WO2021140075A1 - Integrated method for the commercial and industrial utilisation of calcium sulphate from the production of phosphoric acid - Google Patents

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WO2021140075A1
WO2021140075A1 PCT/EP2021/050034 EP2021050034W WO2021140075A1 WO 2021140075 A1 WO2021140075 A1 WO 2021140075A1 EP 2021050034 W EP2021050034 W EP 2021050034W WO 2021140075 A1 WO2021140075 A1 WO 2021140075A1
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phosphoric acid
calcium sulfate
production
separated
cement clinker
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PCT/EP2021/050034
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Peter Stockhoff
Guido Grund
Stefan HELMLE
Deyvi Javier Rivas Villarreal
Zion GUETTA
Dirk Schefer
Carsten Fabian
Andreas Hoppe
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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • C04B7/00Hydraulic cements
    • C04B7/02Portland cement
    • C04B7/04Portland cement using raw materials containing gypsum, i.e. processes of the Mueller-Kuehne type

Definitions

  • the invention relates to an integrated process for the production of sulfuric acid and cement clinker using calcium sulfate, which is formed during the production of phosphoric acid, and a system for carrying out the process.
  • Calcium sulphate is a waste product of the phosphoric acid producing industry and occurs as dihydrate and / or hemihydrate when phosphate ores are broken down with sulfuric acid.
  • the calcium sulphate formed during the production of phosphoric acid is also known as phosphogypsum.
  • the phosphogypsum quality obtained from the phosphoric acid process depends on factors such as the rock phosphate used and process conditions when the rock phosphate is broken down with sulfuric acid.
  • the processed rock phosphate can be used for phosphogypsum production using the following processing methods via the possible phosphoric acid processes: 1. Calcination, 2. Flotation, 3. Conversion into mono-calcium phosphate or di-calcium phosphate with the help of inorganic acids.
  • the methods mentioned are known to the person skilled in the art and are described, for example, in Physical and thermal treatment of phosphate ores - An OverView; Int. J. Miner. Process. 85 (2008) 59-84; Abdel-Zaher M.
  • DE 3222721 C2 describes an improved process based on the Müller-kuhne process by means of an upstream partial dewatering of the gypsum by centrifugation with downstream two-stage drying, with the SC-containing exhaust gas emerging from the first drying stage being introduced directly into the gas scrubber of the sulfuric acid plant.
  • the method described makes no reference to the quality of the phosphogypsum with regard to certain components and also no reference to the quality of the SO2 exhaust gas for the indicated, downstream sulfuric acid plant.
  • Kandil et al. Journal of Radiation Research and Applied Sciences; 10; 2017, describe a process for the production of ammonium sulfate from phosphogypsum, in which sulfuric acid is used in a first step to leach P2O5, F, lanthanides and other components.
  • the process described is not related to the conversion of phosphogypsum into cement clinker and sulfuric acid.
  • EP 0041761 A1 relates exclusively to the recrystallization of calcium sulfate dihydrate to calcium sulfate anhydrite in connection with the conversion of phosphogypsum into cement clinker and SC gas.
  • PzOs contents of less than 0.01% by weight and fluorine contents of less than 0.05% by weight can be achieved in calcium sulfate anhydrite.
  • Calcium components and sulfur dioxide can be extracted from the anhydrite obtained in this way at high temperatures.
  • the possibility of returning used sulfuric acid to the phosphoric acid process is mentioned, but influencing factors such as the grain size of the gypsum and the solid to liquid ratio (S / L), which have a direct influence on the water balance in the phosphoric acid complex, are not taken into account.
  • GB 120991 describes the production of cement by the Müller-Kuehne process on the basis of calcium sulphate hemihydrate, which is produced by recrystallization of calcium sulphate dihydrate during phosphoric acid production.
  • Today this type of procedure is known as the so-called DHH (dihydrate hemihydrate) procedure.
  • DHH dihydrate hemihydrate
  • sulfuric acid and Portland cement based on the hemihydrate is described.
  • the treatment of the calcium sulfate with an acid after the separation from the phosphoric acid is not described.
  • US 3547581 relates to a method for processing filtered gypsum from phosphoric acid production, in which the gypsum is heated to temperatures of 200 ° C. to 400 ° C. after the addition of silica and sulfuric acid and calcined to hemihydrate or anhydrite. The product obtained is washed with water, which allows the phosphate and fluoride levels in the gypsum to be reduced. Due to the high temperatures required, it is an energy-intensive process that includes a large number of process steps. In addition, the method according to US 3547581 requires the heating and addition of silica in comparison to the process concept according to the invention presented here. The preparation of a suspension by adding acid to calcium sulfate is not described.
  • DE 1671215 relates to a process for the production of sulfuric acid and cement from waste calcium sulphate, such as phosphogypsum, which deals with the production of the raw meal.
  • DE 1912183 describes a process for the production of low-fluorine cement clinker from phosphogypsum, in which the fluorine in the phosphogypsum is selectively reduced by heating the waste gypsum in a finely ground state to temperatures between 500 and 900.degree.
  • US 4415543 describes a method in which the content of fluorides and phosphates in phosphogypsum is reduced by washing with water and subsequent heating.
  • the object of the present invention is to provide a method for the use of calcium sulfate (phosphogypsum) that is formed during the production of phosphoric acid for the production of products of value, which is specifically aimed at the use of phosphogypsum is oriented and can be used on an industrial scale in order to meet the environmental and economic requirements in order to be able to process the large amounts of phosphogypsum that is produced
  • the object is achieved according to the invention by a method according to claim 1.
  • the object is achieved by a process for the production of sulfuric acid and cement clinker using calcium sulfate, which is formed and separated off as a solid by-product in a phosphoric acid production during the reaction of rock phosphate with sulfuric acid to form phosphoric acid, the process comprising the following steps: a ) the calcium sulfate separated from the phosphoric acid is treated with an acid to obtain a suspension with purified calcium sulfate, b) the purified calcium sulfate is separated as a solid from the liquid phase of the resulting suspension, c) the separated purified calcium sulfate is treated with additives and reducing agents mixed in order to obtain a raw meal mixture for cement clinker production, d) the raw meal mixture is burned in order to obtain the cement clinker, whereby sulfur dioxide is formed as exhaust gas, and e) the sulfur dioxide formed is used as raw material for sulfuric acid production In order to produce the sulfuric acid
  • the method according to the invention is in particular an integrated method.
  • the integrative approach as an overall concept from phosphogypsum to cement clinker and sulfur dioxide in the integrated process enables the coordination of the dependencies / influencing factors for the optimized process selection and the associated flexibility of the process management with the possibility of being integrated into existing phosphoric acid and sulfuric acid plant complexes.
