is, unclouded (important for radiation heat transfer).
  • the advantage of the furnace lies in the targeted control of the glazing process through a well-controlled supply of heat within a defined period of time.
  • the furnace is provided with a special feed device which is particularly suitable for the introduction of granules.
  • This device brings the prepared granulate into the oven.
  • the device must be cooled because of the oven radiation. be insulated. It is important to ensure that the steel temperature does not exceed 1100 ° C in order not to damage the steel parts and to prevent caking of the feed material. On the other hand, the added particles must not cool down again here.
  • the feed device itself and the cooling devices are to be controlled and monitored by means of suitable measuring and regulating elements.
  • the heat is supplied in the furnace by radiation from the inner wall of the furnace and / or by convection, it is important that the material to be treated does not cover itself and thus hinders the flow of heat. For this reason, the distribution of the material in a single-layer layer is of great importance.
  • the continuous furnace can also be combined with a preheater, which heats the granulate to a desired temperature and allows optimal treatment in the actual furnace.
  • the preheater has the task of heating the granules to the highest possible temperatures. The drying of the granules can be integrated into it. The decarbonation (expulsion of CO 2 ) takes place at 700-1000 "C. This must take place completely. For this purpose, the material must be kept at this temperature for 10 to 40 minutes. The material is then heated further, with the sticking together or sticking together The dwell time and the heating-up profile must be like this should be chosen so that the additives (blowing agents) added to the granulate are not damaged.
  • This process is preferably carried out in a gas or electricity-heated rotary drum or a belt or tunnel oven, to which the moist or dried raw granulate is metered.
  • a fluid bed furnace that ensures sufficient energy supply can also be used.
  • the material must be kept in constant motion, as it could tend to stick together even at temperatures below 1000'C.
  • the granules must be moved gently, as otherwise undesired abrasion or even destruction of the granules will occur.
  • the method according to the invention can be carried out in various embodiments.
  • the preferred embodiment is the production of light sand based on the method of EP 134.584, in which mineral starting materials are granulated together with a blowing agent, dried and ceramized in a continuous furnace. If desired, waste materials can also be added to the mineral raw materials, which can be safely disposed of in this way, either without (in order to obtain the most compact product possible for landfill) or with blowing agents (for the production of light sand that is used as a concrete aggregate or mortar, Roads / railway substructure, etc. can be used).
  • blowing agents By using blowing agents, the final product can be adjusted to the desired weight properties in terms of density and bulk density. This is particularly important if the end granulate is to be recycled at prices in line with the market. If recycling is out of the question, there is no point in using blowing agents, since the end product should be as compact as possible to save landfill space.
  • Base material a ceramic-capable mineral sludge is normally used as the base material, such as that found in gravel pits as washing sludge, as river and lake deposits, etc. Fly ash from hard coal or lignite power plants or waste incineration plants can also be used as the basic material.
  • the base material should be available in the finest possible form (grain size below 60 ⁇ m) in order to have a sufficient reaction surface.
  • the chemical and mineralogical composition of the base material has to be examined more closely, especially with regard to the content of glass-forming components and the chemical reactivity with the waste material.
  • the constancy of the composition of the basic material must also be monitored over the delivery period.
  • the compatibility of the raw material and the additives with the furnace lining and the underlay material must be examined.
  • Waste The material to be rendered inert is called waste. These are primarily powders and sludges containing heavy metals, but they can also be other chemical compounds to be disposed of, which are converted by heat treatment or rendered inert by ceramization. The exact composition and the expected reactions must be known. Here, too, there is a demand for the finest possible material, which may have to be ground beforehand, if not finely enough (grinding fineness 10-20 ⁇ m). Depending on the concentration, the waste materials are to be mixed with the basic material. A content of pure waste material compounds of 10-30% by weight or more of the base material can be assumed in the finished material. In contrast to the basic material, the waste material must be stored closed (silos) and metered into the basic material using suitable dosing methods and mixed homogeneously with it. Any dust leakage into the environment must be prevented by suction.
  • Reaction aids If necessary, additional components can be added to the base material in order to achieve a certain chemical reaction with the waste material or to improve the ceramization process. Depending on the basic and Waste material various reaction aids in question. For cost reasons, the use of reaction aids is restricted as much as possible. Here too there is a demand for delicacy.
  • Blowing agent If the end product is to be recycled at the hardware store, the end product can be inflated with a blowing agent and thus provided with a lower density and bulk density. These are primarily economic and application-related reasons that lead to this requirement. Naturally, the mechanical strength properties of this lightweight aggregate will be worse than that of a compact unit. The respective advantages and disadvantages must be determined precisely and weighed up against each other. Suitable blowing agents are inorganic or organic compounds which split off gases at the ceramizing temperature or react to gases and thus lead to a porous ceramic structure. Here again there is a demand for delicacy. In general, between 0.05 and 5 percent by weight of blowing agent is added to the raw material. With higher blowing agent concentrations, there is a greater increase in volume. However, the particles obtained have only a low strength.
  • Binder In the case of poor granulation and binding ability of the base material / waste material mixture (e.g. possible when using hard coal fly ash as base material), the raw granulate strength must be improved with a binder.
  • Chemical binders can be used as binders, but physical binders are advantageous. Such is e.g. the admixture of clay-like substances (similar to the mud-like base materials) that lead to capillary force bonds.
  • clay components or other binders are intended to ensure that they can be granulated; due to the specific energy requirement in the furnace, they should have the lowest possible carbonate content;
  • the raw material and additives are exclusively dry powders, they can be mixed dry. If the raw product is moist, such as gravel sludge, the route of re-mashing and mixing in the suspension should be filtered, which is then filtered on a suitable filtration device (e.g. filter press) for residual moisture of 15-20%. Ideally, the aggregates are mixed in at the source of the pebble sludge in the washing water cleaning system of the gravel works.
  • the raw granulate formed in this way should be approximately in the grain size of 1-20 mm in diameter and advantageously be spherical in shape.
  • the granulation process can be carried out in one or two stages, the latter in order to build up larger pellets by continuously adding dry raw mixture and liquid.
  • the raw granulate is fed to the dryer via a suitable buffer device and a coarse sieve, from which the process is carried out continuously.
  • a suitable buffer device In the coarse sieve, all larger tubers, adhesions etc. that are not finely granulated are sieved out and can be fed back into the process via the base material.
  • the raw granulate is largely dried with hot exhaust air from the system.
  • the expelled water is fed into the environment with the drying air via the filter system.
  • the dryer can also be heated indirectly in the case of a drum dryer, the expelled moisture condenses and cleaned of any pollutants.
  • the dry raw granulate can be passed over a small roller crusher in which the desired maximum grain size is limited, i.e. Any oversize is crushed in the crusher and does not burden the process.
  • an optimal granulation process advantageously produces a narrow range of granules of the desired size class.
