WO2015036241A1 - Schachtofen und verfahren zum aufarbeiten von einem fluor enthaltenden abfallprodukt - Google Patents

Schachtofen und verfahren zum aufarbeiten von einem fluor enthaltenden abfallprodukt Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a shaft furnace and a method for working up a fluorine-containing waste product, in particular from aluminum production, such as bath material.
  • a fluorine-containing electrolyte bath which consists essentially of cryolite or chiolite and aluminum fluoride, calcium fluoride and aluminum oxide.
  • the reactions occurring during the electrolysis change the chemical composition of the bath material, which deteriorates the current density of the bath material and leads to higher energy consumption.
  • WO 2012/1 13826 A1 discloses a method for working up SPL in a shaft furnace. In the known driving the SPL is heated by igniting the carbon bound in the SPL to a temperature above the vaporization temperature of the hazardous substances contained in the SPL. The hazardous substances are removed after passage into the gas phase by an extraction system from the shaft furnace and processed.
  • a shaft furnace for working up a waste product in particular from aluminum production, such as bath material, comprises a plurality of substantially vertically Vertikalsinkraum superposed furnace segments, namely a hearth segment with a combustion chamber in which the waste product can be exposed to a temperature of at least 500 ° C.
  • Feed segment where waste product can be fed to the shaft furnace and along which the waste product can sink under the influence of gravity within the shaft furnace to the hearth segment, and an exhaust gas discharge segment with a discharge opening for venting, in the vertical insertion direction between the feed segment and the hearth segment is arranged.
  • the hearth segment is connected to an oxygen source, such as a compressed air reservoir, and / or to a source of water, such as a steam trap or water mist generator, below the exhaust port of the exhaust drain segment such that exhaust flow toward the exhaust port of the exhaust vent segment is realized.
  • the feed segment comprises at least one feed opening arranged above the discharge opening of the exhaust gas discharge segment for introducing oxygen and / or water and / or water vapor and / or fuel above the exhaust gas discharge segment into the shaft furnace, so that an outflow, in particular a fuel gas and / or exhaust gas outflow, of which is realized at least one feed opening to the discharge opening.
  • a fuel hearth supply having a fuel supply line connecting an external fuel source, such as a carbon reservoir, to a fuel input port formed in the combustion chamber is connected to the shaft furnace below the discharge port such that fuel such as coal fabric, directly into the combustion chamber can be introduced.
  • the fuel supplied to the shaft furnace burns and thereby heats the waste product above a melting temperature, the hearth segment receiving the waste product melt.
  • an oxygen source and / or a hydrogen source is connected to the fuel hearth supply such that an oxygen flow and / or a water flow entrains the fuel for transport into the combustion chamber.
  • the fuel hearth supply comprises one or more nozzles for injecting oxygen and / or water and / or water vapor and / or fuel.
  • Oxygen, in pure form or as a compressed air mixture, water mist, water vapor, and fuel, in particular carbon, can be supplied in a desired mixing ratio through the fuel hearth supply, so that optimal chemical reaction conditions are provided for a specific waste product.
  • low-carbon or carbon-free waste products of a workup are accessible with the shaft furnace according to the invention, since by means of the fuel hearth supply in the combustion chamber, a fuel-rich environment can be produced, so that the required reaction energy is achieved. It has been found that injecting fuel into the exhaust gas flow below the discharge opening can produce a particularly efficient work-up reaction which can be maintained with comparatively little supplied fuel, depending on the waste product, or after self-activation, essentially without further fuel supply. expires.
  • the processing of the waste product in the shaft furnace according to the invention makes it possible to work up waste products cost-effectively and close to the origin, so that a transport of waste products containing hazardous substances can be avoided.
  • the fuel hearth supply has a fuel metering device with a preferably electronic controller.
  • the controller is connected to at least one sensor for determining an actual fuel concentration, in particular in the combustion chamber. par-
  • the controller adjusts a quantity of the fuel to be introduced into the combustion chamber according to a predetermined desired fuel concentration.
  • the at least one sensor is designed as a temperature sensor for determining the temperature in the combustion chamber and / or a filling level sensor arranged in particular in the feed segment for determining a quantity of waste product in the shaft furnace.
  • the fuel can be introduced as a fuel water vapor mixture.
  • a mixing section in particular an injector nozzle, is preferably provided in the fuel hearth supply.
  • the injector nozzle has a blowing medium connection for water vapor and / or oxygen and a suction medium connection for fuel, such as carbon.
  • the suction medium connection is connected to the fuel source, preferably to the carbon storage.
  • the fuel hearth supply more, in particular at the same circumferential distance from each other along an inner wall of the shaft furnace arranged nozzles for blowing in oxygen and / or water vapor and / or fuel, such as carbon.
  • the nozzles are formed of copper.
  • the pre-mixing of fuel with water vapor and / or fuel with oxygen can be realized outside the combustion chamber with little technical effort, so that a present in an exact mixing ratio of reaction gas mixture is supplied to the combustion chamber.
  • nozzles for carbon and water vapor and carbon for oxygen and water vapor are arranged alternately along the inner circumference. With the alternating arrangement, a homogeneous reaction gas atmosphere can be generated in the combustion chamber.
  • the feed segment has a preferably laterally disposed on the furnace opening on which a dust extraction system is arranged.
  • the insertion opening is equipped with a Kippkübel observed.
  • the hearth segment has at least one tap opening, on which an exhaust gas extraction system is arranged.
  • the Staubabgasabsaugstrom and / or the Abgasabsaugstrom are each connected via a network of pipes with the fuel stove feed to supply extracted dust and / or extracted exhaust gas for processing the combustion chamber.
  • the invention also relates to a method for working up a low-carbon waste product, in particular from aluminum production, such as bath material, in a shaft furnace in which the low-carbon waste product is subjected to combustion of a fuel fed to the shaft furnace at a temperature of at least 500 ° C.
  • the shaft furnace is designed as described above.
  • the method determines a fuel-actual concentration relative to the low-carbon waste product in the shaft furnace and supplies fuel to the shaft furnace depending on a predetermined target fuel concentration.
  • a low-carbon, in particular even a carbon-free, waste product which falls below a minimum fuel fraction necessary for the work-up reaction of the waste product in the shaft furnace, can be worked up in a shaft furnace.
  • low-carbon is meant that the waste product contains predominantly no carbon, that is less than 50 percent, preferably less than 30 percent.
  • the desired predetermined desired fuel concentration depends on the waste product to be worked up and the desired work-up reaction and can be due to the monitoring of the actual fuel concentration in the shaft furnace and control, in particular control, the fuel supply and optionally the amount of waste product supplied exactly to adjust.
  • the fuel and the low-carbon waste product are supplied premixed to the shaft furnace and / or the fuel optionally additionally supplied separately from the low-carbon waste product.
  • the fuel is a carbonaceous material, such as a carbonaceous by-product, particularly from aluminum production, such as spent cathode material, or carbon dust.
  • the low carbon waste product is mixed with cathode material prior to feeding into the shaft furnace.
  • the cathode material serves as residence time extender and surface enhancer for the low-carbon waste product, so that it sinks more slowly in the shaft furnace and can be preheated to improve the work-up efficiency.
  • carbon powder or dust is additionally mixed with oxygen and / or water vapor and fed to the shaft furnace, preferably blown into the shaft furnace.
  • the fuel supply quantity is in particular adapted continuously such that the combustion in the shaft furnace is autothermal and / or the actual fuel concentration approaches a target fuel concentration of between 15% and 50%, preferably between approximately 20% and 32% ,
  • the Brennstoffzu Swissmenge is determined via a control algorithm using the measured actual fuel concentration and the predetermined target fuel concentration.
  • the adjustment of the amount of fuel supplied causes the energy expenditure for the work-up process, which is covered in particular predominantly by the fuel supply, to be kept as low as possible.
  • the waste product to between 500 ° C and 1000 ° C, preferably between 650 ° C and 800 ° C, preferably heated to about 730 ° C.
  • the waste product is heated to between 600 ° C and 1200 ° C, in particular between 800 ° C and 1000 ° C, preferably to about 890 ° C for this purpose.
  • sodium fluoride which has been dissolved in particular in a workup reaction in the shaft furnace from the low-carbon waste product, worked up under supply of water vapor and carbon.
  • the work-up temperature is between 1000 ° C and 2200 ° C, in particular about 1500 ° C to 1700 ° C, preferably about 1600 ° C.
  • the work-up temperature is between 600 ° C and 1600 ° C, in particular about 1000 ° C to 1200 ° C, preferably about 1100 ° C.
  • the work-up method preferably proceeds in accordance with the mode of operation of the above-described and subsequently described shaft furnace and / or the shaft furnace is designed for carrying out the method according to the invention.
  • the invention also relates to the use of a shaft furnace for processing waste products from aluminum production, the shaft furnace comprising a combustion chamber in which a waste product of a temperature of at least 500 ° C is suspended.
  • bath material from aluminum production is supplied to the shaft furnace in order to separate fluorine constituents from the bath material and, in addition to the bath material, fuel such as carbon, in particular spent cathode material or carbon dust, is fed to the shaft furnace, in particular the combustion chamber.
  • the amount of fuel supplied is controlled so that a fuel concentration relative to the bath material in the shaft furnace is between 15% and 50%, preferably between about 20% and 32%.
  • One or more aspects of the invention have the advantage that waste products from aluminum production, such as bath material or cathode material, can be worked up in an energy-efficient and cost-effective manner in the vicinity of aluminum production.
  • waste products from aluminum production such as bath material or cathode material
  • contained in the waste products classified as hazardous materials components of reusable in the waste products recyclables are separated.
  • different operating temperatures can be generated in different furnace segments to flexibly provide a desired work-up reaction chain.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a shaft furnace according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic illustration of a segment of the shaft furnace according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a schematic representation of another segment of the shaft furnace according to the first embodiment
  • FIG. 4 shows a further schematic illustration of the shaft furnace segment according to FIG. 3;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a segment of the shaft furnace according to Fig. 1;
  • Fig. 6 is a schematic representation of a segment of the shaft furnace according to Fig. 1;
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a hearth segment according to a shaft furnace according to the invention.