  • all process parameters and process stages of the overall complex can be coordinated to achieve specific product qualities based on a variable educt quality, such as the educt quality of the apatite used in the phosphoric acid production or the phosphogypsum of the current production or the stockpile. That was not considered until today.
  • the combinations of features of the integrative method according to the invention cannot be derived from the prior art.
  • the separated liquid phase obtained in step b) can be introduced into the reaction unit for phosphoric acid production as a starting material.
  • the method according to the invention for the production of sulfuric acid and cement clinker using calcium sulfate is preferably integrated into a phosphoric acid production.
  • Phosphoric acid production is a common wet process in which rock phosphate is reacted or broken down with sulfuric acid in order to form phosphoric acid (digestion phosphoric acid).
  • Sedimentary and igneous phosphate rocks are used as rock phosphate, which are usually processed before use.
  • the processing usually includes crushing and concentrating with regard to the phosphorus content.
  • phosphate ore or phosphate rock, in particular ore containing apatite for example, can be subjected to calcination, flotation and / or conversion into mono-calcium phosphate or di-calcium phosphate with the aid of inorganic acids.
  • the preparation of phosphoric acid by the wet process is generally known to the person skilled in the art. General descriptions of the process can be found, for example, in Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5th Edition, 1991, Vol. A19, "Phosphoric Acid and Phosphate", pp. 465-505.
  • the phosphoric acid production plant preferably comprises a processing unit for phosphate rock, a reaction unit for converting rock phosphate with sulfuric acid and a filtration unit for separating calcium sulfate.
  • the phosphoric acid production plant also includes a sulfuric acid production plant, so that a phosphoric acid-sulfuric acid complex results.
  • DH Dihydrate
  • HH Hemihydrate
  • HDH 3rd dihydrate hemihydrate
  • DA-HF 5th dihydrate attack hemihydrate filtration
  • one of the above five processes is generally to be used, with processes 3 to 5 (DHH / HDH / DA-HF) recrystallizing the calcium sulfate, which is not required for the process according to the invention.
  • step a) the calcium sulfate, which was obtained, for example, by one of the five processes mentioned above, is treated with an acid after separation from the phosphoric acid production, which increases the PzOs yield.
  • the calcium sulfate separated from the phosphoric acid production is thus preferably not subjected to any recrystallization before being fed to step a).
  • calcium sulfate is formed as a solid by-product during the reaction of rock phosphate with sulfuric acid to form phosphoric acid, which is separated from the phosphoric acid.
  • the separation can take place, for example, by centrifugation, filtration, settling or evaporation, mechanical separation being preferred.
  • the solid Calcium sulfate is preferably separated from phosphoric acid by filtration.
  • the separation comprises or consists of the separation of the calcium sulfate formed from the phosphoric acid (product acid) (first separation), preferably by filtration.
  • the calcium sulfate solid (preferably filter cake) separated off by the first separation can optionally also be subjected to one or more washes with liquid, in particular water, with subsequent separation, preferably filtration, of the liquid.
  • the calcium sulfate separated from the phosphoric acid which is used in step a
  • the calcium sulfate obtained directly after the first separation from the phosphoric acid can be used, since further washing is not absolutely necessary. This enables a reduction in the filter area in the phosphoric acid process.
  • calcium sulphate stored on flalden from phosphoric acid production can be used as the calcium sulphate which is used in step a). If necessary, the calcium sulphate of the flats must also be mechanically pretreated before use in step a).
  • the conversion of rock phosphate with sulfuric acid takes place in the phosphoric acid production complex in the reaction unit of the phosphoric acid plant.
  • the reaction mixture obtained is then conveyed to the separation unit, preferably the filtration unit, of the phosphoric acid plant, where the phosphoric acid is separated or filtered off from the calcium sulfate formed in one or more separation stages.
  • the calcium sulphate for use in stage a) is taken from the separation unit or filtration unit, preferably from the first separation stage, and / or calcium sulphate stored on flalden from phosphoric acid production is used as calcium sulphate for use in stage a).
  • the separated calcium sulfate which is used in step a), is preferably calcium sulfate in the form of dihydrate, hemihydrate or a combination thereof.
  • step a) of the process according to the invention the calcium sulfate separated off from the phosphoric acid production is treated with an acid.
  • the acid is added to the calcium sulfate to carry out the treatment.
  • the suspension obtained can be, for example, a slurry or a slurry.
  • the impurities in the calcium sulphate which have a negative impact on the downstream cement clinker process and the cement quality, can be reduced to the level required by the downstream cement clinker process.
  • the acid is preferably a dilute acid.
  • Dilute acids are acids that are diluted with water (aqueous acids).
  • the acid, preferably the dilute acid is preferably an inorganic acid, e.g. hydrochloric acid, nitric acid, sulphurous acid and / or sulfuric acid, with sulphurous acid and / or sulfuric acid being particularly preferred.
  • the acid is preferably added in such an amount that the ratio of solid to liquid (S / L ratio) in the suspension is in the range from 1/10 to 1/1, preferably 1/5 to 1/1 , more preferably 1/5 to 1 / 1.3 and especially 1/4 to 1/2.
  • the ratio of solid to liquid (S / L ratio) relates to the mass of the solid in kilograms and the volume of the liquid in liters at a reference temperature of 20 ° C.
  • the concentration of the acid used is chosen so that the acid resulting from the treatment according to step a) is, for example, in the range from 1 to 12 molar, preferably in the range from 3 to 10 molar, more preferably in the range from 5 to 8 molar, which is an aqueous acid.
  • 1 molar is understood to mean 1 mol of acid per 1 liter of solution at 20.degree. Since the calcium sulfate to be treated may contain water, the concentration of the acid added can be higher than the concentration of the acid resulting after the addition.
  • the molarity of the acid added is preferably in the ranges which are mentioned above and below for the resulting acid.
  • the acid resulting from the treatment after step a) is preferably a 1 to 12 molar, preferably 5 to 8 molar, sulfurous acid or a 1 to 12 molar acid molar, preferably 5 to 8 molar sulfuric acid.
  • the acid added is therefore preferably a sulphurous acid or a sulfuric acid.
  • the treatment in step a) is carried out, for example, at a reaction temperature in the range between ambient temperature and the boiling point of the reaction mixture, for example at a temperature in the range from 15 ° C to 100 ° C, preferably 30 ° C to 80 ° C, more preferably 45 to 75 ° C .
  • the duration of the treatment in step a) or the reaction residence time for setting the content of impurities in the acid is, for example, in the range from 5 minutes to 120 minutes, preferably from 15 to 100 minutes, in particular from 15 to 90 minutes, particularly preferred 20 to 60 minutes.