  • the crusher the granulate is fed to the fine sieve with a pneumatic lift, a crusher or another suitable conveying device, where the undersize grain (dust) is screened out, which like all other process dusts in the mixer is fed back to the raw material.
  • the dust is discharged with the flue gas, so that there is no screening.
  • the remaining Gutkom is dosed into the preheater and preheated there as described above.
  • the temperature in the preheater must be reduced to avoid polluting the hot air.
  • the preheating stage can also be dispensed with. This extends the dwell time in the continuous furnace accordingly.
  • the heat to be supplied for preheating and possibly decarbonation depends on the product, waste material and permissible preheating temperature. This will usually be between 400-1100 "C. After the preheater, the granulate is dosed into the continuous furnace.
  • the preheated granulate is metered into the continuous furnace and passes through it. During the passage, the granulate absorbs heat due to the very intense radiation or convection heat of the furnace and reaches the ceramic temperature of the base material. Depending on its composition, this is in the range of 1150-1350 * 0. Depending on the temperature of the preheating, the maximum size of the granules that can be ceramized in this way is in the range of approximately 1-20 mm in diameter or larger.
  • the continuous furnace can be heated electrically or with fossil fuels.
  • the heating in the granulate takes place from the outside in, i.e. the surface of the grain very quickly reaches and exceeds the ceramizing temperature, it reaches a pasty to liquid state. As the throughput time progresses, this state moves inwards, so that until the grain leaves the oven, the grain reaches this state inside. Due to the surface tensions, the ceramized grain becomes spherical or ellipsoidal. The single-layer distribution of the granules on the base prevents the grains from touching each other. At the end of the kiln process, the grain has an evenly ceramized structure, in which any waste materials are evenly distributed.
  • the grains in the continuous furnace have no mutual contact. Because of this and because of the short hot action time, the danger of escaping gases from the grain and the resulting open porosity, as well as the damage to the surface of the grain by rolling on each other, is only very limited and the environmental resistance of the end product is significantly improved.
  • the hot liquid product can be cooled in a continuous stage in the continuous furnace below the solidification temperature or in a floating bed cooler with cold air.
  • the surface of the grain is cooled within a fraction of a second, that this solidifies.
  • the cold air largely cools the grain in a floating bed within a few seconds and the heat content is transferred to the cooling air. This in turn is used as hot and drying air in the preheater and dryer.
  • the ceramic structure of the product according to the invention can be cooled very rapidly, since on the one hand the round shape of the grain gives off a uniform amount of heat and on the other hand the heat is given off very quickly due to the small size of the grain.
  • the cooled, ceramized granulate is discharged from the cooler and blown into a silo. At this stage, the whole process is complete and the waste material is inertly integrated into the ceramic grain. This can then be installed or deposited.
  • the ceramized granulate can be used as light sand in building materials such as concrete, mortar, etc. and serves as a replacement for conventional, heavier materials.
  • a light mortar or lightweight concrete for the renovation of buildings or a structural concrete can be produced from it.

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Abstract

The invention concerns a process for the thermal treatment of mineral granules in a continuous furnace. The time spent by the granules in the furnace is selected to ensure optimal ceramification and the granules are spread out on an inert base to prevent clumping. The ceramified granules can be used as light sand in construction materials.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG FÜR DIE THERMISCHE BEHANDLUNG VON MINERALISCHEM GRANULATMETHOD AND DEVICE FOR THE THERMAL TREATMENT OF MINERAL GRANULES
Es gibt bereits Verfahren zur Verarbeitung von Kiesschlamm oder Flugasche in der Form, dass diese in eine Keramikstruktur eingebaut oder verglast werden. Die bekannten Verfahren arbeiten aber so, dass die zu inertisierenden Stoffe einer längeren Wärmebehandlung, vornehmlich im Drehrohrofen, ausgesetzt sind und dadurch die bekannten Nachteile aller in einem solchen Ofen behandelten Keramiken oder Schaumgläser aufweisen (Offenporigkeit, verletzte Oberflächen, Wasseraufnahme).There are already processes for processing gravel sludge or fly ash in such a way that they are built into a ceramic structure or glazed. However, the known methods work in such a way that the substances to be rendered inert are subjected to a longer heat treatment, primarily in a rotary kiln, and thus have the known disadvantages of all ceramics or foam glasses treated in such an oven (open porosity, damaged surfaces, water absorption).
In der EP 134.584 ist ein Verfahren und Vorrichtung beschrieben, die zur thermischen Behandlung von Granulat aus Schlämmen geeignet ist. Dieses Verfahren basiert jedoch auf einer Erhitzung im Gegenstrom mit heissem Gas, das einerseits zur Verwirbelung und damit zur vermehπen Verklebungsgefahr der geschmolzenen Partikel und andererseits zur Produktion von grösseren Mengen an Abgasen führt.EP 134.584 describes a method and device which is suitable for the thermal treatment of granules from sludges. However, this method is based on countercurrent heating with hot gas, which on the one hand leads to turbulence and thus to an increased risk of the molten particles sticking, and on the other hand to the production of large amounts of exhaust gases.
Es wurde nun gefunden, dass durch Einsatz eines Durchlaufofens diese Nachteile vermieden werden können und eine gezielte thermische Behandlung von mineralischem Granulat möglich wird.It has now been found that by using a continuous furnace, these disadvantages can be avoided and a targeted thermal treatment of mineral granules is possible.
Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur thermischen Behandlung von mineralischem Granulat, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat in einem Durchlaufofen aufgeheizt wird und nach Verlassen des Ofens wieder abgekühlt wird. Ein wesentlicher Aspekt dieses Verfahrens ist, dass das Granulat in einer einlagigen Partikelschicht auf einer Unterlage liegt, die das Anbacken vermeiden soll, bzw. zu diesem Zweck mit einem geeigneten Mittel beschichtet ist.The invention thus relates to a process for the thermal treatment of mineral granules, characterized in that the granules are heated in a continuous furnace and are cooled again after leaving the furnace. An essential aspect of this method is that the granulate lies in a single-layer particle layer on a base which is to avoid caking or is coated with a suitable agent for this purpose.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann wie folgt erläutert werden: Das zu behandelnde Gut, das in Form von Granulat, mit einer Komgrösse kleiner als 20 mm dem Ofen zugesetzt wird, durchläuft diesen in einer gezielt gewählten Durchlaufzeit. Die Durchlaufzeit ist durch folgende Faktoren bedingt: Ofenlänge; Geschwindigkeit des Laufbandes; Granulatform und Grosse.The method according to the invention can be explained as follows: The material to be treated, which is added to the furnace in the form of granules with a grain size of less than 20 mm, passes through it in a specifically selected throughput time. The lead time is determined by the following factors: furnace length; Treadmill speed; Granular shape and size.