  • Fig. 8 is a schematic representation of a second embodiment of a
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of the second embodiment according to FIG. 8 in a second configuration
  • Fig. 10 is a schematic representation of the second embodiment according to FIGS. 8 and 9 in a third configuration.
  • a shaft furnace according to the invention is generally provided with the reference numeral 1.
  • the shaft furnace 1 comprises a plurality of furnace segments, which are arranged one below the other, essentially along a common vertical direction V, and provide the functions necessary for carrying out the method according to the invention.
  • the shaft furnace 1 which is designed to work up a fluorine-containing waste product hangs on a steel frame, not shown.
  • An exhaust gas discharge segment 5 in vertical waste product inlet is fixedly mounted on the steel frame, as indicated in FIG. 1 by bearing points. Further furnace segments of the shaft furnace 1 are grouped in the vertical direction V above and below the exhaust gas outlet segment 5 and are fastened via flanges respectively to the immediately adjacent furnace segments.
  • a feed segment 3 arranged above the exhaust gas discharge segment 5 comprises a feed chute 33, via which a waste product to be worked up into the
  • Shaft furnace is introduced. From the feed chute 33, the waste product sinks, according to the effect of gravity, on the waste product through the furnace segments below.
  • the material feed chute 33 is preceded by a material mixing station 37, from which the waste product and possibly further substances to be fed to the shaft furnace pass into the feed chute 39 via a furnace insert 39 arranged laterally on the feed chute 33.
  • the Ofeneinthan 39 is equipped with a tilting bucket system, not shown for filling the kiln insert 39 and a Staubabsaugstrom 41.
  • the tilting bucket system allows materials to be fed to the shaft furnace 1 to be assembled at a material mixing station 37 arranged arbitrarily in the vicinity of the shaft furnace and to be transported to the material feed chute 33.
  • a dust filter 43 When filling the shaft furnace 1 via the Ofeneinthan 39 resulting waste product dust is passed through a dust filter 43.
  • the dust filter 43 is connected via a non-illustrated line network with a dust bin of the shaft furnace. The collected in the dust bin waste product dust can be supplied via a line of the combustion chamber 1 1 to burn this.
  • an emergency chimney 35 is arranged, via the exhaust gas can be derived from the shaft furnace 1 in an emergency.
  • the emergency chimney 35 is closed by means of a flap, not shown, which prevents the ingress of ambient air and / or rainfall in the shaft furnace.
  • the preheating segment 9 has a heating device which comprises a gas burner 29, such as a natural gas burner and an induction heater 25 connected downstream of the gas burner 29.
  • the gas burner 29 comprises a nozzle system 31, which can supply fuel gas, water vapor and / or oxygen to a gas combustion chamber.
  • the induction heater 25 has around the shaft segment annular circulating induction coils 27.
  • the induction heater 25 is followed by a feed device 21 having a nozzle system 23 for oxygen and / or water and / or water vapor.
  • the nozzle system 23 forms at least one feed opening 20, via which oxygen and / or water and / or water vapor can be introduced into the sinking material.
  • the nozzle system 23 may include additional nozzles for carbon and / or steam.
  • the suction segment comprises a suction chamber 17 with a discharge opening 71, which connects the exhaust gas discharge segment 5 via an exhaust manifold 73 with an exhaust aftertreatment system 75.
  • the exhaust aftertreatment system 75 includes a post-combustion chamber for the implementation of the hazardous substances contained in the exhaust gases. Due to the central positioning of the exhaust gas discharge segment 5, exhaust gas in the same direction, in which the material to be worked up in the shaft furnace sinks, is drawn off above the exhaust gas discharge segment 5. Below the exhaust gas outlet segment 5, the exhaust gas flow is directed counter to the sinking direction of the material to be worked up.
  • the carbon feed takes place according to the invention in the region of the material to be processed in the opposite direction
  • a hearth segment 7 which has a combustion chamber 1 1, in which a line of the fuel stove feeder 15 opens.
  • the fuel stove feeder 15 thus connects a carbon feed 13 directly via a fuel inlet opening 18 to the combustion chamber 11.
  • a compressed fluid such as water, steam or oxygen
  • nozzles carbon and water vapor or oxygen and water vapor in the combustion chamber can be fed via nozzles carbon and water vapor or oxygen and water vapor in the combustion chamber.
  • the amount of carbon is through a compressed fluid, such as water, steam or oxygen
  • Fuel metering device 14 is set, which includes a controller, which sets based on a target fuel concentration in the combustion chamber 1 1, the fuel supply amount according to a control routine.
  • the fuel stove feeder has, as further components, an oxygen source 22 and a water source 24, such as a steam or water mist generator, so that the fuel can be mixed with oxygen and / or water before it enters the combustion chamber.
  • mer 1 1 is passed.
  • the excipients oxygen and water or water vapor can be used as a propellant that directs the fuel in the hearth segment 7 or separately in the hearth segment 7 and the combustion chamber 1 1 are introduced to influence the melting process.
  • a maintenance opening 55 is provided in the combustion chamber 1 1, which forms a closable passage through the shaft furnace outer wall.
  • further closable tapping openings are arranged in the region of the sole of the combustion chamber 11, via which liquid iron or liquid slag can be discharged into a tapping processing system 53, which is indicated by arrow 57.
  • a particularly cost-effective disposal of waste products resulting from the production of aluminum is achieved when the shaft furnace 1 is charged with a mixture of carbonaceous SPL and bath material, because two hazardous substances are processed in one operation.
  • Maintenance opening 55 is introduced into the combustion chamber 1 1 of the hearth segment 7. Resulting exhaust gases are passed through the exhaust gas outlet segment 5 from the oven. When firing can first compressed air or to accelerate the Burning oxygen to the combustion chamber 1 1 of the hearth segment 7 are supplied. Once a working temperature of about 1200 degrees Celsius is reached, the oxygen, compressed air and carbon supply is controlled by a process control center so that the working temperature is maintained.
  • the shaft furnace 1 is then filled via the feed segment 3 with a mixture of bath material and SPL.
  • the compiled in the material mixing station 37 mixture is poured through the lateral furnace insertion 39 into the feed chute 33, from which it passes through a dip tube 24 in the gas burner 29.
  • the dip tube 24 extends over more than half the vertical height in the gas burner 29.
  • the mixture forms a pour cone 26 from.
  • the pour cone is heated in the gas burner 28, in which a nozzle system 31 with natural gas and Sauerstoffinjektoren 32, 32 'causes an oxidation reaction.
  • the carbonaceous material reacts with the oxygen with evolution of heat, whereby carbon monoxide is formed, which is available as fuel gas in subsequent furnace segments of the shaft furnace 1 available.
  • water and / or water vapor can be fed in via the nozzle system 31 in addition to the fuel gas and the oxidation gas.
  • the gas burner 29 is mounted separately on the steel framework, not shown, of the shaft furnace 1, so that furnace shaft segments arranged below the gas burner 29 can easily be removed from the shaft furnace for maintenance.
  • the gas burner 28 to achieve a higher yield of carbon monoxide, with the nozzle system 31 carbon are blown to gasify this.
  • the induction heater 25 connects.
  • the induction heater 25 has an induction coil 27 in order to expose the mixture sinking by the induction heater 25 to an induction field. Electrically conductive components of the bath material and / or the SPL heat up under the influence of the induction field penetrating the mixture.
  • the induction heater 25 is as a cylindrical corundum tube formed and the induction coil 27 poured into the refractory material. For shielding the induction coil, a ferrite ring is preferably provided.
  • the induction coil 27 is water-cooled so that its working temperature is between about 10 degrees Celsius and about 80 degrees Celsius.
  • the mixture preheated to a few hundred degrees Celsius sags through a feed device 21 shown in detail in FIG.
  • the feed device 21 supplies water or steam and / or oxygen to the preheated mixture via a nozzle system 23. If a sufficient supply of oxidizing gas is provided by the nozzle system 31 provided in the gas burner 29, the feed device 21 can be dispensed with in alternative embodiments.
  • the exhaust gas outlet segment 5 comprises a suction chamber 17, from which the process gas originates both from the furnace segments arranged above the suction segment 5 and from below the suction segment 5 arranged furnace segments via an exhaust manifold 73 into the exhaust aftertreatment system 75 passes.
  • the process gas is about 1200 degrees hot during suction and is cooled in the post-combustion chamber of the exhaust gas treatment plant 75 to about 1000 degrees.
  • the process gases can be removed from the furnace via the emergency chimney 35.
  • the exhaust manifold 73 has a Unterbucheinstellvoriques, with the suction pressure within the shaft furnace is adjustable, so that all the exhaust gases are withdrawn from the shaft furnace 1.
  • the mixture with the bath material enters the hearth segment 7 and the combustion chamber 1 1, as shown schematically in Figure 9.
  • the melting temperature is controlled by the supply amount of carbon and / or oxygen to a sufficiently high temperature that vaporize from the bath material and / or the SPL hazardous substances, in particular the fluorides and with the Exhaust gas flow are deducted.
  • carbon dust can be continuously blown into the combustion chamber 11 via the fuel stove feed 15.
  • the fuel stove feeder has a metering device, not shown, which is fed directly from a carbon reservoir and from which the carbon is fed in dust or powder form in a downpipe of an injection nozzle.
  • the melt of the bath material and the admixed SPL collects at the bottom or at the bottom of the combustion chamber 1 1 of the hearth segment 7.
  • About closable tap holes in the combustion chamber 1 1 can a Schlackeabstich 54 and / or Eisenabstich 56 in designated slag and / or iron - Abstich aser 53 flow out of the combustion chamber 1 1.
  • the Abgasabsaugstrom is connected to the fuel stove feeder 15 to supply the exhaust gas to the exhaust gas discharge system of the shaft furnace 1 and the downstream exhaust aftertreatment system 75.
  • FIG. 7 shows an example of a nozzle arrangement of a fuel stove feeder 15, as can be used, for example, in the combustion chamber 11 in the shaft furnace according to FIG.
  • three multi-component nozzles 61, 63, 65 project from the outside into the interior of the combustion chamber 11.