  • the suspension or the reaction mixture is preferably kept in motion in order to adjust the content of impurities, for example by circulating, stirring or blowing in gas.
  • the calcium sulfate generated in the phosphoric acid production is fed from the separation unit, preferably a filtration unit, to the phosphoric acid production of a calcium sulfate reaction unit, or the calcium sulfate is fed from a heap from the phosphoric acid production. There the calcium sulfate is treated with the added acid.
  • the calcium sulphate reaction unit can be a simple stirring device, e.g. a stirred tank.
  • step b) of the process according to the invention the purified calcium sulfate is separated off as a solid from the liquid phase of the suspension obtained after the treatment.
  • the suspension obtained can be a slurry.
  • the separation of solid or purified calcium sulphate and liquid phase from the suspension is in particular a mechanical separation and can be carried out, for example, by centrifugation or filtration, with filtration being preferred.
  • the purified calcium sulfate obtained in step b), as obtained after the separation, can be dihydrate, flemihydrate, anhydrite or in the form of a mixture of at least two of said components, calcium sulfate in the form of anhydrite is preferred.
  • the desired composition of the Calcium sulphate depends on the required degree of PzOs reduction, with a cement / clinker producer determining the required degree of PzOs reduction.
  • Treatment with acid and subsequent separation from the liquid phase can, in particular, reduce the content of phosphorus and fluorine in the calcium sulfate, which are contained as impurities.
  • the separated liquid phase is usually an acidic aqueous solution containing, inter alia, water and P2O5.
  • the separated, purified calcium sulfate obtained in step b) contains at least 5% by weight, preferably at least 30% by weight, more preferably at least 50% by weight anhydrite, based on dry calcium sulfate.
  • the D v (50) value of the particle size distribution of the calcium sulfate, in particular calcium sulfate anhydrite, produced in step b) after purification is, for example, 0.5-100pm, particularly preferably 1-50pm, in particular 2-30pm.
  • the D v (50) value is defined as a measure at which 50% by volume of the particles have a larger diameter than the specified value.
  • step b) the liquid phase, which is obtained after the solid has been separated off, is used as the starting material in phosphoric acid production.
  • the liquid phase or the filtrate can be used in the existing phosphoric acid production, especially in the existing phosphoric acid-sulfuric acid complex, as so-called "Recycle Acid", which can be fed to the reaction unit of the phosphoric acid production for the reaction with the raw phosphate
  • the suspension / slurry contained in the calcium sulfate reaction unit is transferred to a calcium sulfate separation unit, in which the liquid and the resulting solid (purified calcium sulfate) can be separated from one another.
  • the separation unit can be, for example, a filtration unit or a centrifuge unit, with a filtration unit being preferred.
  • the separated, purified calcium sulphate obtained in step b) can be used directly as the separated, purified and processed calcium sulphate.
  • the purified calcium sulfate obtained in step b) is subjected to one or more further purification steps, in particular for the removal of rare earths and optionally for the removal of radioactive elements and / or heavy metals, such as, for example, Cd, Pb, Hg, before the purified calcium sulfate is fed to step c).
  • the optional additional cleaning steps are explained below.
  • the purified calcium sulfate used in step c) preferably has a P2O5 content of less than 0.5% by weight, preferably less than 0.25% by weight, more preferably less than 0.05% by weight, and a fluoride content of less than 0.5% by weight, preferably less than 0.25% by weight, more preferably less than 0.15% by weight, and even more preferably less than 0.05% by weight.
  • a purified calcium sulfate with the stated degree of purification with regard to P2O5 and fluorine is preferably obtained after step b).
  • the cleaning step according to steps a) and b) and optionally the cleaning step for the removal of rare earths can optionally also completely or partially remove unwanted heavy metals and / or radioactive elements, in particular radioactive elements, contained in the calcium sulfate.
  • step c) of the method according to the invention the separated, cleaned and processed calcium sulfate is mixed with additives and reducing agents in order to obtain a raw meal mixture for cement clinker production.
  • the calcium sulphate is mixed with the necessary additives for the required cement clinker quality in the correct ratio.
  • the Müller-Kühne process and the OSW-Krupp process for converting calcium sulfate with additives and reducing agents into cement clinker and SO2 or sulfuric acid have long been known. Further details on this can be found in the specialist literature, e.g. Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5th Edition, 1986, Vol. A5, "Cement and Concrete", p. 489-537, or the patent specification AT 292539 B.
  • cement clinker is produced from a raw material mixture called raw meal that contains calcium oxide, silicon dioxide and oxides of aluminum and iron, see, for example, Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5th Edition, 1986, Vol. A5, “Cement and Concrete", pp. 489-537.
  • Components for producing the raw meal in step c) can, in addition to purified phosphogypsum / calcium sulfate, be the additives for the clinker composition known to the person skilled in the art, which are added to the calcium sulfate, the calcium component being completely formed in the raw meal mixture from the separated, purified calcium sulfate. This does not completely rule out the fact that calcium may be contained in the additives in small amounts or as impurities. Complete here means that at least 95%, more preferably at least 99%, even more preferably at least 99.9% of the calcium contained in the cement clinker comes from the separated, purified calcium sulfate. This means that the additives used are free or largely free of calcium.
  • Additives are in particular aluminum carriers such as bauxite, clays and mudstones, slate, etc., Fe carriers such as iron ores, laterites, etc. and Si carriers such as sands, sandstones, quartzites, clays and mudstones, slate , etc. and one or more reducing agents, such as a carbon and / or hydrocarbon carrier, for example coal, coke, petroleum coke or coal / coke produced from renewable raw materials (bio-coal / coke) and / or elemental sulfur.
  • aluminum carriers such as bauxite, clays and mudstones, slate, etc.
  • Fe carriers such as iron ores, laterites, etc.
  • Si carriers such as sands, sandstones, quartzites, clays and mudstones, slate , etc.
  • one or more reducing agents such as a carbon and / or hydrocarbon carrier, for example coal, coke, petroleum coke or coal / coke produced from renewable raw materials (bio-coal
  • the type and amount of the additives are selected so that, together with the calcium sulfate, they result in a raw meal with a suitable chemical composition for a cement clinker.
  • the separated purified calcium sulfate from step b) used for step c) makes up more than 70% by weight, preferably more than 80% by weight, more preferably more than 90% by weight, of the total calcium sulfate in the raw meal mixture out.
  • calcium sulfate from other customary sources can be used.
  • Solid fuels for example coal, coke, petroleum coke, solid secondary fuels, etc.
  • liquid fuels for example oil, heavy oil, liquid secondary fuels, etc.