Bei einer Ofentemperatur, die sich nur wenig über der Schmelztemperatur der Granulatpartikel befindet, wird das Produkt langsam und gleichmässig aufgeschmolzen und verglast. Es erhält so die gewünschte geschlossene Oberfläche und feinporige Innenstruktur. Durch ein gesteuertes Temperaturprofil längs der Bewegungsrichtung der Partikel lassen sich die Produkteigenschaften günstig beeinflussen. Die Partikel sollen sich nicht berühren, um ein Zusammenkleben zu verhindern. Aus energetischen Gründen ist der Ofen so zu gestalten, dass die Unterlage für die Partikel auf möglichst hohem Temperaturniveau gehalten wird.At an oven temperature that is only slightly above the melting temperature of the granulate particles, the product is slowly and evenly melted and vitrified. This gives it the desired closed surface and fine-pored internal structure. The product properties can be influenced favorably by means of a controlled temperature profile along the direction of movement of the particles. The particles should not touch to prevent sticking together. For energy reasons, the furnace should be designed so that the substrate for the particles is kept at the highest possible temperature level.
Der Ofen wird mittels elektrischer Widerstandsheizung oder Flamme eines fossilen Energieträgers oder einer Kombination aus beiden beheizt.The furnace is heated using electrical resistance heating or a fossil fuel flame or a combination of both.
Der Durchlaufofen kann linear oder kreisrund ausgeführt sein. Das Produkt befindet sich auf einer Unterlage, die mittels bewegter Rollen (Rollenofen) oder auf Transportwagen (Herdwagenofen) oder auf einem Drehteller bewegt wird. Um Wärmeverluste durch das Abkühlen der Unterlage oder Transportwagen gering zu halten, sollten bei einer Längsausführung zwei Oefen mit entgegengesetzter Transportrichtung parallel neben- oder übereinander angeordnet sein.The continuous furnace can be linear or circular. The product is placed on a base which is moved by means of moving rollers (roller furnace) or on transport trolleys (bogie hearth furnace) or on a turntable. In order to keep heat losses from cooling the underlay or transport trolley low, two ovens with the opposite transport direction should be arranged in parallel next to or on top of each other in a longitudinal design.
Der so beschriebene Ofen wird in einem Temperaturbereich von ca. 1000°C bis ca. 1400°C eingesetzt, wobei die Partikel zum Keramisieren je nach Grosse unterschiedliche Verweilzeiten benötigen. Die Verweilzeit liegt zwischen 30 Sekunden und 10 Minuten und kann mit der Durchlaufgeschwindigkeit, der Länge des Ofens resp. der Länge der beheizten Zone bzw. durch Einsatz von mehreren Aufgabestellen längs der beheizten Zone oder der Ofentemperatur gesteuert werden.The furnace described in this way is used in a temperature range of approx. 1000 ° C to approx. 1400 ° C, whereby the particles need different residence times depending on the size of the ceramic. The dwell time is between 30 seconds and 10 minutes and can vary with the throughput speed, the length of the furnace or the length of the heated zone or by using multiple feed points along the heated zone or the furnace temperature.
Die Atmosphäre im Ofeninneren (Wärmebehandlungsraum) kann je nach Ausmauerungs¬ material und nach dem zu behandelnden Gut und den gewünschten Produkteigenschaften, oxidierend bis reduzierend gefahren werden. Durch einen gewissen Luftaustausch (Prozessgas) im Ofeninneren wird die Ofenatmosphäre klar, d.h. ungetrübt gehalten (wichtig für Strahlungs Wärmeübertragung) .The atmosphere in the interior of the furnace (heat treatment room) can, depending on the lining material and the material to be treated and the desired product properties, be operated oxidizing to reducing. A certain air exchange (process gas) inside the furnace keeps the furnace atmosphere clear, that is, unclouded (important for radiation heat transfer).
Der Vorteil des Ofens liegt in der gezielten Steuerung des Verglasungsprozesses durch eine gut kontrollierte Wärmezufuhr innerhalb einer definierten Zeitspanne.The advantage of the furnace lies in the targeted control of the glazing process through a well-controlled supply of heat within a defined period of time.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist der Ofen mit einer speziellen Aufgabevorrichtung versehen, die für das Einführen von Granulat besonders geeignet ist. Diese Einrichtung bringt das vorbereitete Granulat in den Ofen. Die Vorrichtung muss wegen der Ofenstrahlung gekühlt resp. wärmeisoliert werden. Es ist darauf zu achten, dass die Stahl temperatur 1100°C nicht übersteigt, um die Stahlteile nicht zu schädigen und Anbackungen des Aufgabematerials zu vermeiden. Andererseits dürfen sich die aufgegebenen Partikel hier nicht wieder abkühlen.In a special embodiment of the method according to the invention, the furnace is provided with a special feed device which is particularly suitable for the introduction of granules. This device brings the prepared granulate into the oven. The device must be cooled because of the oven radiation. be insulated. It is important to ensure that the steel temperature does not exceed 1100 ° C in order not to damage the steel parts and to prevent caking of the feed material. On the other hand, the added particles must not cool down again here.
Die Aufgabevorrichtung selbst sowie die Kühleinrichtungen sind mittels geeigneter Mess- und Regelorgane zu steuern und zu überwachen.The feed device itself and the cooling devices are to be controlled and monitored by means of suitable measuring and regulating elements.
Materialverteilung im OfenDistribution of materials in the furnace
Da die Wärmezufuhr im Ofen über Strahlung ab der Ofeninnenwand und/oder durch Konvektion erfolgt, ist es wichtig, dass das zugegebene, zu behandelnde Material sich nicht selber abdeckt und damit den Wärmefluss behindert. Aus diesem Grunde ist die Verteilung des Materials in einer einlagigen Schicht von grosser Bedeutung.Since the heat is supplied in the furnace by radiation from the inner wall of the furnace and / or by convection, it is important that the material to be treated does not cover itself and thus hinders the flow of heat. For this reason, the distribution of the material in a single-layer layer is of great importance.
Falls gewünscht, kann der Durchlaufofen auch mit einem Vorerhitzer kombiniert werden, der eine Aufheizung des Granulats auf eine gewünschte Temperatur bewirkt und eine optimale Behandlung im eigentlichen Ofen erlaubt. Der Vorerhitzer hat die Aufgabe, das Granulat auf möglichst hohe Temperaturen zu erwärmen. Die Trocknung des Granulates kann darin integriert werden. Bei 700-1000"C erfolgt die Entcarbonatisierung (Austreibung von CO2), die vollständig erfolgen muss. Das Material muss dazu 10 bis 40 Minuten bei dieser Temperatur gehalten werden. Anschliessend wird das Material weiter hoch geheizt, wobei das Zusammen¬ oder Ankleben eine Grenze darstellt. Die Verweilzeit und das Aufheizprofil müssen so gewählt werden, dass die dem Granulat beigemischten Zuschlagstoffe (Blähmittel) nicht geschädigt werden.If desired, the continuous furnace can also be combined with a preheater, which heats the granulate to a desired temperature and allows optimal treatment in the actual furnace. The preheater has the task of heating the granules to the highest possible temperatures. The drying of the granules can be integrated into it. The decarbonation (expulsion of CO 2 ) takes place at 700-1000 "C. This must take place completely. For this purpose, the material must be kept at this temperature for 10 to 40 minutes. The material is then heated further, with the sticking together or sticking together The dwell time and the heating-up profile must be like this should be chosen so that the additives (blowing agents) added to the granulate are not damaged.