  • the nozzles are arranged at the same circumferential distance from one another in the cylindrical combustion chamber 1 1 of the hearth segment 7.
  • a uniform as possible, equidistant arrangement of the nozzles causes a uniform distribution of the fuel in the combustion chamber and ensures efficient combustion.
  • Area of Brennkanannner 1 1 are preferably arranged about one nozzle per 200 mm furnace diameter.
  • the multi-component nozzles 61, 63, 65 can additionally introduce water vapor or oxygen into the combustion chamber in addition to carbon.
  • multi-substance nozzles, which inject water vapor and oxygen, and multi-substance nozzles, which inject carbon and water vapor can each be arranged alternately along the inner circumference of the combustion chamber 11. The nozzles preferably incline toward a sole of the shaft furnace or to the melt collected in the combustion chamber 11.
  • Multi-substance nozzles 61, 63, 65 are formed from two tubes arranged concentrically with one another.
  • the nozzles are made of copper.
  • a nozzle outer wall is formed by a double-walled copper tube, wherein a cooling fluid is guided within the double wall, so that a melting of the nozzles is avoided.
  • the cooling fluid is water that is delivered from a redundant designed water cooling circuit through the nozzles.
  • further nozzles for blowing in oxygen and / or steam above or between the multi-fluid nozzles 61, 63, 65 may be provided.
  • the steam lead radially further outward in the combustion chamber 1 1 arranged as outlet openings, which carry carbon or oxygen.
  • the combustion chamber 1 1 arranged as outlet openings, which carry carbon or oxygen.
  • nozzles of the nozzle arrangement extend over at least one third, in particular at least half or two thirds of the combustion chamber radius into the combustion chamber, so that they protrude into the sinking waste product when the shaft furnace 1 is loaded properly and the carbon and oxygen directly into the waste product to be worked up blow.
  • high maximum temperatures in particular of up to 2000 ° C can be realized within the waste product to be processed, while the radially outer regions of the combustion chamber 1 1 are exposed only to lower temperatures, so that a longer life for the refractory lining of the combustion chamber 1 1 can be achieved.
  • furnace segments of a shaft furnace 1 according to the invention have a round inner cross-section with a diameter of less than 2 meters, preferably 600mm to 1200 mm, and are lined with refractory material.
  • the respective shaft segment outer walls preferably have a fluid-cooled, such as water-cooled, double wall.
  • the embodiment of a shaft furnace 1 shown in Figure 8 is similar in its construction and operation in most aspects of the embodiment of Figure 1, wherein like components are provided with the same reference numerals.
  • the embodiment according to FIG. 8 differs from the embodiment according to FIG. 1 in that the feed segment 3 is mounted separately above the preheating segment 9 on the steel scaffold, not shown in detail, and the preheating segment 9 is designed as an exchangeable module.
  • a fall and / or emergency discharge shaft 61 is used, in which a sinking waste product is heated only by the thermal radiation from the hearth segment and the process gas.
  • Oxidationsgaszu slaughter 16 is provided in a separate shaft segment 12 between the combustion chamber 1 1 and the exhaust outlet segment 5. It should be understood that the oxidizing gas supply means 16 as described with respect to the embodiment of FIG. 1 may also be embodied as a functional component of the fuel stove feeder 15 within.
  • FIG. 9 shows a second configuration of the shaft furnace 1 according to FIG. 8, in which instead of the downpipe and / or emergency discharge shaft 61 as preheating segment 9 there is an induction heater 25.
  • a gas burner 29 for preheating the sinking waste product is provided as the preheating segment 9.
  • the gas burner 29, the Indu Vietnamesesterrorismsegment 25 and the downpipe and / or Notabzugsschacht 61 and the connection points on the feed chute 33 and the exhaust outlet segment 5 are designed such that a respective functional module of the preheating segment 9 can be replaced without disassembling further shaft segments of the shaft furnace 1 have to.

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Abstract

Ein Schachtofen (1) zum Aufarbeiten eines Abfallprodukts insbesondere aus der Aluminiumproduktion umfasst mehrere übereinander angeordnete Ofensegmente: ein Herdsegment (7) mit einer Brennkammer (11), in der das Abfallprodukt einer Temperatur von wenigstens 500°C ausgesetzt werden kann; ein Zuführsegment (3), an dem das Abfallprodukt dem Schachtofen (1) zuführbar ist; und ein Abgasablasssegment (5) mit einer Ablassöffnung (71) zum Ablassen von Abgas, die zwischen dem Zuführsegment (3) und dem Herdsegment (7) angeordnet ist. Das Herdsegment (7) ist an eine Sauerstoffquelle und/oder an eine Wasserquelle unterhalb der Ablassöffnung des Abgasablasssegments (5) derart angeschlossen, dass eine Abgasaufströmung hin zu der Ablassöffnung (71) des Abgasablasssegments (5) realisiert ist. Das Zuführsegment weist eine oberhalb der Ablassöffnung des Abgasablasssegments angeordnete Einspeiseöffnung (20) zum Einbringen von Sauerstoff und/oder Wasser und/oder Wasserdampf und/oder Brennstoff in den Schachtofen auf. Eine Brennstoff-Herd-Zuführung weist eine Brennstoffzuführleitung auf, die eine Brennstoffquelle mit einer in der Brennkammer ausgebildeten Brennstoff-Eingabeöffnung (18) verbindet, und ist unterhalb der Ablassöffnung an den Schachtofen derart angeschlossen, dass Brennstoff direkt in die Brennkammer einbringbar ist. Eine Sauerstoffquelle und/oder eine Wasserquelle ist mit der Brennstoff-Herd-Zuführung derart verbunden, dass eine Sauerstoffströmung und/oder eine Wasserströmung den Brennstoff zum Transport in die Brennkammer mitnimmt. Die Brennstoff- Herd-Zuführung hat eine oder mehrere Düsen zum Einblasen von Sauerstoff und/oder Wasser und/oder Wasserdampf und/oder Brennstoff.

Description

SCHACHTOFEN UND VERFAHREN ZUM AUFARBEITEN VON EINEM FLUOR
ENTHALTENDEN ABFALLPRODUKT
Die Erfindung betrifft einen Schachtofen und ein Verfahren zum Aufarbeiten von ei- nem Fluor enthaltenden Abfallprodukt insbesondere aus der Aluminiumproduktion, wie Badmaterial. Bei der Schmelzflusselektrolyse nach dem Hall-Heroult-Verfahren, die insbesondere zur Herstellung von Primäraluminium eingesetzt wird, arbeitet man mit einem fluorhaltigen Elektrolytbad, das im Wesentlichen aus Kryolith oder Chiolith sowie Aluminiumfluorid, Calciumfluorid und Aluminiumoxid besteht. Die während der Elektrolyse ablaufenden Reaktionen verändern die chemische Zusammensetzung des Badmaterials, was die Stromdichte des Badmaterials verschlechtert und zu höherem Energieverbrauch führt. Um den Prozess möglichst wirtschaftlich durchzuführen, versucht man eine optimale Badmaterialzusammensetzung aufrecht zu erhalten, indem Badmaterialbestandteile, wie Aluminiumfluorid und/oder Calciumfluorid lau- fend ergänzt werden. Aufgrund dieser Zugabe von Material erhöht sich die Gesamtmenge an Badmaterial während des Prozesses und ein Badmaterialüberschuss muss aus dem laufenden Prozess entfernt werden. Eine Entsorgung des Abfallprodukts Badmaterial ist kostspielig, weil es aufgrund seines Fluorgehaltes als Gefahrstoff klassifiziert ist.
Ein anderes Beispiel für ein fluorhaltiges Abfallprodukt aus der Aluminiumproduktion ist das Kathodenmaterial, das in oben erwähnten Verfahren eingesetzt wird und dabei verschleißt. Verschlissenes Kathodenmaterial, sogenanntes SPL (Spent Pot Lining), enthält die Gefahrstoffe Cyanid und Fluor und muss wie das Badmaterial ei- ner Spezialentsorgung zugeführt werden. Aus WO 2012/1 13826 A1 ist ein Verfahren zum Aufarbeiten von SPL in einem Schachtofen bekannt. Bei dem bekannten Ver- fahren wird das SPL durch Zünden des in dem SPL gebundenen Kohlenstoffs auf eine Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur der im SPL enthaltenen Gefahrstoffe erhitzt. Die Gefahrstoffe werden nach Übergang in die Gasphase durch eine Absauganlage aus dem Schachtofen entfernt und aufbereitet.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere einen Schachtofen und ein Verfahren zum effizienten und kostengünstigen Aufarbeiten von einem Abfallprodukt insbesondere aus der Aluminiumproduktion, wie Badmaterial, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Danach umfasst ein Schachtofen zum Aufarbeiten eines Abfallprodukts insbesondere aus der Aluminiumproduktion, wie Badmaterial, mehrere im Wesentlichen in Vertikalsinkrichtung übereinander angeordnete Ofensegmente, nämlich ein Herd- segment mit einer Brennkammer, in der das Abfallprodukt einer Temperatur von wenigstens 500°C ausgesetzt werden kann, ein Zuführsegment, an dem Abfallprodukt dem Schachtofen zuführbar ist und längs dessen das Abfallprodukt unter dem Ein- fluss der Schwerkraft innerhalb des Schachtofens hin zum Herdsegment absinken kann, und ein Abgasablasssegment mit einer Ablassöffnung zum Ablassen von Ab- gas, die in Vertikalsinkrichtung zwischen dem Zuführsegment und dem Herdsegment angeordnet ist. Das Herdsegment ist an eine Sauerstoffquelle, wie einen Druckluftspeicher, und/oder an eine Wasserquelle, wie einen Wasserdampfspeicher oder Wassernebelerzeuger, unterhalb der Ablassöffnung des Abgasablasssegments derart angeschlossen, dass eine Abgasaufströmung hin zu der Abgasöffnung des Ab- gasablasssegments realisiert ist. Das Zuführsegment umfasst wenigstens eine oberhalb der Ablassöffnung des Abgasablasssegments angeordnete Einspeiseöffnung zum Einbringen von Sauerstoff und/oder Wasser und/oder Wasserdampf und/oder Brennstoff oberhalb des Abgasablasssegments in den Schachtofen, so dass eine Abströmung, insbesondere eine Brenngas- und/oder Abgasabströmung, von der we- nigstens einen Einspeiseöffnung hin zur Ablassöffnung realisiert ist. Erfindungsgemäß ist eine Brennstoffherdzuführung, die eine Brennstoffzuführleitung aufweist, welche eine externe Brennstoffquelle, wie einen Kohlenstoffspeicher, mit einer in der Brennkammer ausgebildeten Brennstoffeingabeöffnung verbindet, unterhalb der Ablassöffnung an den Schachtofen derart angeschlossen, dass Brennstoff, wie Kohlen- stoff, direkt in die Brennkammer einbringbar ist. Der dem Schachtofen zugeführte Brennstoff verbrennt und erhitzt dabei das Abfallprodukt über eine Schmelztemperatur, wobei das Herdsegment die Abfallproduktschmelze aufnimmt. Erfindungsgemäß ist eine Sauerstoffquelle und/oder eine Wasserstoffquelle mit der Brennstoff- herdzuführung derart verbunden, dass eine Sauerstoffströmung und/oder eine Wasserströmung den Brennstoff zum Transport in die Brennkammer mitnimmt Erfindungsgemäß weist die Brennstoffherdzuführung eine oder mehrere Düsen zum Einlasen von Sauerstoff und/oder Wasser und/oder Wasserdampf und/oder Brennstoff auf.