  • gaseous fuels for example natural gas, biogas, hydrogen, and a combination of the above are suitable as fuel Fuels.
  • Additives and / or mineralizers to accelerate the decomposition of the purified calcium sulfate and / or to improve the formation of clinker minerals can also be added.
  • Raw meal for the production of cement clinker is the mixture of the substances calcium sulphate, all conventional cement additives and additives / mineralizers including reducing agents.
  • the purified calcium sulfate is preferably dried to a desired residual moisture content, e.g. in a drum dryer and / or entrained flow dryer and / or fluidized bed, the water content of the dried calcium sulfate e.g. below 22% by weight, preferably 12-14% by weight %, more preferably below 5% by weight, even more preferably below 1% by weight.
  • the water content here only refers to free water, any flydrat water that may be present is not taken into account.
  • the dried calcium sulfate and all other additives are fed to a conventional storage and / or mixing device.
  • a longitudinal mixing bed and / or circular mixing bed and / or tank storage and / or outdoor storage and / or conventional silos such as tangential mixing silo, multi-cell silo, conical silo or multi-chamber silo, are used for this purpose.
  • a mixed bed is described in DE 10252585 or those silo types that are described in more detail in DE10118142 or DE 10344040.
  • the raw materials (calcium sulfate and additives) are ground separately or together to the fineness required for the clinker process.
  • This comminution can be carried out as grinding drying, in which waste heat from the process (e.g. preheated gases) and / or specially supplied heat (e.g. exhaust gases from a hot gas generator) are used.
  • waste heat from the process e.g. preheated gases
  • specially supplied heat e.g. exhaust gases from a hot gas generator
  • comminution units such as at least one vertical roller mill and / or a roller press and / or an agitator ball mill and / or ball mill and / or vertical roller mill and / or rod mill and / or magnetic mill are used.
  • Corresponding units are known, for example, from the property rights DE 102012111217, DE 102014108334 or DE 102017114831.
  • the ground raw materials are fed together or separately to one or more silos for intermediate storage and / or homogenization.
  • the chemical composition of the raw meal mixture is continuously checked before it is added to the clinker process and, in the event of deviations from specified target values, corrected by changing the dosage.
  • the raw meal pre-treated in this way is metered into the clinker plant, if necessary together with reducing agent.
  • the reducing agent is used to support the splitting off of SO2 during the thermal decomposition of the purified calcium sulphate.
  • the reducing agent is broken down and / or ground separately to the required fineness. This comminution can be carried out as grinding drying.
  • the reducing agent prepared in this way is fed to the clinker plant and / or separately at one or more points of the clinker plant together with the pretreated raw meal.
  • the raw meal can be fed to a shaping device for producing agglomerates.
  • a shaping device for producing agglomerates.
  • These agglomerates can be dried and temporarily stored in a separate facility.
  • the raw meal agglomerated in this way is then fed to the preheating device and the burning process.
  • the agglomerates have a size of more than 250 ⁇ m, preferably more than 500 ⁇ m, down to the low mm range.
  • a press and / or a plate and / or a drum and / or a mechanical fluidized bed reactor and / or a shaping agitator mixer, for example, can function as the shaping device.
  • step d) of the method according to the invention the raw meal that is produced in step c) is converted into cement clinker by a thermal process, in particular in a cement clinker process unit, with sulfur dioxide being formed as exhaust gas.
  • the cement clinker produced in step d) can be used for cement production.
  • the raw meal is preferably preheated to a temperature of up to 800 ° C. with process gases from the burning or cooling process to reduce energy consumption, while adhering surface moisture is expelled and the additives are at least partially calcined.
  • the main part of the calcium sulphate is decomposed under the action of the reducing agent with the formation of SO2.
  • the preheating and decomposition of the raw meal can be carried out, for example, in a heat exchanger, preferably an entrained flow heat exchanger.
  • the process gas containing SO2 is preferably separated after the preheating device by a separation system and fed to a recycling process such as a sulfuric acid plant.
  • the raw meal is finally decomposed and the cement clinker is subsequently formed (clinker burn); the process gases of this step are fed to the heat exchanger.
  • This burning of the raw meal takes place in an oven, preferably a rotary kiln.
  • the firing temperature for cement clinker production can be, for example, in the range from 1200 ° C to 1600 ° C, preferably at a temperature of 1200 ° C to 1500 ° C.
  • the burn time can be, for example, 5 minutes to 60 minutes.
  • the raw meal is burned with oxygen-enriched process air which contains more than 21% by volume, preferably more than 45% by volume, more preferably more than 60% by volume and up to 100% by volume, oxygen.
  • oxygen-enriched process air can easily be produced by adding oxygen.
  • a particularly preferred embodiment here is the oxyfuel process. Details of the oxyfuel process are described, for example, in EP 2449328 A1, EP 1037005 B1, WO 2019-211196 A1, WO 2019-211202 A1 or JP 2007-126328 A, to which reference is made.
  • the SO2 concentration in the process gas can be increased, which facilitates the extraction of sulfuric acid from gases containing SO2.
  • the process air mentioned above may have been used in advance to cool the fired material. It is also conceivable that this process air is fed directly to the furnace. It would also be conceivable that the process gas is at least partially drawn off in a bypass system and / or from the entrained flow reactor, then enriched with oxygen and fed back into the combustion process.
  • the clinker coming out of the kiln is preferably cooled to a temperature below 120 ° C, preferably below 100 ° C, using a suitable cooling system, cooled down.
  • the cooler exhaust air can at least partially be fed to the burning process and / or the preheating process and / or the raw meal production and / or the calcium sulfate drying.
  • the process air supplied to the cooling system can, at least partially, be enriched with oxygen.
  • the cement clinker produced in this way can be further processed into cement.
  • the cement clinker or cement produced by this method have a smaller CCV footprint than a conventional clinker or cement produced on the basis of carbonate-containing rocks.
  • step e) of the process according to the invention the sulfur dioxide formed in step d) is fed as a raw material to a sulfuric acid production facility in order to produce sulfuric acid, e.g. using the single-contact or double-contact process.
  • a sulfuric acid production facility in order to produce sulfuric acid, e.g. using the single-contact or double-contact process.
  • the person skilled in the art is very familiar with the production of sulfuric acid based on SO2. Details on this can be found in the specialist literature, for example Flandbook of Sulphuric Acid Manufacturing, by Douglas K. Louie, 2nd edition, 2008, published by DKL Engineering, or Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5th edition, 1994, Vol. A25, " Sulfuric Acid and Sulfur Trioxide ", pp. 635-705.
  • the sulfuric acid produced in step e) can be used, for example, in phosphoric acid production as a starting material for the reaction with the raw phosphate. Alternatively, the sulfuric acid produced can be used for further or different purposes as required.