Dieser Vorgang erfolgt vorzugsweise in einer gas- oder strombeheizten Drehtrommel oder einem Band- oder Tunnelofen, dem das feuchte oder getrocknete Rohgranulat dosiert zugeführt wird. Auch ein Fliessbettofen, der ein ausreichendes Energieangebot sicherstellt, ist einsetzbar. In jedem Fall ist das Material ständig in Bewegung zu halten, da es bereits bei Temperaturen unter 1000'C zum Zusammenkleben neigen könnte. Das Granulat ist schonend zu bewegen, da andernfalls unerwünschter Abrieb oder sogar Zerstörung der Granulate eintritt.This process is preferably carried out in a gas or electricity-heated rotary drum or a belt or tunnel oven, to which the moist or dried raw granulate is metered. A fluid bed furnace that ensures sufficient energy supply can also be used. In any case, the material must be kept in constant motion, as it could tend to stick together even at temperatures below 1000'C. The granules must be moved gently, as otherwise undesired abrasion or even destruction of the granules will occur.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in verschiedenen Ausführungsformen durchgeführt werden. Die bevorzugte Ausführungsform ist die Herstellung von Leichtsand in Anlehnung an das Verfahren der EP 134.584, wobei mineralische Ausgangsstoffe zusammen mit einem Blähmittel granuliert, getrocknet und im Durchlaufofen keramisiert werden. Falls gewünscht, können den mineralischen Ausgangsstoffen auch Abfallstoffe beigegeben werden, die auf diese Weise gefahrlos entsorgt werden können, wobei entweder ohne (um ein möglichst kompaktes Produkt zur Deponierung zu erhalten) oder mit Blähmittel (zur Herstellung von Leichtsand, das als Betonzuschlagstoff oder Mörtel, Strassen/Bahn- Unterbau, usw. eingesetzt werden kann) vorgegangen wird.The method according to the invention can be carried out in various embodiments. The preferred embodiment is the production of light sand based on the method of EP 134.584, in which mineral starting materials are granulated together with a blowing agent, dried and ceramized in a continuous furnace. If desired, waste materials can also be added to the mineral raw materials, which can be safely disposed of in this way, either without (in order to obtain the most compact product possible for landfill) or with blowing agents (for the production of light sand that is used as a concrete aggregate or mortar, Roads / railway substructure, etc. can be used).
Durch den Einsatz von Blähmittel kann das Endprodukt im Raum- und Schüttgewicht auf die gewünschten Gewichtseigenschaften eingestellt werden. Dies ist vor allem von Bedeutung, wenn das Endgranulat einer Wiederverwertung mit marktkonformen Preisen zugeführt werden soll. Kommt eine Wiederverwertung nicht in Frage, so hat ein Einsatz von Blähmittel keinen Sinn, da das Endprodukt so kompakt wie möglich sein sollte, um Deponieplatz zu sparen.By using blowing agents, the final product can be adjusted to the desired weight properties in terms of density and bulk density. This is particularly important if the end granulate is to be recycled at prices in line with the market. If recycling is out of the question, there is no point in using blowing agents, since the end product should be as compact as possible to save landfill space.
Im Aufbereitungsprozess des Rohgranulates ist es möglich, spezielle Reaktionshilfsstoffe zuzumischen, die nicht nur eine physikalische Inertisierung im keramischen Endgranulat, sondern auch eine chemische Inertisierung, zusätzlich zur physikalischen ermöglicht. Je nach Abfallstoff und Grundmaterial ist dieser Effekt auch ohne Reaktionshilfsstoff bereits aus den Grundmaterialien gegeben. Zusätzlich können im Durchlaufofen mit kontrollierter Ofenatmosphäre gewisse Reaktionen unterstützt werden (z.B. erhöhter O2-Gehalt o.a.). Die Rohmaterialien für das erfindungsgemässe Verfahren teilen sich auf in keramikfähiges Grundmaterial, in Abfallstoff, in Reaktionshilfsstoffe, in Blähmittel und in Bindemittel.In the preparation process of the raw granulate, it is possible to mix in special reaction aids that not only enable physical inertization in the final ceramic granulate, but also chemical inertization in addition to the physical one. Depending on the waste material and base material, this effect is already available from the base materials even without reaction aids. In addition, certain reactions can be supported in a continuous furnace with a controlled furnace atmosphere (eg increased O 2 content or the like). The raw materials for the method according to the invention are divided into ceramic-compatible base material, waste material, reaction auxiliaries, blowing agents and binders.
Grundmaterial: als Grundmaterial dient normalerweise ein keramikfahiger mineralischer Schlamm, wie er in Kiesgruben als Waschschlamm, als Fluss- und Seeablagerung usw. anfällt. Es kann als Grundmaterial auch Flugasche aus Steinkohle- oder Braunkohlekraftwerken oder Müllverbrennungsanlagen eingesetzt werden. Das Grundmaterial sollte in möglichst feiner Form (Komgrösse unter 60 μm) zur Verfügung stehen, um genügend Reaktionsoberfläche aufzuweisen. Die chemische und mineralogische Zusammensetzung des Grundmaterials ist genauer zu untersuchen, vor allem in Bezug auf den Gehalt an glasbildenden Komponenten und auf die chemische Reaktionsfähigkeit mit dem Abfallstoff. Auch ist die Konstanz der Zusammensetzung des Grundmaterials über die Lieferdauer zu überwachen. Die Verträglichkeit des Rohmaterials und der Zuschlagstoffe mit der Ofenausmauerung und dem Unterlagematerial ist zu untersuchen.Base material: a ceramic-capable mineral sludge is normally used as the base material, such as that found in gravel pits as washing sludge, as river and lake deposits, etc. Fly ash from hard coal or lignite power plants or waste incineration plants can also be used as the basic material. The base material should be available in the finest possible form (grain size below 60 μm) in order to have a sufficient reaction surface. The chemical and mineralogical composition of the base material has to be examined more closely, especially with regard to the content of glass-forming components and the chemical reactivity with the waste material. The constancy of the composition of the basic material must also be monitored over the delivery period. The compatibility of the raw material and the additives with the furnace lining and the underlay material must be examined.