Durch die Brennstoffherdzuführung können der Brennkammer Sauerstoff, in Reinform oder als Druckluftgemisch, Wassernebel, Wasserdampf, sowie Brennstoff, insbesondere Kohlenstoff, in einem gewünschten Mischungsverhältnis zugeführt werden, so dass für ein bestimmtes Abfallprodukt optimale chemische Reaktionsbedin- gungen bereitgestellt sind. Insbesondere sind mit dem erfindungsgemäßen Schachtofen auch kohlenstoffarme oder kohlenstofffreie Abfallprodukte einer Aufarbeitung zugänglich, da mittels der Brennstoffherdzuführung in der Brennkammer eine brennstoffreiche Umgebung herstellbar ist, so dass die erforderliche Reaktionsenergie erreicht wird. Es stellte sich heraus, dass durch das Einblasen von Brennstoff in der Abgasaufströmung unterhalb der Ablassöffnung eine besonders effiziente Aufarbeitungsreaktion erzeugbar ist, die je nach Abfallprodukt mit vergleichsweise wenig zugeführtem Brennstoff aufrecht erhalten werden kann, oder nach Auslösung selbst erhaltend, im Wesentlichen ohne weitere Brennstoffzufuhr, abläuft. Die Aufarbeitung des Abfallprodukts im erfindungsgemäßen Schachtofen ermöglicht eine kosten- günstige und entstehungsortnahe Aufarbeitung von Abfallprodukten, so dass ein Transport von Gefahrstoffe enthaltenden Abfallprodukten vermieden werden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer bevorzugten Ausführung weist die Brennstoffherdzuführung eine Brennstoffdosiereinrichtung mit einem vorzugsweise elektronischen Regler auf. Insbesondere ist der Regler mit wenigstens einem Sensor zur Bestimmung einer Ist- Brennstoff-Konzentration insbesondere in der Brennkammer verbunden. Insbeson- dere stellt der Regler eine Menge des in die Brennkammer einzubringenden Brennstoffs gemäß einer vorbestimmten Soll-Brennstoffkonzentration ein. Insbesondere ist der wenigstens eine Sensor als Temperatursensor zum Bestimmen der Temperatur in der Brennkammer und/oder ein insbesondere in dem Zuführsegment angeordneter Füllstandsensor zum Bestimmen einer Abfallproduktmenge in dem Schachtofen ausgeführt. Mittels der regelbaren Brennstoffdosiereinrichtung lässt sich eine dem Aufarbeitungsverlauf angepasste, optimale Reaktionsumgebung mit einer minimalen Brennstoff konzentration erreichen, so dass der Schachtofen besonders wirtschaftlich zu betreiben ist. Durch Verarbeiten der Messgrößen Brennkammertemperatur und in dem Schachtofen befindliche Abfallproduktmenge in dem Regler, wird eine hohe Prozessreglungsgüte erreicht.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist der Brennstoff als ein Brennstoffwasserdampf- gemisch einbringbar. Vorzugsweise ist dazu in der Brennstoffherdzuführung ein Mischabschnitt, insbesondere eine Injektordüse, vorgesehen. Insbesondere weist die Injektordüse einen Treibmediumanschluss für Wasserdampf und/oder Sauerstoff und einen Saugmediumanschluss für Brennstoff, wie Kohlenstoff, auf. Insbesondere ist der Saugmediumanschluss mit der Brennstoffquelle, vorzugsweise mit dem Kohlenstoffspeicher, verbunden.
Bei einer bevorzugten Ausführung weist die Brennstoffherdzuführung mehrere insbesondere in gleichem Umfangsabstand zueinander entlang einer Innenwandung des Schachtofens angeordnete Düsen zum Einblasen von Sauerstoff und/oder Wasserdampf und/oder Brennstoff, wie Kohlenstoff, auf. Vorzugsweise sind die Düsen aus Kupfer ausgebildet. Die Vorabmischung von Brennstoff mit Wasserdampf und/oder Brennstoff mit Sauerstoff lässt sich außerhalb der Brennkammer mit geringem technischen Aufwand realisieren, so dass ein in einem exakten Mischungsverhältnis vorliegende Reaktionsgasmischung der Brennkammer zugeführt wird. Insbesondere sind entlang des Innenumfangs jeweils alternierend Düsen für Kohlenstoff und Was- serdampf und Kohlenstoff für Sauerstoff und Wasserdampf angeordnet. Mit der abwechselnden Anordnung kann eine homogene Reaktionsgasatmosphäre in der Brennkammer erzeugt werden. Bei einer bevorzugten Ausführung weist das Zuführsegment eine vorzugsweise seitlich am Ofen angeordnete Einwurföffnung auf, an der eine Staubabsauganlage angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Einwurföffnung mit einer Kippkübeleinrichtung ausgestattet. Insbesondere weist das Herdsegment wenigstens eine Abstichöffnung auf, an der eine Abgasabsauganlage angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Staubabgasabsauganlage und/oder die Abgasabsauganlage jeweils über ein Leitungsnetz mit der Brennstoffherdzuführung verbunden, um abgesaugten Staub und/oder abgesaugtes Abgas zur Aufarbeitung der Brennkammer zuzuführen. Durch Absaugen von im Bereich der Abfallproduktzuführlogistik anfallenden Staub bleibt die Umgebung des Schachtofens weitestgehend unbeeinträchtigt vom Schachtofenbetrieb. Durch Zuführen der abgesaugten Stäube in die Brennkammer erübrigt sich die separate Entsorgung der unter Umständen gefahrstoffhaltigen Stäube. Über die Abstichöffnung lässt sich die Schlacke des eingeschmolzenen Abfallprodukts aus dem Herdsegment, insbesondere der Brennkammer, entfernen. Die dabei aus der Ab- stichöffnung entweichenden Brenngase können durch Absaugen und Rückführen in die Brennkammer einem Abgaskreislauf und/oder wieder dem Schachtofens zugeführt werden, wobei gegebenenfalls ein Brennwert der Abgase nutzbar gemacht werden kann. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Aufarbeiten eines kohlenstoffarmen Abfallprodukts insbesondere aus der Aluminiumproduktion, wie Badmaterial, in einem Schachtofen, bei dem das kohlenstoffarme Abfallprodukt unter Verbrennung eines dem Schachtofen zugeführten Brennstoffs einer Temperatur von wenigstens 500°C ausgesetzt wird. Insbesondere ist der Schachtofen wie vorbeschrieben aus- gebildet. Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren eine Brennstoff-Ist-Konzentration bezogen auf das kohlenstoffarme Abfallprodukt in dem Schachtofen bestimmt und dem Schachtofen abhängig von einer vorbestimmten Brennstoff-Soll-Konzentration Brennstoff zugeführt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann erstmals ein kohlenstoffarmes, insbesondere sogar ein kohlenstofffreies Abfallprodukt, das für einen zur Aufarbeitungsreaktion des Abfallprodukts in dem Schachtofen notwendigen Min- destbrennstoffanteil unterschreitet, in einem Schachtofen aufgearbeitet werden. Unter kohlenstoffarm ist zu verstehen, dass das Abfallprodukt überwiegend keine Kohlenstoff enthält, also weniger als 50 Prozent, vorzugsweise weniger als 30 Prozent. Die gewünschte vorbestimmte Brennstoff-Soll-Konzentration hängt von dem aufzuarbeitenden Abfallprodukt und der gewünschten Aufarbeitungsreaktion ab und lässt sich aufgrund der Überwachung der Brennstoff-Ist-Konzentration im Schachtofen und Ansteuerung, insbesondere Regelung, der Brennstoffzuführung sowie gegebenen- falls der Menge des zugeführten Abfallprodukts exakt einstellen.
Vorzugsweise werden der Brennstoff und das kohlenstoffarme Abfallprodukt dem Schachtofen vorgemischt zugeführt und/oder der Brennstoff gegebenenfalls zusätzlich getrennt von dem kohlenstoffarmen Abfallprodukt zugeführt. Vorzugsweise ist der Brennstoff ein kohlenstoffhaltiges Material, wie ein kohlenstoffhaltiges Abfallprodukt insbesondere aus der Aluminiumproduktion, wie verbrauchtes Kathodenmaterial, oder Kohlenstoffstaub. Insbesondere wird das kohlenstoffarme Abfallprodukt vor dem Zuführen in den Schachtofen mit Kathodenmaterial gemischt. Das Kathodenmaterial dient dabei als Verweilzeitverlängerer und Oberflächenvergrößerer für das kohlenstoffarme Abfallprodukt, so dass dieses langsamer in dem Schachtofen absinkt und zur Verbesserung der Aufarbeitungseffizienz vorgewärmt werden kann. Insbesondere wird zusätzlich Kohlenstoffpulver oder Staub mit Sauerstoff und/oder Wasserdampf vermischt und dem Schachtofen zugeführt, vorzugsweise in den Schachtofen eingeblasen.