  • the treated sulfur dioxide gas can optionally be fed to the existing phosphoric acid production facility or to a new sulfuric acid production facility.
  • the sulfur dioxide, which is discharged from the cement clinker process unit as waste gas in step d) is fed to a sulfur dioxide waste gas treatment before it is fed to the sulfuric acid production according to step e).
  • the exhaust gas treatment is preferably exhaust gas cleaning in order to remove solid particles and residual moisture from the SC gas.
  • the sulfur dioxide to be cleaned leaves the clinker processing unit preferably at a temperature of 200 ° C to 450 ° C. If necessary, the sulfur dioxide to be cleaned is pre-cooled to this temperature in a cooling unit.
  • the purification of the sulfur dioxide before step e) can comprise a dry separation of particles (optional step 1)). In this step, particles with a size greater than 100 ⁇ m are preferably deposited.
  • Step 2) comprises wet separation, preferably in order to separate particles with a size of 20 to 100 ⁇ m.
  • Step 3) comprises an optional separation, preferably dry separation, of particles, preferably with a size of less than 20 ⁇ m.
  • Step 4) comprises an optional separation of nitrogen oxides from the sulfur dioxide gas.
  • the dry separation of particles from the sulfur dioxide in steps 1) and / or 3) can be carried out by means of a cyclone, rotary flow separator and / or dry electrostatic precipitator.
  • the wet separation of particles from the sulfur dioxide in step 2) can be carried out, for example, by means of a venturi washer, quencher / column washer and / or wet electrostatic precipitator.
  • the residual moisture that may be present in the sulfur dioxide after wet separation can be separated off by condensation.
  • the separation of nitrogen oxides from the sulfur dioxide in step 4) can take place by decomposing the nitrogen oxides to form N2 and H2O. Methods that can be used for this are known to the person skilled in the art and are described, for example, in Handbook of Sulfuric Acid Manufacturing, by Douglas K. Louie, 2nd edition, 2008, published by DKL Engineering.
  • the nitrogen oxides are preferably decomposed by gas treatment processes such as selective catalytic reduction, selective non-catalytic reduction and / or by scrubber technologies, or by wet chemical conversion in the liquid phase in the sulfuric acid process.
  • SCR selective catalytic reduction
  • Ammonia is preferably added to the exhaust gas for the reaction.
  • the products of the reaction are water (H 2 O) and nitrogen (N 2 ).
  • the reaction is a comproportionation of nitrogen oxides with ammonia to nitrogen.
  • Two types of catalysts can be used: the first preferably consists mainly of titanium dioxide, vanadium pentoxide and tungsten dioxide, the other preferably uses zeolites.
  • the method comprises an additional cleaning step for the calcium sulfate obtained after step b), which is carried out before the calcium sulfate is mixed with the additives and reducing agents according to step c).
  • this additional cleaning step rare earth metals, which may be contained as impurities, can be washed out of the calcium sulfate.
  • the purified calcium sulfate obtained in step b) is preferably mixed with a liquid, preferably water or with an aqueous solution containing salt and / or chelating ligand, treated (optional step bl).
  • a liquid preferably water or with an aqueous solution containing salt and / or chelating ligand
  • the calcium sulfate is separated from the liquid phase as a solid from the suspension obtained in this way (optional step b2).
  • the calcium sulphate which has been further purified and separated is then fed to step c).
  • the liquid phase contains one or more rare earths as dissolved ions and can be fed to further processing to extract the rare earths.
  • this processing includes the conversion of poorly soluble rare earth sulfates into soluble forms.
  • an aqueous solution is preferably used as the liquid, which contains a salt and / or a chelating ligand in a concentration of 1 to 50% by weight, preferably 1 to 20% by weight .-%, particularly preferably from 5 to 10% by weight. It is also possible that the rare earths are dissolved from the calcium sulfate in step bl) by adding water as a liquid.
  • the salt used for the solution of the rare earths from the phosphogypsum in step bl) comprises or is preferably a chloride and / or a nitrate and / or contains a chelating ligand.
  • the chelating ligand is not limited, but includes all chelating ligands that form a soluble complex with at least one of the rare earths.
  • Preferred chelating ligands include ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) and / or citric acid and / or their corresponding salts.
  • Particularly suitable salts here are the sodium, ammonium, calcium, magnesium and potassium salts with the anions chloride, nitrate, acetate, bromide, bromate, perchlorate and iodide. It has also been shown that in certain cases the use of ammonium sulfate can be effective.
  • the nitrate can also be introduced in step bl) in the form of, preferably dilute, nitric acid.
  • the residence time for the solution of the rare earths from the phosphogypsum in step bl) is preferably 20 min to 80 h, preferably 1h to 76h or 2h to 72h, particularly preferably 3h to 70h and very particularly preferably 4h to 68h, in particular 5h to 68h or 5h to 64h.
  • the reaction mixture in step bl) is preferably kept in motion during the reaction time.
  • the reaction mixture in step bl) is preferably kept in motion during the reaction time by circulating, stirring or blowing in gas.
  • the reaction in step bl) is preferably carried out at a temperature from 10 to 100.degree. C., preferably from 15 to 80.degree. C. and very particularly preferably from 20 to 75.degree. C., in particular from 20 to 60.degree.
  • the reaction in step bl) can preferably also be carried out at room temperature without additional heating or cooling.
  • the weight ratio of solid to liquid (S / L ratio) for the solution of the rare earths from the phosphogypsum in step bl) can be 1: 1 to 1: 10 and is preferably in the range of 1: 2 to 1: 5.
  • the separation of the further purified phosphogypsum as a solid from the liquid phase containing one or more rare earths in the optional step b2) preferably comprises centrifugation, filtration, sedimentation and / or evaporation of the liquid phase.
  • the rare earths are preferably obtained from the solution containing one or more rare earths obtained in step b2) by means of solvent-solvent extraction, ion exchange processes, precipitation as flydroxides, oxalates, carbonates and / or phosphates.
  • Particularly suitable ion exchange processes are cation exchange processes or a combination of cation exchanger and anion exchanger.
  • the phosphogypsum separated off in step b2) can, for example, have a moisture content of 0 to 60% by weight, preferably 5 to 50 and particularly preferably 10 to 40% by weight. With this moisture content, the phosphogypsum can then be fed to step c). However, procedures are also conceivable in which a slurry or a suspension of calcium sulfate is obtained and further processed in step b2).
  • the method according to the invention can also serve to remove radioactive elements and / or heavy metals.