Abfallstoff: Als Abfallstoff wird das zu inertisierende Material bezeichnet. Es sind dies vor allem schwermetallhaltige Pulver und Schlämme, es können aber auch andere zu entsorgende chemische Verbindungen sein, die durch eine Temperaturbehandlung umgewandelt oder durch Einkeramisieren inertisiert werden. Die genauere Zusammensetzung und die zu erwartenden Reaktionen müssen bekannt sein. Auch hier besteht die Forderung nach möglichst feinem Material, welches eventuell, wenn nicht fein genug, noch vorgängig aufgemahlen werden muss (Mahlfeinheit 10-20 μm). Die Abfallstoffe sind in einem je nach Konzentration noch zu bestimmenden Verhältnis, dem Grundstoff beizumischen. Es kann im Fertigmaterial von einem Gehalt an reinen Abfallstoffverbindungen von 10-30 Gew.% oder mehr des Grundmaterials ausgegangen werden. Der Abfallstoff muss im Gegensatz zum Grundmaterial geschlossen gelagert werden (Silos) und mit geeigneten Dosiermethoden dem Grundmaterial zudosiert und mit diesem homogen gemischt werden. Durch Absaugen muss jeglicher Staubaustritt in die Umgebung verhindert werden.Waste: The material to be rendered inert is called waste. These are primarily powders and sludges containing heavy metals, but they can also be other chemical compounds to be disposed of, which are converted by heat treatment or rendered inert by ceramization. The exact composition and the expected reactions must be known. Here, too, there is a demand for the finest possible material, which may have to be ground beforehand, if not finely enough (grinding fineness 10-20 μm). Depending on the concentration, the waste materials are to be mixed with the basic material. A content of pure waste material compounds of 10-30% by weight or more of the base material can be assumed in the finished material. In contrast to the basic material, the waste material must be stored closed (silos) and metered into the basic material using suitable dosing methods and mixed homogeneously with it. Any dust leakage into the environment must be prevented by suction.
Reaktionshilfsstoffe: Wenn notwendig, können dem Grundmaterial zusätzliche Komponenten zugemischt werden, um eine bestimmte chemische Reaktion mit dem Abfallstoff zu erreichen oder den Keramisierungsvorgang zu verbessern. Es kommen je nach Grund- und Abfallmaterial verschiedenste Reaktionshilfsstoffe in Frage. Aus Kostengründen wird der Einsatz von Reaktionshilfsstoffen möglichst beschränkt. Auch hier besteht die Forderung der Feinheit.Reaction aids: If necessary, additional components can be added to the base material in order to achieve a certain chemical reaction with the waste material or to improve the ceramization process. Depending on the basic and Waste material various reaction aids in question. For cost reasons, the use of reaction aids is restricted as much as possible. Here too there is a demand for delicacy.
Blähmittel: Wenn das Endprodukt auf dem Baumarkt wiederverwertet werden soll, kann das Endprodukt mit einem Blähmittel aufgebläht und damit mit einem leichteren Raum- und Schüttgewicht versehen werden. Es sind dies vor allem wirtschafltliche und anwendungstechnische Gründe, die zu dieser Forderung führen. Naturgemäss werden die mechanischen Festigkeitseigenschaften dieses Leichtzuschlages schlechter sein als bei einem Kompakt-Aggregat. Die jeweiligen Vor- und Nachteile sind genau zu ermitteln und gegeneinander abzuwägen. Als Blähmittel kommen anorganische oder organische Verbindungen in Frage, welche bei der Keramisiertemperatur Gase abspalten oder zu Gasen reagieren und so zu einem porösen Keramikaufbau führen. Auch hier besteht wiederum die Forderung nach Feinheit. Im allgemeinen werden dem Rohmaterial zwischen 0,05 und 5 Gewichtsprozent Blähmittel beigemischt. Bei höheren Blähmittelkonzentrationen ergibt sich zwar eine grössere Volumenzunahme. Die erhaltenen Partikel haben jedoch nur eine geringe Festigkeit.Blowing agent: If the end product is to be recycled at the hardware store, the end product can be inflated with a blowing agent and thus provided with a lower density and bulk density. These are primarily economic and application-related reasons that lead to this requirement. Naturally, the mechanical strength properties of this lightweight aggregate will be worse than that of a compact unit. The respective advantages and disadvantages must be determined precisely and weighed up against each other. Suitable blowing agents are inorganic or organic compounds which split off gases at the ceramizing temperature or react to gases and thus lead to a porous ceramic structure. Here again there is a demand for delicacy. In general, between 0.05 and 5 percent by weight of blowing agent is added to the raw material. With higher blowing agent concentrations, there is a greater increase in volume. However, the particles obtained have only a low strength.
Bindemittel: Bei schlechter Granulations- und Bindefähigkeit des Grundmaterial/ Abfallstoffgemisches (z.B. bei Einsatz von Steinkohleflugasche als Grundmaterial möglich) muss mit einem Bindemittel die Rohgranulatfestigkeit verbessert werden. Als Bindemittel kommen chemische Binder, aber mit Vorteil physikalische Bindemittel in Frage. Ein solches ist z.B. das Zumischen von tonartigen Substanzen (ähnlich der schlammartigen Grundmaterialien), die zu Kapillarkraftbindungen führen.Binder: In the case of poor granulation and binding ability of the base material / waste material mixture (e.g. possible when using hard coal fly ash as base material), the raw granulate strength must be improved with a binder. Chemical binders can be used as binders, but physical binders are advantageous. Such is e.g. the admixture of clay-like substances (similar to the mud-like base materials) that lead to capillary force bonds.
Zu den Rohmaterialien ist noch festzuhalten, dass für die Herstellung von Leichtsand drei Anforderungen erfüllt sein müssen:Regarding the raw materials, it should be noted that three requirements must be met for the production of light sand:
durch entsprechende Tonanteile oder andere Bindemittel soll sichergestellt werden, dass sie granulierfähig sind; wegen des spezifischen Energiebedarfes im Ofen sollen sie einen möglichst geringen Carbonatgehalt aufweisen; undappropriate clay components or other binders are intended to ensure that they can be granulated; due to the specific energy requirement in the furnace, they should have the lowest possible carbonate content; and
ihre chemische Zusammensetzung soll derart sein, dass ein Schmelzen und anschliessendes Verglasen erfolgt.their chemical composition should be such that melting and subsequent glazing take place.
Alle obigen Materialien werden, abgesehen vom Grundmaterial, geschlossen in Silos oder Tanks gelagert. Sie werden über geeignete Dosiervorrichtung abgemessen und einem Mischer oder einem Misch-Granulator zugeführt. Dort werden die Stoffe innig gemischt und anschliessend in der gleichen, oder auf einer nachgeschaltenen Maschine granuliert. Je nach Feuchtgehalt der Materialien wird zusätzlich Wasser zugegeben oder unter Zufuhr von Warmluft Wasser weggeführt (getrocknet) bzw. ein Teilstrom des Rohmaterials getrocknet und mit Feuchtmaterial gemischt, um die optimale Granulierfeuchte zu erhalten.Apart from the basic material, all of the above materials are stored closed in silos or tanks. They are measured using a suitable metering device and fed to a mixer or a mixing granulator. There the substances are mixed intimately and then granulated in the same machine or on a downstream machine. Depending on the moisture content of the materials, additional water is added or water is carried away (dried) while warm air is supplied, or a partial stream of the raw material is dried and mixed with wet material in order to obtain the optimum granulation moisture.