Vorzugsweise wird die Brennstoffzuführmenge insbesondere kontinuierlich derart angepasst, dass die Verbrennung in dem Schachtofen autotherm abläuft und/oder die Brennstoff-Ist-Konzentration sich einer Brennstoff-Soll-Konzentration zwischen 15% und 50%, vorzugsweise zwischen etwa 20% und 32%, annähert. Vorzugsweise wird die Brennstoffzuführmenge über einen Regelungsalgorithmus unter Verwendung der gemessenen Brennstoff-Ist-Konzentration und der vorgegebenen Brennstoff-Soll-Konzentration bestimmt. Die Anpassung der Brennstoffzuführmenge bewirkt, dass der insbesondere überwiegend über die Brennstoffzufuhr gedeckte Energieaufwand für das Aufarbeitungsverfahren möglichst gering gehalten wird.
Vorzugsweise wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem kohlenstoffarmen Abfallprodukt enthaltenes Chiolith zu Natriumfluorid und Aluminiumfluorid, insbesondere gemäß der Bilanzgleichung Na5AI3F14 = 5 NaF + 3AIF3 umgesetzt. Insbesondere wird dazu das Abfallprodukt auf zwischen 500°C und 1000°C, vorzugsweise zwischen 650°C und 800°C, vorzugsweise auf etwa 730°C erhitzt.
Vorzugsweise wird in dem kohlenstoffarmen Abfallprodukt enthaltenes Kryolith zu Natriumfluorid und Aluminiumfluorid, insbesondere gemäß der Bilanzgleichung Na3AIF6 = 3 NaF + AIF3, umgesetzt. Insbesondere wird dazu das Abfallprodukt auf zwischen 600°C und 1200°C, insbesondere zwischen 800°C und 1000°C, vorzugsweise auf etwa 890°C erhitzt. Vorzugweise wird Natriumfluorid, das insbesondere bei einer Aufarbeitungsreaktion in dem Schachtofen aus dem kohlenstoffarmen Abfallprodukt gelöst wurde, unter Zuführung von Wasserdampf und Kohlenstoff aufgearbeitet. Insbesondere wird das Natriumfluorid gemäß der Gleichung 2 NaF + 3 H2O + 2C = Na2O + HF + 2 CO + 2 H2 umgesetzt. Insbesondere beträgt die Aufarbeitungstemperatur zwischen 1000°C und 2200°C, insbesondere etwa 1500°C bis 1700°C, vorzugsweise etwas 1600°C. Vorzugsweise wird Aluminiumfluorid, das insbesondere bei einer Aufarbeitungsreaktion in dem Schachtofen aus dem kohlenstoffarmen Abfallprodukt gelöst wurde, unter Zuführung von Wasserdampf insbesondere gemäß der Gleichung 2 AIF3 + 3 H2O = AI2O3 + 6 HF aufgearbeitet. Insbesondere beträgt die Aufarbeitungstemperatur zwi- sehen 600°C und 1600°C, insbesondere etwa 1000°C bis 1200°C, vorzugsweise etwa 1 100°C.
Vorzugsweise wird aus dem kohlenstoffarmen Abfallprodukt in dem Schachtofen in einer Aufarbeitungsreaktion gelöster Fluorwasserstoff unter Zugabe von Kalzium- hydroxid oder Kalziumoxid, insbesondere gemäß der Gleichung CaO + 2 HF = CaF2 + H2O zu Flussspat umgesetzt.
Vorzugsweise läuft das Aufarbeitungsverfahren gemäß der Arbeitsweise des vor- und nachbeschriebenen Schachtofens ab und/oder ist der Schachtofen zur Durch- führen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Schachtofens zum Aufarbeiten von Abfallprodukten aus der Aluminiumproduktion, wobei der Schachtofen eine Brennkammer umfasst, in der ein Abfallprodukt einer Temperatur von wenigstens 500°C ausgesetzt wird. Erfindungsgemäß wird dem Schachtofen Badmaterial aus der Aluminiumproduktion zugeführt, um Fluorbestandteile von dem Badmaterial zu trennen und wird zusätzlich zu dem Badmaterial Brennstoff, wie Kohlenstoff, insbesondere verbrauchtes Kathodenmaterial oder Kohlenstoffstaub, dem Schachtofen, insbesondere der Brennkammer, zugeführt.
Vorzugsweise wird die Menge des zugeführten Brennstoffs derart geregelt, dass eine Brennstoffkonzentration bezogen auf das Badmaterial in dem Schachtofen zwischen 15% und 50%, vorzugsweise zwischen etwa 20% und 32%, beträgt.
Ein oder mehrere Ausgestaltungsaspekte der Erfindung haben den Vorteil, dass Abfallprodukte aus der Aluminiumproduktion, wie Badmaterial oder Kathodenmaterial, in Nähe zur Aluminiumproduktion energieeffizient und kostengünstig aufgearbeitet werden können. Dabei können in den Abfallprodukten enthaltene, als Gefahrstoffe klassifizierte Bestandteile von in den Abfallprodukten wiederverwertbaren Wertstoffen getrennt werden. In dem Schachtofen können in verschiedenen Ofensegmenten unterschiedliche Arbeitstemperaturen erzeugt werden, um flexibel eine gewünschte Aufarbeitungsreaktionskette bereitzustellen. Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen anhand der beiliegenden Figuren, in denen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Schacht- ofens gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Segments des Schachtofens gemäß der ersten Ausführungsform; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Segments des Schachtofens gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung des Schachtofensegments gemäß Fig. 3; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Segments des Schachtofens gemäß Fig. 1 ; Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Segments des Schachtofens gemäß Fig. 1 ;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Herdsegments gemäß einem erfindungsgemäßen Schachtofen;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines
Schachtofens gemäß der Erfindung in einer ersten Konfiguration;
Fig. 9 eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 8 in einer zweiten Konfiguration;
Fig. 10 eine schematische Darstellung der zweiten Ausführung gemäß den Fig. 8 und 9 in einer dritten Konfiguration. In den Figuren ist ein Schachtofen gemäß der Erfindung im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen. Der Schachtofen 1 umfasst mehrere Ofensegmente, die untereinander, im Wesentlichen entlang einer gemeinsamen Vertikalrichtung V angeordnet sind und die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Funktionen bereitstellen.
Der Schachtofen 1 , der zum Aufarbeiten eines Fluor enthaltenden Abfallprodukts ausgelegt ist, hängt an einem nicht näher dargestellten Stahlgerüst. Ein in vertikaler Abfallproduktsinkrichtung mittleres Abgasablasssegment 5 ist an dem Stahlgerüst fest montiert, wie in Fig. 1 durch Lagerstellen angedeutet ist. Weitere Ofensegmente des Schachtofens 1 gruppieren sich in Vertikalrichtung V oberhalb und unterhalb um das Abgasablasssegment 5 und sind über Flansche jeweils an den unmittelbar benachbarten Ofensegmenten befestigt. Ein oberhalb des Abgasablasssegments 5 angeordnetes Zuführsegment 3 umfasst einen Zuführschacht 33, über den ein aufzuarbeitendes Abfallprodukt in den
Schachtofen eingebracht wird. Vom Zuführschacht 33 aus sinkt das Abfallprodukt gemäß der Wirkung der Schwerkraft auf das Abfallprodukt durch die unterhalb nach- folgenden Ofensegmente ab. Dem Materialzuführschacht 33 ist eine Materialmischstation 37 vorgelagert, von der aus das Abfallprodukt und gegebenenfalls weitere dem Schachtofen zuzuführende Stoffe über einen seitlich am Zuführschacht 33 angeordneten Ofeneinwurf 39 in den Zuführschacht gelangen. Der Ofeneinwurf 39 ist mit einer nicht dargestellten Kippkübelanlage zum Befüllen des Ofeneinwurfs 39 und einer Staubabsauganlage 41 ausgestattet. Es sollte klar sein, dass obwohl die Materialmischstation 37 in der schematischen Darstellung direkt am Zuführschacht 33 angeordnet ist, es die Kippkübelanlage erlaubt, dem Schachtofen 1 zuzuführende Stoffe an einer beliebig im Umfeld des Schachtofens angeordneten Materialmischstation 37 zusammenzustellen und zum Materialzuführschacht 33 zu transportieren. Beim Befüllen des Schachtofens 1 über den Ofeneinwurf 39 anfallender Abfallproduktstaub wird durch einen Staubfilter 43 geleitet. Der Staubfilter 43 ist über ein nicht näher dargestelltes Leitungsnetz mit einem Staubbunker des Schachtofens verbunden. Der in dem Staubbunker gesammelte Abfallproduktstaub kann über eine Leitung der Brennkammer 1 1 zugeführt werden, um diesen zu verbrennen.
Oberhalb des Materialzuführschachts 33 ist ein Notkamin 35 angeordnet, über den im Notfall Abgas aus dem Schachtofen 1 abgeleitet werden kann. Der Notkamin 35 ist mittels einer nicht dargestellten Klappe verschließbar, die das Eindringen von Umgebungsluft und/oder Niederschlag in den Schachtofen zu verhindert.
An den Zuführschacht 33 schließt sich in Vertikalrichtung unterhalb ein Vorwärmsegment 9 an. Das Vorwärmsegment 9 weist eine Heizeinrichtung auf, die eine Gasbrenner 29, wie einen Erdgasbrenner sowie eine dem Gasbrenner 29 nachgeschaltete Induktionsheizung 25 umfasst. Der Gasbrenner 29 umfasst ein Düsensystem 31 , das einem Gasbrennraum Brenngas, Wasserdampf und/oder Sauerstoff zuführen kann. Die Induktionsheizung 25 weist um das Schachtsegment ringförmig umlaufende Induktionsspulen 27 auf. Oberhalb des Abgasablasssegments 5, ist der Induktionsheizung 25 eine Einspeisevorrichtung 21 nachgeschaltet, die ein Düsensystem 23 für Sauerstoff und/oder Wasser und/oder Wasserdampf aufweist. Das Düsensystem23 bildet wenigstens eine Einspeiseöffnung 20, über die Sauerstoff und/oder Wasser und/oder Wasserdampf in das absinkende Material eingebracht werden kann. Bei alternativen Ausführungen kann das Düsensystem 23 zusätzliche Düsen für Kohlenstoff und/oder Dampf aufweisen.