  • the reaction conditions S / L ratio, residence time, acid concentration and temperature
  • the purified calcium sulfate obtained after step b) shows a clear depletion of radioactive elements, such as thorium and uranium.
  • heavy metals (and further radioactive components) such as cadmium and lead can also be removed by a suitable choice of the processing step.
  • the purified calcium sulfate Before being fed to step c), the purified calcium sulfate can therefore have a reduced content of phosphorus and fluorine and, if appropriate, of rare earths, radioactive elements and / or heavy metals.
  • the reduced content of the respective element relates to the comparison to the content of the respective element in the calcium sulfate which is fed to step a).
  • the integrative approach or the integrative method of the invention is characterized in particular by the following features and advantages:
  • the process for the production of cement clinker or cement can be carried out flexibly with regard to the initial quality of the phosphorus gypsum and in combination with the phosphoric acid process,
  • the sulfuric acid produced from the SC exhaust gas can be introduced into the overall complex and consumed as well as generated and, for example, circulated
  • the following process engineering processes can, for example, be combined in their entirety or optionally for the production of cement clinker / cement and sulfuric acid from calcium sulfate: o Chemical and thermal modification of the phosphoric acid process for the targeted production of a phosphor gypsum quality suitable for the cement clinker process o Mechanical separation of the phosphor gypsum from the ongoing phosphoric acid process for example by centrifugation, filtration, evaporation or settling / sedimentation of the calcium sulphate / phosphogypsum sludge o Chemical-thermal and mechanical separation of phosphorus from the phosphogypsum, for example by chemical conversion,
  • Recrystallization, precipitation, flocculation, o chemical-thermal and mechanical separation of radioactive components from the phosphogypsum for example by chemical conversion with heating / cooling, recrystallization, precipitation, flocculation, o chemical-thermal and mechanical separation of heavy metals from the phosphogypsum, for Example by chemical conversion with heating / cooling, recrystallization, precipitation, flocculation, o Chemical-thermal and mechanical separation of rare earths from the phosphogypsum, for example by chemical conversion with heating / cooling, recrystallization, precipitation, flocculation, o Chemical and / or thermal and / or mechanical dewatering of the phosphogypsum, for example by heating / cooling, flocculation and precipitation, filtration o Mechanical treatment of the dry phosphogypsum, for example by crushing, sifting, o Mixing the phosphogypsum with additives to form a raw meal mixture Achievement of specific and commercially available cement clinker / cement qualities
  • the production methods must be flexibly selected in terms of the process engineering processes and parameters and must be coordinated with one another.
  • the quality of the calcium sulphate obtained from the phosphoric acid process depends on factors such as the rock phosphate used and process conditions during the digestion of the rock phosphate with sulfuric acid.
  • the scope of the cleaning, in particular with regard to the reduction of the content of phosphorus and / or fluorine, of the calcium sulfate in step a) can take into account the impurities in the additives used are included, and the standard values for phosphorus and fluorine to be observed for the cement clinker are set.
  • the guide values for phosphorus are preferably a maximum of 1.0% by weight, more preferably a maximum of 0.5% by weight, even more preferably a maximum of 0.1% by weight P2O5 and / or the guide values for fluorine are preferably a maximum of 0.5% by weight %, more preferably a maximum of 0.25% by weight, even more preferably a maximum of 0.1% by weight of F. This is possible due to the integrative approach, since all process steps are considered together, taking their respective requirements into account.
  • the scope of cleaning can be set by adjusting the parameters in step a), such as S / L ratio, acid concentration, treatment temperature and duration.
  • the fluid balance, in particular the water balance, of the phosphoric acid production is not or only insignificantly changed by the integrated process, in particular since the use of liquid, in particular water, for cleaning the calcium sulfate in the process according to step a) can be linked to the liquid balance, in particular the water balance, of phosphoric acid production .
  • the liquid or water balance of phosphoric acid production includes the liquid or water that is fed to production and the liquid or water that is discharged from production. Changes in the fluid balance, especially the water balance, have a significant influence on the efficiency of the process steps in phosphoric acid production.
  • the invention also relates to a plant for the production of sulfuric acid and cement clinker using calcium sulfate, which is formed and separated off as a solid by-product in a phosphoric acid production during the reaction of rock phosphate with sulfuric acid to form phosphoric acid, the plant comprising the following devices: a) a Calcium sulphate reaction unit which is suitable for treating the calcium sulphate separated from the phosphoric acid with an acid in order to obtain a suspension with purified calcium sulphate, b) a calcium sulphate separation unit which is suitable for separating the purified calcium sulphate as a solid from the separating the liquid phase of the suspension obtained, c) a raw meal mixing unit which is suitable for adding the separated, purified calcium sulfate with additives and reducing agents mix in order to obtain a raw meal mixture for cement clinker production, d) a cement clinker production unit, for example a combination of a preheating unit, a burning unit and at least one cooling unit which is
  • the plant can be used for the method according to the invention described above.
  • information on the individual facilities or units please refer to the information provided above.
  • the above information for the procedure applies accordingly to the system.
  • the calcium sulfate separation unit is fluidically connected, for example via a pipeline, to the phosphoric acid production system so that the liquid phase obtained in the calcium sulfate separation unit can be introduced into the phosphoric acid production as feedstock.
  • the calcium sulfate separated off for step a) can be fed from a separation unit of the phosphoric acid production, which separates the phosphoric acid from the calcium sulphate, or from a heap of calcium sulphate from the phosphoric acid production.
  • FIG. 1 shows a schematic flow diagram for the utilization of calcium sulfate from phosphoric acid production with the aid of an integrated complex for the production of cement clinker and sulfuric acid.
  • FIG. 2 shows a schematic flow diagram for the utilization of calcium sulfate from phosphoric acid production with the aid of an integrated complex for the production of cement clinker and sulfuric acid as in FIG. 1, with additional or additional process steps being shown.
  • Fig. 1 shows a flow diagram of phosphoric acid production (existing complex) and an integrated process for the production of cement clinker and sulfuric acid from calcium sulfate derived from phosphoric acid production (integrated complex).
  • the phosphate rock is processed in a processing unit 1 in order to obtain the raw phosphate.
  • the raw phosphate is reacted in the reaction unit of the phosphoric acid plant 2 with sulfuric acid originating from the sulfuric acid production plant in order to form phosphoric acid and solid calcium sulfate as a by-product.
  • the calcium sulphate generated in the phosphoric acid production is separated from the phosphoric acid in the filtration unit 3 of the phosphoric acid plant and fed to the calcium sulphate reaction unit 5.
  • the calcium sulfate is treated with acid, so that after the treatment, for example, a 1-12 molar acid, in particular a 1-12 molar sulfuric acid, is obtained.