Mischen der Komponenten:Mixing the components:
Eine absolut homogene Mischung ist unbedingt erforderlich und durch die Wahl des Mischverfahrens sicherzustellen. Handelt es sich bei dem Rohmaterial und den Zuschlagsstoffen ausschliesslich um trockene Pulver, kann trocken gemischt werden. Bei feuchtem Rohprodukt, wie Kiesschlamm sollte der Weg des Wiederanmaischens und des Mischens in der Suspension, die anschliessend auf einem geeigneten Filtrationsgerät (z.B. Filterpresse) auf Restfeuchten von 15-20 % filtriert wird. Idealerweise mischt man die Zuschlagsstoffe bereits an der Quelle des Kieselschlammes in der Waschwasser- Reinigungsanlage des Kieswerkes zu.An absolutely homogeneous mixture is absolutely necessary and must be ensured by the choice of the mixing process. If the raw material and additives are exclusively dry powders, they can be mixed dry. If the raw product is moist, such as gravel sludge, the route of re-mashing and mixing in the suspension should be filtered, which is then filtered on a suitable filtration device (e.g. filter press) for residual moisture of 15-20%. Ideally, the aggregates are mixed in at the source of the pebble sludge in the washing water cleaning system of the gravel works.
Zugleich mit den obigen Materialien wird aller Staub aus der Anlage (aus Filter, Zyklone, Sieb etc.) zurückgeführt und dem anderen Material beigemischt. Für den Granulationsprozess ist es von Vorteil, wenn ein gewisser Staubanteil zugesetzt werden kann (raschere Granulatbildung). Das so gebildete Rohgranulat sollte ungefähr in der Komgrösse von 1-20 mm Durchmesser liegen und vorteilhaft von kugeliger Gestalt sein. Der Granulierprozess kann in ein oder zwei Stufen erfolgen, letztere um durch kontinuierliche Beimischung von trockenem Rohgemisch und Flüssigkeit grössere Pellets aufzubauen.At the same time as the above materials, all dust from the system (from filters, cyclones, sieves, etc.) is returned and mixed with the other material. For the granulation process, it is advantageous if a certain amount of dust can be added (faster granulation). The raw granulate formed in this way should be approximately in the grain size of 1-20 mm in diameter and advantageously be spherical in shape. The granulation process can be carried out in one or two stages, the latter in order to build up larger pellets by continuously adding dry raw mixture and liquid.
Nach der Granulation, die im Chargenbetrieb oder kontinuierlich geführt wird, wird das Rohgranulat über eine geeignete Puffereinrichtung und einem Grobsieb dem Trockner zugeführt, ab dem der Prozess kontinuierlich geführt wird. Im Grobsieb werden alle grösseren Knollen, Anklebungen etc., die nicht feingranuliert sind, ausgesiebt und können über das Grundmaterial dem Prozess wieder zugeführt werden.After the granulation, which is carried out in batch operation or continuously, the raw granulate is fed to the dryer via a suitable buffer device and a coarse sieve, from which the process is carried out continuously. In the coarse sieve, all larger tubers, adhesions etc. that are not finely granulated are sieved out and can be fed back into the process via the base material.
Im Trockner, entweder einem Trommeltrockner, einem Schwebebetttrockner oder einem Bandtrockner, wird das Rohgranulat mit heisser Abluft aus der Anlage weitgehend getrocknet. Das ausgetriebene Wasser wird mit der Trocknungsluft über die Filteranlage der Umwelt zugeführt. Sollte es notwendig sein, so kann der Trockner im Falle eines Trommeltrockners auch indirekt beheizt werden, die ausgetriebene Feuchtigkeit kondensiert und von eventuellen Schadstoffen gereinigt werden.In the dryer, either a drum dryer, a floating bed dryer or a belt dryer, the raw granulate is largely dried with hot exhaust air from the system. The expelled water is fed into the environment with the drying air via the filter system. If it is necessary, the dryer can also be heated indirectly in the case of a drum dryer, the expelled moisture condenses and cleaned of any pollutants.
Nach dem Trockneraustrag kann das trockene Rohgranulat über einen kleinen Walzenbrecher geführt werden, in dem das gewünschte Maximalkorn begrenzt wird, d.h. eventuelles Ueberkorn wird im Brecher zerkleinert und belastet den Prozess nicht. Vorteilhaft wird jedoch bereits durch einen optimalen Granulierprozess ein enges Granulatspektrum der gewünschten Grössenklasse hergestellt. Nach dem Brecher wird das Granulat mit einem pneumatischen Lift, einem Brecherwerk oder einer anderen geeigneten Fördereinrichtung dem Feinsieb zugeführt und dort vor allem das Unterkorn (Staub) ausgesiebt, das wie alle anderen Prozessstäube im Mischer wieder dem Rohmaterial zugeführt wird. Bei einem direkt beheizten Vorerhitzer wird der Staub mit dem Rauchgas ausgetragen, so dass eine Absiebung wegfällt.After the dryer has been discharged, the dry raw granulate can be passed over a small roller crusher in which the desired maximum grain size is limited, i.e. Any oversize is crushed in the crusher and does not burden the process. However, an optimal granulation process advantageously produces a narrow range of granules of the desired size class. After the crusher, the granulate is fed to the fine sieve with a pneumatic lift, a crusher or another suitable conveying device, where the undersize grain (dust) is screened out, which like all other process dusts in the mixer is fed back to the raw material. In the case of a directly heated preheater, the dust is discharged with the flue gas, so that there is no screening.
Nach dem Sieb wird das verbleibende Gutkom in den Vorerhitzer dosiert und dort wie oben beschrieben vorgeheizt. Je nach zu behandelndem Abfallstoff muss die Tempertur im Vorerhitzer reduziert werden, um eine Schadstoffbelastung der Heissluft zu vermeiden.After the sieve, the remaining Gutkom is dosed into the preheater and preheated there as described above. Depending on the waste material to be treated, the temperature in the preheater must be reduced to avoid polluting the hot air.