Unterhalb der Einspeisevorrichtung 21 schließt sich das Abgasablasssegment 5 an. Das Absaugsegment umfasst eine Absaugkammer 17 mit einer Ablassöffnung 71 , die das Abgasablasssegment 5 über einen Abgaskrümmer 73 mit einer Abgasnachbehandlungsanlage 75 verbindet. Die Abgasnachbehandlungsanlage 75 umfasst eine Nachverbrennungskammer zur Umsetzung der in den Abgasen enthaltenen Gefahrstoffe. Durch die mittige Positionierung des Abgasablasssegments 5 wird ober- halb des Abgasablasssegments 5 Abgas in der gleichen Richtung, in der das aufzuarbeitende Material im Schachtofen absinkt, abgezogen. Unterhalb des Abgasablasssegments 5 ist die Abgasaufströmung der Absinkrichtung des aufzuarbeitenden Materials entgegengerichtet. Die Kohlenstoffzuführung erfolgt erfindungsgemäß in dem Bereich der dem aufzubereitenden Material entgegen gerichteten
Abgasaufströmung.
Unterhalb des Abgasablasssegments 5 ist ein Herdsegment 7 angeordnet, das eine Brennkammer 1 1 aufweist, in die eine Leitung der Brennstoff-Herd-Zuführung 15 mündet. Die Brennstoff-Herd-Zuführung 15 verbindet somit einen Kohlenstoffspei- eher 13 direkt über eine Brennstoff-Eingabeöffnung 18 mit der Brennkammer 1 1 . Mittels eines komprimierten Fluides, wie Wasser, Wasserdampf oder Sauerstoff, kann über Düsen Kohlenstoff und Wasserdampf oder Sauerstoff und Wasserdampf in die Brennkammer eingespeist werden. Die Kohlenstoffmenge wird durch eine
Brennstoffdosiereinrichtung 14 eingestellt, die einen Regler umfasst, der auf Basis eine Soll-Brennstoffkonzentration in der Brennkammer 1 1 , die Brennstoffzuführ- menge gemäß einer Regelungsroutine einstellt. Die Brennstoff-Herd-Zuführung weist als weitere Komponenten eine Sauerstoffquelle 22 und eine Wasserquelle 24, wie einen Wasserdampf- oder Wassernebelerzeuger auf, so dass der Brennstoff mit Sauerstoff und/oder Wasser gemischt werden kann, bevor dieser in die Brennkam- mer 1 1 geleitet wird. Die Hilfsstoffe Sauerstoff und Wasser bzw. Wasserdampf können als Treibmedium eingesetzt werden, dass den Brennstoff in das Herdsegment 7 leitet oder separat in das Herdsegment 7 und die Brennkammer 1 1 eingeleitet werden, um den Schmelzprozess zu beeinflussen.
Für Instandhaltungszwecke ist in der Brennkammer 1 1 eine Wartungsöffnung 55 vorgesehen, die einen verschließbaren Durchgang durch die Schachtofenaußenwand bildet. Außerdem sind weitere verschließbare Abstichöffnungen im Bereich der Sohle der Brennkammer 1 1 angeordnet, über die flüssiges Eisen oder flüssige Schlacke in ein Abstichverarbeitungssystem 53 abgelassen werden können, was durch Pfeil 57 angedeutet ist.
Ein Beispiel für den Betrieb des Schachtofens 1 zur Aufbereitung von Badmaterial gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 7 beschrieben. Wenngleich gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Badmaterial in dem Schachtofen 1 bei ausschließlicher Kohlenstoffzuführung in der Brennkammer 1 1 durchgeführt werden kann, wird zur beispielhaften Darstellung des gesamten Funktionsumfangs und weiterer zusätzlich möglicher Verfahrensschritte der Ofenbetrieb für einen Fall beschrieben, in welchem dem Badmaterial zusätzliches kohlenstoffhaltiges Material in der Materialmischstation 37 beigegeben wird. Mit dieser Maßnahme kann wird die Vorwärmeffizienz und das Absinkverhalten der Gesamtmischung verbessert.
Eine besonders kostengünstige Entsorgung von bei der Aluminiumproduktion anfal- lenden Abfallprodukten wird erreicht, wenn der Schachtofen 1 mit einer Mischung aus kohlenstoffhaltigem SPL und Badmaterial beschickt wird, weil damit zwei Gefahrstoffe in einem Arbeitsgang aufgearbeitet werden.
Zunächst wird zum Anfeuern des Schachtofens über die Brennstoff-Herd-Zuführung 15 Kohlenstoff in die Brennkammer 1 1 eingeblasen. Der Kohlenstoff wird mit Hilfe eines manuellen mobilen Erdgasbrenners zum Zünden gebracht, der über die
Instandhaltungsöffnung 55 in die Brennkammer 1 1 des Herdsegments 7 eingeführt wird. Dabei entstehende Abgase werden durch das Abgasablasssegment 5 aus dem Ofen geleitet. Beim Anfeuern kann zunächst Pressluft oder zur Beschleunigung des Brennvorgangs Sauerstoff der Brennkammer 1 1 des Herdsegments 7 zugeführt werden. Sobald eine Arbeitstemperatur von etwa 1200 Grad Celsius erreicht ist, wird die Sauerstoff-, Druckluft und Kohlenstoffzufuhr von einer Prozessleitstelle derart geregelt, dass die Arbeitstemperatur erhalten bleibt.
Der Schachtofen 1 wird anschließend über das Zuführsegment 3 mit einer Mischung aus Badmaterial und SPL gefüllt. Die in der Materialmischstation 37 zusammengestellte Mischung wird über den seitlichen Ofeneinwurf 39 in den Zuführschacht 33 geschüttet, von dem sie über ein Tauchrohr 24 in den Gasbrenner 29 gelangt. Wie in Figur 2 zu sehen ist, sind an dem Tauchrohr 24 ein oberer Füllstandsensor 28 und einen unterer Füllstandsensor 28' angeordnet, über welche die zugeführte Menge der Mischung kontrollierbar ist. Das Tauchrohr 24 erstreckt sich über mehr als die Hälfte der vertikalen Höhe in den Gasbrenner 29. An der Mündung des Tauchrohrs 24 bildet die Mischung einen Schüttkegel 26 aus. Der Schüttkegel wird im Gasbrenner 28 erwärmt, in dem ein Düsensystem 31 mit Erdgas- und Sauerstoffinjektoren 32, 32' eine Oxidationsreaktion hervorruft. Dabei reagiert das kohlenstoffhaltige Material mit dem Sauerstoff unter Wärmeentwicklung, wobei Kohlenmonoxid entsteht, welches als Brenngas in nachfolgenden Ofensegmenten des Schachtofens 1 zur Verfügung steht. Über das Düsensystem 31 kann neben dem Brenngas und dem Oxidationsgas bei Bedarf Wasser und/oder Wasserdampf eingespeist werden.
Wie in Figur 3 durch Lager angedeutet ist, ist der Gasbrenner 29 separat am nicht näher dargestellten Stahlgerüst des Schachtofens 1 montiert, so dass unterhalb des Gasbrenners 29 angeordnete Ofenschachtsegmente leicht zur Wartung aus dem Schachtofen entnommen werden können. In dem Gasbrenner 28 um eine höhere Ausbeute an Kohlenmonoxid zu erreichen, mit dem Düsensystem 31 Kohlenstoff eingeblasen werden, um diesen zu vergasen.
An den Gasbrenner 29 schließt sich die Induktionsheizung 25 an. Wie in Figur 7 schematisch dargestellt, weist die Induktionsheizung 25 eine Induktionsspule 27 auf, um die durch die Induktionsheizung 25 absinkende Mischung einem Induktionsfeld aussetzen. Elektrisch leitfähige Bestandteile des Badmaterials und/oder des SPL erwärmen sich unter dem Einfluss des die Mischung durchdringenden Induktionsfelds. Vorzugsweise ist die Induktionsheizung 25 ist als zylindrisches Korundrohr ausgebildet und die Induktionsspule 27 in das feuerfeste Material eingegossen. Zur Abschirmung der Induktionsspule ist vorzugsweise ein Ferritring vorgesehen. Die Induktionsspule 27 ist wassergekühlt, so dass deren Arbeitstemperatur zwischen etwa 10 Grad Celsius und etwa 80 Grad Celsius liegt.
Aus der Induktionsheizung 25 sackt die auf einige hundert Grad Celsius vorerwärmte Mischung durch eine in Figur 8 im Detail dargestellte Einspeisevorrichtung 21 . Die Einspeisevorrichtung 21 führt über ein Düsensystem 23 Wasser bzw. Wasserdampf und/oder Sauerstoff der vorgewärmten Mischung zu. Sofern eine ausrei- chende Oxidationsgaszufuhr durch das im Gasbrenner 29 vorgesehene Düsensystem 31 bereitgestellt ist, kann die Einspeisevorrichtung 21 in alternativen Ausführungsformen entfallen.
Nach dem Durchlaufen der Einspeisevorrichtung 21 gelangt die Mischung in das Ab- gasablasssegment 5. Wie in Figur 5 gezeigt ist, umfasst das Abgasablasssegment 5 eine Absaugkammer 17, aus der Prozessgas sowohl aus den oberhalb des Absaugsegments 5 angeordneten Ofensegmenten als auch aus den unterhalb des Absaugsegments 5 angeordneten Ofensegmenten über einen Abgaskrümmer 73 in die Abgasnachbehandlungsanlage 75 gelangt. Das Prozessgas ist beim Absaugen etwa 1200 Grad heiß und wird in der Nachverbrennungskammer der Abgasaufbereitungsanlage 75 auf etwa 1000 Grad abgekühlt. Bei einem Ausfall der Abgasabsaugeinrichtung können die Prozessgase über den Notkamin 35 aus dem Ofen abgeführt werden. Der Absaugkrümmer 73 weist eine Unterdruckeinstellvorrichtung auf, mit der der Saugdruck innerhalb des Schachtofens einstellbar ist, so dass alle Abgase aus dem Schaftofen 1 abgezogen werden.