  • a 1-12 molar sulfuric acid can be added for the treatment.
  • the treatment can be carried out, for example, at a temperature of 15-100 ° C. for 5 to 120 minutes, the suspension obtained preferably being agitated, for example by stirring.
  • the impurities in the calcium sulphate which have a negative impact on the downstream cement clinker process and the cement quality, are reduced to the level required by the cement clinker process.
  • a calcium sulfate separation unit 6 which is preferably a filtration unit, the liquid and the resulting solid are separated from one another.
  • the liquid, in particular the filtrate, can be used in the existing phosphoric acid-sulfuric acid complex.
  • the treated calcium sulfate is fed to the raw meal preparation unit 7 connected upstream for the cement clinker process. There, the calcium sulphate is mixed with the necessary additives for the required cement clinker quality in the correct ratio.
  • the cement clinker process unit 8 is charged with the prepared cement clinker raw meal, the raw meal preferably being preheated in a heat exchanger (not shown) before it is fed to the process unit 8.
  • sulfur dioxide is separated from the calcium sulfate and fed as exhaust gas from the cement clinker process unit to the sulfur dioxide exhaust gas treatment 9.
  • the treated sulfur dioxide gas can optionally the existing sulfuric acid production plant 4 are fed. Alternatively, the treated sulfur dioxide gas can optionally be fed to a new sulfuric acid production plant (cf. 13 in FIG. 2).
  • the calcium remaining in the cement clinker process unit reacts with the additives to form cement clinker.
  • the burning temperature for cement clinker production can be, for example, at a temperature in the range from 1200 ° C. to 1600 ° C. and a burning time from 5 minutes to 60 minutes. The cement clinker produced in this way is cooled and can be further processed into cement.
  • FIG. 2 shows a schematic flow diagram for the utilization of calcium sulfate from phosphoric acid production with the aid of an integrated complex for the production of cement clinker and sulfuric acid according to FIG. 1, with additional or additional process steps being shown.
  • the alternative or additional process steps are discussed below, otherwise reference is made to the explanations relating to FIG. 1.
  • Fig. 2 shows an alternative source for the calcium sulfate used in step a).
  • a calcium sulfate from a dump 10 can be used for the calcium sulfate used in step a), which is deposited calcium sulfate from phosphoric acid production.
  • FIG. 1 shows a schematic flow diagram for the utilization of calcium sulfate from phosphoric acid production with the aid of an integrated complex for the production of cement clinker and sulfuric acid according to FIG. 1, with additional or additional process steps being shown. The alternative or additional process steps are discussed below, otherwise reference is made to the explanations relating to FIG. 1.
  • Fig. 2 shows an alternative source for the calcium
  • the optional processing step for removing rare earths which comprises a reaction unit for extracting rare earth metals from the calcium sulphate 11 and the calcium sulphate separation unit 12 for separating the liquid phase from the purified calcium sulphate. Furthermore, it is shown in FIG. 2 that the sulfur dioxide obtained from the SC treatment 9 can be used for the production of sulfuric acid in the existing sulfuric acid production plant 4 and / or a new sulfuric acid production plant 13.
  • the phosphor gypsums were each dried before and after the treatment by the method described for at least 24 h at 50 ° C. in order to remove free water.
  • the chemical composition of the plasters was determined before and after treatment by means of X-ray fluorescence analysis (XRF) on an Axios Advanced spectrometer from PANalytical with the SuperQ 5.3B software package.
  • XRF X-ray fluorescence analysis
  • the plaster of paris was made using lithium tetraborate open minded.
  • the loss on ignition of the plasters was determined at 1050 ° C.
  • the fluoride content was determined after digestion of the gypsum using sodium peroxide and hydrochloric acid using an ion-selective electrode. All the values of the results from the XRF given below relate to the gypsum samples free from ignition loss. Some plasters were also checked for their mineralogical composition before and after treatment by means of powder diffractometry on a D4 Endeavor diffractometer from Bruker. The software package Topas 4.2 from Bruker was used for evaluation by means of the Rietveld method. The Dv (50) value of the particle size distribution was determined on a Mastersizer 3000 from Malvern with ethanol as the dispersing medium. The Fraunhofer model was used as the scattering model.
  • the mineralogical composition before treatment was made with 2.8% by weight quartz, 91.5% by weight dihydrate (CaSO * 2Fi 2 0), 3.7% by weight of flemihydrate (CaSO * 0.5 Fi 2 0) and 2.9% by weight of anhydrite (CaSO) .
  • the following composition was determined: 3.3% by weight. -% quartz, 1.2% by weight dihydrate (CaSO * 2H 2 0), 0.1% by weight flemihydrate (CaSO * 0.5 Fl 2 0) and 95.5% by weight anhydrite (CaSC) .
  • the following mineralogical composition was determined: 3.2% by weight quartz, 73.2% by weight dihydrate (CaSO * 2H 2 0), 2.4% by weight hemihydrate (CaSO * 0.5 H 2 0) and 21.2% by weight anhydrite (CaSO).
  • the D v (50) value after treatment is 59.1 gm.
  • the P2O5 and F contents are still 0.07 and 0.08% by weight (corresponds to a leaching efficiency of 96% and 96%).
  • the following mineralogical composition was determined: 2.5% by weight quartz, 0.2% by weight dihydrate (CaSO * 2FI2O) and 97.3% by weight anhydrite (CaSO).
  • the D v (50) value after treatment is 6.62 pm.
  • the filtration times of the suspensions from Examples 3, 4 and 5 were used a suction filter with a filter area of 56 cm 2 is determined at a vacuum of 500 mbar. In all cases the filter cake height was between 13 and 14.5 mm.
  • the suspension from Example 5 had a filtration time of 30 s and 52 s and 39 s in the 1st and 2nd wash.
  • the suspension from Example 3 had a filtration time of 11 s and 22 s and 19 s in the 1st and 2nd wash.
  • the suspension from Example 4 had a filtration time of 11 s and 20 s and 11 s in the 1st and 2nd wash. It turns out that the filterability can be optimized while maintaining the cleaning quality by adapting the influencing variables.