Gegebenenfalls kann auch auf die Vorheizstufe verzichtet werden. Hierdurch verlängert sich die Verweilzeit im Durchlaufofen entsprechend. Die zum Vorerhitzen und gegebenenfalls Entcarbonatisieren zuzuführende Wärme richtet sich nach Produkt, Abfallstoff und zulässige Vorheiztemperatur. Diese wird in der Regel zwischen 400-1100"C liegen. Nach dem Vorerhitzer wird das Granulat in den Durchlaufofen dosiert.If necessary, the preheating stage can also be dispensed with. This extends the dwell time in the continuous furnace accordingly. The heat to be supplied for preheating and possibly decarbonation depends on the product, waste material and permissible preheating temperature. This will usually be between 400-1100 "C. After the preheater, the granulate is dosed into the continuous furnace.
In den Durchlaufofen wird das vorgeheizte Granulat hineindosiert und durchläuft diesen. Während des Durchlaufens nimmt das Granulat durch die sehr intensive Strahlungs- oder Konvektionshitze des Ofens Wärme auf und erreicht die Keramisiertemperatur des Grundmaterials. Diese liegt je nach dessen Zusammensetzung im Bereich von 1150-1350*0. Je nach Temperatur der Vorerhitzung liegt die so keramisierbare maximale Grosse des Granulats im Bereich von ca. 1-20 mm Durchmesser oder grösser. Der Durchlauf ofen kann elektrisch oder mit fossilen Brennstoffen beheizt werden.The preheated granulate is metered into the continuous furnace and passes through it. During the passage, the granulate absorbs heat due to the very intense radiation or convection heat of the furnace and reaches the ceramic temperature of the base material. Depending on its composition, this is in the range of 1150-1350 * 0. Depending on the temperature of the preheating, the maximum size of the granules that can be ceramized in this way is in the range of approximately 1-20 mm in diameter or larger. The continuous furnace can be heated electrically or with fossil fuels.
Die Erhitzung im Granulatkorn erfolgt von aussen nach innen, d.h. die Oberfläche des Korns erreicht sehr rasch die Keramisiertemperatur und überschreitet diese, sie erreicht einen pastösen bis flüssigen Zustand. Mit fortschreitender Durchlaufzeit wandert dieser Zustand nach Innen, so dass bis das Korn den Ofen verlässt, das Korn bis innen in diesen Zustand gelangt. Auf Grund der Oberflächenspannungen wird das keramisierte Korn kugel- oder ellipsoidförmig. Durch die einschichtige Verteilung des Granulates auf der Unterlage wird ein gegenseitiges Berühren der Körner verhindert. Das Korn hat nach Ende des Ofenprozesses eine gleichmässig durchkeramisierte Struktur, in die die eventuellen Abfallstoffe gleichmässig verteilt eingebaut sind.The heating in the granulate takes place from the outside in, i.e. the surface of the grain very quickly reaches and exceeds the ceramizing temperature, it reaches a pasty to liquid state. As the throughput time progresses, this state moves inwards, so that until the grain leaves the oven, the grain reaches this state inside. Due to the surface tensions, the ceramized grain becomes spherical or ellipsoidal. The single-layer distribution of the granules on the base prevents the grains from touching each other. At the end of the kiln process, the grain has an evenly ceramized structure, in which any waste materials are evenly distributed.
Je nach Grundmaterial und Art der Abfallstoffe, sind diese nicht nur in die Keramikstruktur fest und unlöslich eingebaut, sondern es bilden sich auch chemische Verbindungen zwischen dem Grundmaterial (ev. mit Reaktionshilfsstoff) und dem Abfallstoff. Diese können den Abfallstoff zusätzlich zur physikalischen Inertisierung (Einbinden in die Keramikstruktur) auch chemisch inertisieren. Durch die hohe Oberflächentemperatur des Kornes bildet sich über das Korn ein Flüssigkeitsfilm, der ein Verdampfen der Abfallstoffe ausserhalb des Korns zumindest teilweise verhindert.Depending on the base material and the type of waste, these are not only built into the ceramic structure in a solid and insoluble manner, but chemical connections are also formed between the base material (possibly with reaction aids) and the waste. In addition to physical inerting (integration into the ceramic structure), these can also chemically inert the waste. Due to the high surface temperature of the grain, a liquid film forms over the grain, which at least partially prevents evaporation of the waste materials outside the grain.
Im Gegensatz zu allen im Drehrohrofen stattfindenden Prozesse, haben die Körner im Durchlaufofen keine gegenseitige Berührung. Dadurch und durch die kurze Heissbe- handlungszeit, ist die Gefahr von austretenden Gasen aus dem Korn und die dadurch bewirkte Offenporigkeit, ebenso wie die Verletzung der Oberfläche des Korns durch das Rollen aufeinander, nur sehr beschränkt und die Umweltbeständigkeit des Endproduktes wesentlich verbessert.In contrast to all processes taking place in the rotary kiln, the grains in the continuous furnace have no mutual contact. Because of this and because of the short hot action time, the danger of escaping gases from the grain and the resulting open porosity, as well as the damage to the surface of the grain by rolling on each other, is only very limited and the environmental resistance of the end product is significantly improved.
Sind dem Materialgemisch auch Blähmittel zugegeben, so bilden diese bei den obigen Temperaturen ihrerseits Gase, die zu einem feinporigen Aufblähen des Korns auf das 1 bis 10- fache des Volumens führen. Durch die obigen, sehr rasch ablaufenden Prozesse bedingt, ist es sehr wichtig, dass alle zu reagierenden Materialien möglichst grosse Feinheit aufweisen (grosse Reaktionsoberfläche = schnelle Reaktion). Durch die Ofennutzraum- Atmosphäre, die in der Anlage teilweise angepasst werden kann, können diese Reaktionen noch gefördert werden. Selbstverständlich werden an der Kornoberfläche und auch durch aus dem Korn austretende Gase, gewisse Reaktionen mit der Ofenatmosphäre stattfinden (Verbrennungen etc.), die ein fortlaufendes Ersetzen der Ofenatmosphäre notwendig machen. Diese Ofen¬ atmosphäre kann vorne oder hinten im Ofen abgesaugt werden und entsprechender Ersatz zugeführt werden.If blowing agents are also added to the material mixture, these in turn form gases at the above temperatures, which lead to a fine-pored expansion of the grain to 1 to 10 times the volume. Due to the above, very fast running processes, it is very important that all materials to be reacted have the greatest possible fineness (large reaction surface = fast reaction). These reactions can be promoted by the furnace usable atmosphere, which can be partially adapted in the system. Of course, certain reactions with the furnace atmosphere (burns, etc.) will take place on the surface of the grain and also due to gases emerging from the grain, which make it necessary to continuously replace the furnace atmosphere. This furnace atmosphere can be suctioned off at the front or rear of the furnace and a corresponding replacement can be supplied.