Von dem Abgasablasssegment 5 gelangt die Mischung mit dem Badmaterial in das Herdsegment 7 und die Brennkammer 1 1 , wie in Figur 9 schematisch dargestellt ist. In der Brennkammer 1 1 herrschen Temperaturen von wenigstens 1000 Grad Celsius, so dass die Materialmischung aufgeschmolzen wird. Die Schmelztemperatur wird durch die Zuführmenge von Kohlenstoff und/oder Sauerstoff auf eine ausreichend hohe Temperatur geregelt, dass die aus dem Badmaterial und/oder dem SPL aufzuarbeitenden Gefahrstoffe, insbesondere die Fluoride verdampfen und mit der Abgasströmung abgezogen werden. Zur Aufrechterhaltung des Schmelz- und Verdampfungsprozesses kann über die Brennstoff-Herd-Zuführung 15 laufend Kohlenstoffstaub in die Brennkammer 1 1 eingeblasen werden. Die Brennstoff-Herd-Zuführung weist eine nicht näher dargestellte Dosiereinrichtung auf, die direkt aus einem Kohlenstoffspeicher gespeist wird und von der aus der Kohlenstoff in Staub- oder Pulverform in einem Fallrohr einer Injektionsdüse zugeführt wird.
Neben der Kohlenstoffstaubeindüsung wird zudem über die Brennstoff-Herd-Zuführung Wasserdampf oder Wassernebel, Druckluft und Sauerstoff bedarfsgemäß in die Brennkammer 1 1 des Herdsegments 7 eingeleitet. Die Regelung der Brennstoff- Herd-Zuführung erfolgt mit einer nicht näher dargestellten Regelungselektronik über die Prozessleitstelle, wobei die Regelung derart ausgelegt ist, dass das Verdampfen von Gefahrstoffen aus dem Badmaterial und dem SPL, nach dem Anfeuern als au- totherme Reaktion abläuft.
Die Schmelze des Badmaterials und des beigemischten SPL sammelt sich am Boden oder an der Sohle der Brennkammer 1 1 des Herdsegments 7. Über verschließbare Abstichöffnungen in der Brennkammer 1 1 können ein Schlackeabstich 54 und/oder ein Eisenabstich 56 in dafür vorgesehenes Schlacke und/oder Eisen- abstichbehälter 53 aus der Brennkammer 1 1 abfließen. An den Abstichöffnungen ist einer Abgasabsauganlage 51 angeordnet, die Prozessgase abzieht und über ein nicht näher dargestelltes Leitungsnetz dem Schachtofen 1 wieder zuführen kann. Vorzugsweise ist die Abgasabsauganlage mit der Brennstoff-Herd-Zuführung 15 verbunden, um das Abgas dem Abgasablasssystem des Schachtofens 1 sowie der nachgeschalteten Abgasnachbehandlungsanlage 75 zuzuführen.
In Figur 7 ist ein Beispiel für eine Düsenanordnung einer Brennstoff-Herd-Zuführung 15 dargestellt, wie es beispielweise in der Brennkammer 1 1 in dem Schachtofen gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann. In dem Beispiel ragen drei Mehrstoffdüsen 61 , 63, 65 von außen in das Innere der Brennkammer 1 1 . Die Düsen sind in gleichem Umfangsabstand zueinander in der zylindrischen Brennkammer 1 1 des Herdsegments 7 angeordnet. Eine möglichst gleichmäßige, abstandsgleiche Anordnung der Düsen bewirkt eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffs in der Brennkammer und sorgt für eine effiziente Verbrennung. Je nach Schachtofeninnendurchmesser im Bereich der Brennkannnner 1 1 sind vorzugsweise etwa eine Düse pro 200 mm Ofendurchmesser angeordnet.
Die Mehrstoffdüsen 61 , 63, 65 können außer Kohlenstoff zusätzlich Wasserdampf oder Sauerstoff in die Brennkammer einbringen. In alternativen Ausgestaltungen, können Mehrfachstoffdüsen, die Wasserdampf und Sauerstoff einblasen, und Mehr- fachstoffdüsen, die Kohlenstoff und Wasserdampf einblasen, jeweils abwechselnd entlang des Innenumfangs der Brennkammer 1 1 angeordnet sein. Vorzugsweise neigen sich die Düsen hin zu einer Sohle des Schachtofens oder zur in der Brenn- kammer 1 1 gesammelten Schmelze.
Mehrstoffdüsen 61 , 63, 65 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren gebildet. Die Düsen sind aus Kupfer gefertigt. Eine Düsenaußenwand ist durch ein doppelwandiges Kupferrohr gebildet, wobei innerhalb der Doppelwand ein Kühlfluid geführt ist, damit ein Abschmelzen der Düsen vermieden wird. Vorzugsweise ist das Kühlfluid Wasser, das aus einem redundant ausgelegten Wasserkühlkreislauf durch die Düsen gefördert wird. In alternativen Ausführungen der Brennstoff-Herd-Zuführung 15 können weitere Düsen zum Einblasen von Sauerstoff und/oder Dampf oberhalb oder zwischen den Mehrstoffdüsen 61 , 63, 65 vorgesehen sein. Vorzugsweise sind bei den Mehrfachdüsen Austrittsöffnungen, die Dampf führen radial weiter außen in der Brennkammer 1 1 angeordnet als Austrittsöffnungen, die Kohlenstoff oder Sauerstoff führen. Bei alternativen Ausführungen, können auch Einstoffdüsen eingesetzt werden, wobei insbesondere Düsen für Kohlenstoff oder Sauerstoff sich weiter in die Brennkammer hin- ein erstrecken als Düsen für Wasserdampf oder Wassernebel.
Vorzugsweise erstrecken sich Düsen der Düsenanordnung über wenigstens ein Drittel, insbesondere wenigstens die Hälfte oder zwei Drittel des Brennkammerradius in die Brennkammer, so dass diese bei betriebsgemäßer Beschickung des Schacht- ofens 1 in das absinkende Abfallprodukt ragen und den Kohlenstoff und Sauerstoff direkt in das aufzuarbeitende Abfallprodukt einblasen. Dadurch können hohen Maximaltemperaturen, insbesondere von bis zu 2000°C innerhalb des aufzuarbeitenden Abfallprodukts realisiert werden, während die radial weiter außen liegenden Bereiche der Brennkammer 1 1 nur geringeren Temperaturen ausgesetzt sind, sodass eine höhere Lebensdauer für die feuerfeste Auskleidung der Brennkammer 1 1 erreicht werden kann.
Im Allgemeinen weisen Ofensegmente eines erfindungsgemäßen Schachtofens 1 einen runden Innenquerschnitt mit einem Durchmesser von weniger als 2 Meter, vorzugsweise 600mm bis 1200 mm, auf und sind mit feuerfestem Material ausgekleidet. Die jeweiligen Schachtsegmentaußenwände weisen vorzugsweise eine fluidgekühlte, wie wassergekühlte, Doppelwand auf. Die in Figur 8 dargestellte Ausführungsform eines Schachtofens 1 gleicht in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise in den meisten Aspekten dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 , wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Ausführung gemäß Figur 8 unterscheidet sich von der Ausführung gemäß Figur 1 dadurch, dass das Zuführsegment 3 oberhalb des Vorwärmsegments 9 an dem nicht näher dargestellten Stahlgerüst separat montiert ist und das Vorwärmsegment 9 als austauschbares Modul ausgebildet ist. In der in Figur 8 dargestellten ersten Konfiguration des austauschbaren Vorwärmsegments 9 ist anstelle einer Heizeinrichtung ein Fall- und/oder Notabzugsschacht 61 eingesetzt, in dem ein absinkendes Abfallprodukt lediglich durch die thermische Strahlung aus dem Herdsegment und Prozessgas erwärmt wird.
Zudem ist Oxidationsgaszuführeinrichtung 16 in einem separaten Schachtsegment 12 zwischen der Brennkammer 1 1 und dem Abgasablasssegment 5 vorgesehen. Es sollte klar sein, dass die Oxidationsgaszuführeinrichtung 16 wie im Hinblick auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beschrieben auch als Funktionsbestandteil der Brennstoff-Herd-Zuführung 15 innerhalb ausgeführt sein kann.
In Figur 9 ist eine zweite Konfiguration des Schachtofens 1 gemäß Figur 8 dargestellt, bei dem anstelle des Fallrohr- und/oder Notabzugschachts 61 als Vorwärm- segment 9 eine Induktionsheizung 25.