Bei der Herstellung poröser Keramikkügelchen (Einsatz in Leichtmörtel oder -beton) ist eine feinporige Struktur mit gleichmässiger Rohdichte für die Festigkeit von grosser Bedeutung. Da kleine Partikel weniger Wärme im Ofen benötigen, besteht die Gefahr, das diese "überhitzt" werden und dabei Hohlkugeln bilden, die weniger stabil sind, oder bereits zu massiven Partikeln kollabieren. Bei hohen Ansprüchen an das Produkt bietet es sich daher an, das Granulat durch Siebung zu fraktionieren und nur jeweils eine Partikelgrössenklasse (z.B. 1 ,0 - 1,5 mm oder 1,5 - 2 mm usw.) dem Ofen aufzugeben, so dass die Prozessbedingungen, wie die Temperatur, das Temperaturprofil über die Ofenlänge und die Verweilzeit an die Partikelgrösse optimal angepasst werden können. Es ist weiterhin denkbar, die unterschiedlichen Fraktionen an verschiedenen Stellen des Ofens aufzugeben oder mehrere Öfen mit verschiedener Verweilzeit zu betreiben.In the production of porous ceramic beads (use in light mortar or concrete), a fine-pored structure with a uniform bulk density is of great importance for the strength. Since small particles require less heat in the furnace, there is a risk that they will be "overheated" and thereby form hollow spheres that are less stable, or that they will already collapse into solid particles. If there are high demands on the product, it is therefore advisable to fractionate the granulate by sieving and to only give one particle size class (e.g. 1, 0 - 1.5 mm or 1.5 - 2 mm etc.) to the furnace so that the Process conditions such as the temperature, the temperature profile over the length of the furnace and the dwell time can be optimally adapted to the particle size. It is also conceivable to give up the different fractions at different points in the furnace or to operate several furnaces with different dwell times.
Das heissflüssige Produkt kann in einer Abkühlstufe im Durchlaufofen unter die Erstarrungstemperatur oder in einem Schwebebett-Kühler mit kalter Luft abgekühlt werden. Durch Kühlung wird innert Sekundenbruchteilen die Oberfläche des Korns soweit abgekühlt, dass sich diese verfestigt. Durch die Kaltluft wird das Korn in einem Schwebebett innerhalb weniger Sekunden weitgehend abgekühlt und der Wärmeinhalt an die Kühlluft übergeben. Diese wiederum wird als Heiss- und Trocknungsluft im Vorerhitzer und Trockner eingesetzt.The hot liquid product can be cooled in a continuous stage in the continuous furnace below the solidification temperature or in a floating bed cooler with cold air. By cooling, the surface of the grain is cooled within a fraction of a second, that this solidifies. The cold air largely cools the grain in a floating bed within a few seconds and the heat content is transferred to the cooling air. This in turn is used as hot and drying air in the preheater and dryer.
Im Gegensatz zu herkömmlicher, grossstückiger Keramik ist das sehr rasche Abkühlen der keramischen Struktur des erfindungsgemässen Produktes möglich, da einerseits durch die runde Form des Korns eine gleich-massige Wärmeabgabe gegeben ist und andererseits durch die geringe Grosse des Korns die Wärmeabgabe sehr rasch erfolgt.In contrast to conventional, large-sized ceramics, the ceramic structure of the product according to the invention can be cooled very rapidly, since on the one hand the round shape of the grain gives off a uniform amount of heat and on the other hand the heat is given off very quickly due to the small size of the grain.
Das abgekühlte, keramisierte Granulat wird aus dem Kühler ausgetragen und in ein Silo geblasen. In diesem Stand ist der ganze Prozess abgeschlossen und das Abfallmaterial inert in das keramische Korn eingebunden. Dieses kann anschliessend verbaut oder deponiert werden.The cooled, ceramized granulate is discharged from the cooler and blown into a silo. At this stage, the whole process is complete and the waste material is inertly integrated into the ceramic grain. This can then be installed or deposited.
Wie bereits angedeutet, kann das keramisierte Granulat als Leichtsand in Baumaterialien wie Beton, Mörtel, usw. verwendet werden und dient als Ersatz von herkömmlichen, schwereren Materialien. Insbesondere kann daraus ein Leichtmörtel oder Leichtbeton für die Sanierung von Bauwerken oder ein Konstruktionsbeton hergestellt werden. As already indicated, the ceramized granulate can be used as light sand in building materials such as concrete, mortar, etc. and serves as a replacement for conventional, heavier materials. In particular, a light mortar or lightweight concrete for the renovation of buildings or a structural concrete can be produced from it.

Claims

PATENT ANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zur thermischen Behandlung von mineralischem Granulat durch Aufheizen in einem Ofen und wieder Abkühlen nach Verlassen des Ofens, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat in einem Durchlaufofen in einer einlagigen Partikelschicht auf einer Unterlage während einer gezielt gewählten Durchlaufzeit aufgeheizt wird.1. A process for the thermal treatment of mineral granules by heating in an oven and cooling again after leaving the oven, characterized in that the granules are heated in a continuous layer in a single-layer particle layer on a base during a specifically selected cycle time.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung bei einer Temperatur von ca. 1000"C bis 1400°C erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the treatment is carried out at a temperature of about 1000 "C to 1400 ° C.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat in der Art in den Ofen aufgegeben wird, dass eine gleichmässige Wärmezufuhr gewährleistet ist und ein Zusammenkleben der Partikel verhindert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the granules are added to the furnace in such a way that a uniform supply of heat is ensured and the particles are prevented from sticking together.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportunterlage des Durchlaufofens mit einer Schutzschicht ausgestattet ist, die das Anbacken des Produktes auf der Transportunterlage verhindert.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the transport base of the continuous furnace is equipped with a protective layer which prevents the product from caking on the transport base.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohmaterialien aus einem keramikfähigen Grundmaterial und gewünschtenfalls Abfallstoffen, Reaktionshilfsstoffen, Blähmittel und/oder Bindemittel bestehen.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the raw materials consist of a ceramic-compatible base material and, if desired, waste materials, reaction aids, blowing agents and / or binders.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial, gegebenenfalls unter vorheriger Zumischung von Bindemittel, Reaktionshilfsstoffen und/oder Blähmittel, vorher granuliert wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the base material, if appropriate with prior admixture of binders, reaction auxiliaries and / or blowing agents, is previously granulated.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat in einem Vorerhitzer auf eine Temperatur bis 1000°C gebracht wird, bevor es in den Durchlaufofen gegeben wird. Keramisiertes Granulat, das mittels Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wurde.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the granules are brought to a temperature of up to 1000 ° C in a preheater before they are placed in the continuous furnace. Ceramicized granules, which were produced by the method according to any one of claims 1 to 7.
Verwendung eines keramisierten Granulats gemäss Anspruch 8 als Leichtsand in Baumaterialien, beispielsweise in Leichtmörtel oder Leichtbeton zur Sanierung von Bauwerken oder in Konstruktionsbeton. Use of a ceramized granulate according to claim 8 as light sand in building materials, for example in light mortar or light concrete for the renovation of buildings or in structural concrete.
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