In der in Figur 10 gezeigten dritten Konfiguration des Schachtofens 1 gemäß Figur 8 ist als Vorwärmsegment 9 ein Gasbrenner 29 zum Vorwärmen des absinkenden Abfallprodukts vorgesehen. Der Gasbrenner 29, das Induktionsheizsegment 25 und der Fallrohr- und/oder Notabzugsschacht 61 sowie die Anschlussstellen am Zuführschacht 33 und an dem Abgasablasssegment 5 sind derart ausgeführt, dass ein jeweiliges Funktionsmodul des Vorwärmsegments 9 ausgetauscht werden kann, ohne weitere Schachtsegmente des Schachtofens 1 demontieren zu müssen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung er Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste
1 Schachtofen
3 Materialzuführsegment
5 Abgasablasssegment
7 Herdsegment
9 Vorwärmstrecke
1 1 Brennkammer
13 Kohlenstoffspeicher
14 Brennstoffdosiereinrichtung
15 Brennstoff-Herd-Zuführung
16 Oxidationsgaszuführeinrichtung
17 Absaugkammer
18 Brennstoff-Eingabeöffnung
20 Einspeiseöffnung
21 Einspeisevorrichtung
22 Sauerstoffquelle
23, 31 Düsen
24 Wasserquelle
25 Induktionsheizung
26 Schüttkegel
27 Induktionsspulen 28, 28' Füllstandssensoren
29 Gasbrenner
32, 32' Erdgas- und Sauerstoffinjektoren
33 Materialzuführschacht
35 Notkamin
37 Materialmischstation
39 Ofeneinwurf
41 Staubabsauganlage
43 Staubfilter
51 Abgasabsauganlage
53 Schlacke- und/oder Eisenabstichbehälter
54 Schlackeabstich
55 Instandhaltungsöffnung
56 Eisenabstich
57 Pfeil
61 , 63, 65 Mehrstoffdüsen
71 Ablassöffnung
73 Abgaskrümmer
75 Abgasnachbehandlungsanlage
V Vertikalrichtung

Claims

Ansprüche
Schachtofen (1 ) zum Aufarbeiten eines Abfallprodukts insbesondere aus der Aluminiumproduktion, wie Badmaterial, umfassend mehrere im Wesentlichen in Vertikalsinkrichtung übereinander angeordnete Ofensegmente, nämlich:
ein Herdsegment (7) mit einer Brennkammer (1 1 ), in der das Abfallprodukt einer Temperatur von wenigstens 500°C ausgesetzt werden kann;
ein Zuführsegment (3), an dem das Abfallprodukt dem Schachtofen (1 ) zuführbar ist und längs dessen das Abfallprodukt unter dem Einfluss der Schwerkraft innerhalb des Schachtofens (1 ) hin zum Herdsegment (7) absinken kann; und
ein Abgasablasssegment (5) mit einer Ablassöffnung (71 ) zum Ablassen von Abgas, die in Vertikalsinkrichtung zwischen dem Zuführsegment (3) und dem Herdsegment (7) angeordnet ist;
wobei das Herdsegment (7) an eine Sauerstoffquelle (22), wie einen Druckluftspeicher, und/oder an eine Wasserquelle (24), wie einen Wasserdampfspeicher oder Wassernebelerzeuger, unterhalb der Ablassöffnung (71 ) des Abgasablasssegments (5) derart angeschlossen ist, dass eine Abgasaufströmung hin zu der Ablassöffnung des Abgasablasssegments (5) realisiert ist;
wobei das Zuführsegment (3) wenigstens eine oberhalb der Ablassöffnung (71 ) des Abgasablasssegments (5) angeordnete Einspeiseöffnung (20) zum Einbringen von Sauerstoff und/oder Wasser und/oder Wasserdampf und/oder Brennstoff in den Schachtofen (1 ) aufweist, so dass eine Abströmung von der wenigstens einen Einspeiseöffnung (20) hin zur Ablassöffnung (71 ) realisiert ist;
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Brennstoff-Herd-Zuführung (15), die eine Brennstoffzuführleitung aufweist, welche eine externe Brennstoffquelle, wie einen Kohlenstoffspeicher (13), mit einer in der Brennkammer (1 1 ) ausgebildeten Brennstoff-Eingabeöffnung (18) verbindet, unterhalb der Ablassöffnung (71 ) an den Schachtofen (1 ) derart angeschlossen ist, dass Brennstoff, wie Kohlenstoff, direkt in die Brennkammer (1 1 ) einbringbar ist und dass eine Sauerstoffquelle (22) und/oder eine Wasserquelle (24) mit der Brennstoff-Herd-Zuführung (15) derart verbunden ist, dass eine Sauerstoffströmung und/oder eine Wasserströ- mung (24) den Brennstoff zum Transport in die Brennkammer (1 1 ) mitnimmt und dass die Brennstoff-Herd-Zuführung (15) eine oder mehrere Düsen zum Einlasen von Sauerstoff und/oder Wasser und/oder Wasserdampf und/oder Brennstoff aufweist.
Schachtofen (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Brennstoff-Herd-Zuführung (15) eine Brennstoffdosiereinrichtung (14) mit einem Regler aufweist, der insbesondere mit wenigstens einem Sensor zur Bestimmung einer Ist-Brennstoff-Konzentration insbesondere in der Brennkammer (1 1 ) verbunden ist und der eine Menge des in die Brennkammer einzubringenden Brennstoffs gemäß einer vorbestimmbaren Soll-Brennstoff-Konzentration regelt, wobei insbesondere der wenigstens eine Sensor ein Temperatursensor zum Bestimmen der Temperatur in der Brennkammer (1 1 ) und/oder ein insbesondere in dem Zuführsegment (3) angeordneter Füllstandsensor (28, 28') zum Bestimmen einer Abfallproduktmenge in dem Schachtofen (1 ) ist.
Schachtofen (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Brennstoff als ein Brennstoff-Wasserdampf-Gemisch und/oder ein Brennstoff-Sauerstoffgemisch in die Brennkammer einbringbar ist, und/oder dass die Brennstoff-Herd-Zuführung (15) mehrere insbesondere in gleichem Umfangsabstand zueinander entlang einer Innenwandung des Schachtofens (1 ) angeordnete Düsen zum Einblasen aufweist, wobei insbesondere jeweils entlang des Innwandumfangs alternierend Düsen für Kohlenstoff und Wasserdampf und Düsen für Sauerstoff und Wasserdampf angeordnet sind.
Schachtofen (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Zuführsegment (3) eine Einwurföffnung (39) aufweist, an der eine Staubabsauganlage (41 ) angeordnet ist und/oder dass das Herdsegment (7) wenigstens eine Abstichöffnung aufweist, an der eine Abgasabsauganlage (51 ) angeordnet ist, wobei insbesondere die Staubabsauganlage (41 ) und/oder die Abgasabsauganlage (51 ) jeweils über ein Leitungsnetz mit der Brennstoff-Herd-Zuführung (15) verbunden ist, um abgesaugten Staub und/oder abgesaugtes Abgas zur Aufarbeitung der Brennkammer (1 1 ) zuzuführen. Verfahren zum Aufarbeiten eines kohlenstoffarmen Abfallprodukts insbesondere aus der Aluminiumproduktion, wie Badmaterial, in einem insbesondere gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildeten Schachtofen (1), bei dem das kohlenstoffarme Abfallprodukt unter Verbrennung eines dem Schachtofen zugeführten Brennstoffs einer Temperatur von wenigstens 500°C ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoff-Ist-Konzentration bezogen auf das kohlenstoffarme Abfallprodukt in dem Schachtofen bestimmt wird und dem Schachtofen (1) abhängig von einer vorbestimmten Brennstoff-Soll- Konzentration Brennstoff zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff und das kohlenstoffarme Abfallprodukt dem Schachtofen vorgemischt zugeführt werden und/oder Brennstoff, gegebenenfalls zusätzlich, getrennt von dem kohlenstoffarmen Abfallprodukt dem Schachtofen zugeführt wird, und/oder dass der Brennstoff ein kohlenstoffhaltiges Material, wie ein kohlenstoffhaltiges Abfallprodukt insbesondere aus der Aluminiumproduktion, wie verbrauchtes Kathodenmaterial, oder Kohlenstoffstaub ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoffzuführmenge insbesondere kontinuierlich derart angepasst wird, dass die Verbrennung in dem Schachtofen autotherm abläuft und/oder die Brennstoff- Ist-Konzentration sich einer Brennstoff-Soll-Konzentration zwischen 15% und 50%, vorzugsweise zwischen etwa 20% und 32%, annähert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem kohlenstoffarmen Abfallprodukt enthaltenes Chiolith zu Natrium- fluorid und Aluminiumfluorid, insbesondere gemäß der Bilanzgleichung
Na5AI3F14 = 5 NaF + 3 AIF3, umgesetzt wird, und/oder dass in dem kohlenstoffarmen Abfallprodukt enthaltenes Kryolith zu Natriumfluorid und Aluminiumfluorid, insbesondere gemäß der Bilanzgleichung Na3AIF6 = 3 NaF + AIF3, umgesetzt wird, und/oder dass Natriumfluorid unter Zuführung von Wasserdampfund Kohlenstoff, insbesondere gemäß der Gleichung 2 NaF + 3 H2O + 2 C = Na2O + 2 HF + 2 CO + 2 H2 aufgebarbeitet wird, wobei insbesondere die Aufarbeitungstemperatur zwischen 1000°C und 2200°C, vorzugsweise etwa 1500° C bis 1700°C, vorzugsweise etwa 1600°C beträgt, und/oder dass Aluminiumfluorid unter Zuführung von Wasserdampf insbesondere gemäß der Gleichung 2 AIF3 + 3 H20 = AI2O3 + 6 HF aufgearbeitet wird, wobei insbesondere die Aufarbeitungstemperatur zwischen 600°C und 1600°C, insbesondere etwa 1000° C bis 1200°C, vorzugsweise etwa 1 100°C beträgt, und/oder dass Fluorwasserstoff unter Zugabe von Kalziumhydroxid oder Kalziumoxid, insbesondere gemäß der Gleichung CaO + 2 HF = CaF2 + H2O, zu Flussspat umgesetzt wird.
9. Verwendung eines insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebilde- ten Schachtofens (1 ) zum Aufarbeiten von Abfallprodukten aus der Aluminiumproduktion, der eine Brennkammer (1 1 ) umfasst, in der ein Abfallprodukt einer Temperatur von wenigstens 500°C ausgesetzt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Schachtofen (1 ) Badmaterial aus der Aluminiumproduktion zugeführt wird, um Fluorbestandteile von dem Badmaterial zu trennen, und dass zusätzlich zu dem Badmaterial Brennstoff, wie Kohlenstoff, insbesondere verbrauchtes Kathodenmaterial oder Kohlenstoffstaub, dem Schachtofen (1 ), insbesondere der Brennkammer (1 1 ) zugeführt wird.
10. Verwendung eines Schachtofens gemäß Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass Menge des zugeführten Brennstoffs derart geregelt wird, dass eine
Brennstoff-Konzentration bezogen auf das Badmaterial in dem Schachtofen (1 ) zwischen 15% und 50%, vorzugsweise zwischen etwa 20% und 32%, beträgt.
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