Abstract

The invention relates to a method for producing sulphuric acid and cement clinker using calcium sulphate, which is formed and separated as a solid by-product during the production of phosphoric acid in the reaction of raw phosphate with sulphuric acid to form phosphoric acid, wherein the method comprises the following steps: a) the calcium sulphate separated from the phosphoric acid is treated with an acid in order to obtain a suspension with purified calcium sulphate; b) the purified calcium sulphate is separated from the liquid phase of the obtained suspension as a solid material, wherein the obtained liquid phase can be introduced into the reaction unit of the phosphoric acid production as a feed material; c) the separated purified calcium sulphate is mixed with additives and reducing agents in order to obtain a raw meal mixture for cement clinker production; d) the raw meal mixture is burnt in order to obtain the cement clinker, wherein sulphur dioxide is formed as a waste gas; and e) the formed sulphur dioxide is supplied to a sulphuric acid production as a raw material in order to produce the sulphuric acid, wherein the produced sulphuric acid is used as a feed material in phosphoric acid production. The method is, in particular, an integrated method. The integrative approach as a total concept from phosphogypsum to cement clinker and sulphur dioxide takes into consideration the requirements in an existing phosphoric acid and sulphuric acid complex.

Description

Integriertes Verfahren zur kommerziellen und industriellen Verwertung von Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion Integrated process for the commercial and industrial utilization of calcium sulfate from phosphoric acid production
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein integriertes Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure und Zementklinker unter Verwendung von Kalziumsulfat, das bei der Phosphorsäureproduktion entsteht, und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to an integrated process for the production of sulfuric acid and cement clinker using calcium sulfate, which is formed during the production of phosphoric acid, and a system for carrying out the process.
Kalziumsulfat ist ein Abfallprodukt der Phosphorsäure produzierenden Industrie und fällt als Dihydrat und/oder Hemihydrat bei dem Aufschluss von Phosphaterzen mit Schwefelsäure an. Das bei der Herstellung von Phosphorsäure gebildete Kalziumsulfat wird auch als Phosphorgips bezeichnet. Calcium sulphate is a waste product of the phosphoric acid producing industry and occurs as dihydrate and / or hemihydrate when phosphate ores are broken down with sulfuric acid. The calcium sulphate formed during the production of phosphoric acid is also known as phosphogypsum.
Bedingt durch Verunreinigungen wie Phosphor, Fluor, radioaktive Komponenten und Schwermetalle im Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion sind die heutigen Möglichkeiten zur Verwendung des Kalziumsulfates, z.B. als Zementzusatzstoff, Düngemittel, Mörtel oder Straßenbaumaterial, eingeschränkt, so dass weltweit nur 15% der Jahresproduktion an Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion entsprechend verwendet werden. Die restlichen 85% der Jahresproduktion an Kalziumsulfat werden entweder auf Halde gelagert oder im Meer verklappt. Due to impurities such as phosphorus, fluorine, radioactive components and heavy metals in calcium sulphate from phosphoric acid production, today's options for using calcium sulphate, e.g. as a cement additive, fertilizer, mortar or road construction material, are limited, so that worldwide only 15% of the annual production of calcium sulphate from the Phosphoric acid production can be used accordingly. The remaining 85% of the annual production of calcium sulphate are either stored on heaps or dumped in the sea.
Aufgrund der aktuellen Umweltsituation werden Lagerstätten zur Deponierung des Phosphorgipses oder die Verklappung von Phosphorgips im Meer entweder nur unter strengeren Auflagen oder gar nicht mehr genehmigt. Due to the current environmental situation, storage sites for the dumping of phosphogypsum or the dumping of phosphogypsum in the sea are either only permitted under stricter conditions or not at all.
Die aus dem Phosphorsäureprozess erzielte Phosphorgipsqualität ist abhängig von Faktoren wie eingesetztes Rohphosphat und Prozessbedingungen bei dem Aufschluss des Rohphosphats mit Schwefelsäure. The phosphogypsum quality obtained from the phosphoric acid process depends on factors such as the rock phosphate used and process conditions when the rock phosphate is broken down with sulfuric acid.
Der aufbereitete Rohphosphat kann nach den folgenden Aufbereitungsverfahren über die möglichen Phosphorsäureverfahren zur Phosphorgipsherstellung eingesetzt werden: 1. Kalzinierung, 2. Flotation, 3. Umwandlung in Mono- Kalzium-Phosphat oder Di-Kalzium-Phosphat mit Hilfe anorganischer Säuren. Die genannten Verfahren sind dem Fachmann bekannt und sind z.B. beschrieben in Physical and thermal treatment of phosphate ores — An OverView; Int. J. Miner. Process. 85 (2008) 59-84; Abdel-Zaher M. Abouzeid; The Fertilizer Manual 3rd Edition; herausgegeben von UNIDO & IFDC, Ausgabe 1998; ISBN: 0792350324 9780792350323; sowie Pyroprocessing for the minerals industry, Thyssenkrupp Polysius; Kennung: 1625/D (1.0 12.11 Stu). The processed rock phosphate can be used for phosphogypsum production using the following processing methods via the possible phosphoric acid processes: 1. Calcination, 2. Flotation, 3. Conversion into mono-calcium phosphate or di-calcium phosphate with the help of inorganic acids. The methods mentioned are known to the person skilled in the art and are described, for example, in Physical and thermal treatment of phosphate ores - An OverView; Int. J. Miner. Process. 85 (2008) 59-84; Abdel-Zaher M. Abouzeid; The Fertilizer Manual 3rd Edition; published by UNIDO & IFDC, 1998 edition; ISBN: 0792350324 9780792350323; and Pyroprocessing for the minerals industry, Thyssenkrupp Polysius; Identification: 1625 / D (1.0 12.11 Stu).
Pro Tonne produzierter Phosphorsäure werden je nach Produktionsverfahren 4 bis 5 Tonnen Kalziumsulfat produziert. Auf Grund der naturgemäß unterschiedlichen Qualitäten/Zusammensetzungen der Phosphaterze und der unterschiedlichen Verfahrensparameter zur Herstellung von Phosphorsäure werden auch entsprechend unterschiedliche Qualitäten an Kalziumsulfaten produziert. Depending on the production process, 4 to 5 tons of calcium sulfate are produced for each ton of phosphoric acid produced. Due to the naturally different qualities / compositions of the phosphate ores and the different process parameters for the production of phosphoric acid, different qualities of calcium sulphates are produced accordingly.
Die erhöhten Anforderungen zur Handhabung des produzierten Kalziumsulfates bzw. Phosphorgips stellen die Phosphorsäure produzierende Industrie vor komplexe Herausforderungen. Schätzungen für die Lagerung von Phosphorgips auf Lebenszeit gehen von bis zu 25 Dollar/t Gips für die produzierenden Unternehmen aus. The increased requirements for handling the calcium sulfate or phosphogypsum produced pose complex challenges for the phosphoric acid producing industry. Estimates for lifetime storage of phosphorus gypsum are as high as $ 25 / tonne of gypsum for manufacturing companies.
Als Beispiel zur möglichen kommerziellen und großtechnischen Verwendung von Kalziumsulfat/Phosphorgips wird in der Literatur vielfach die Umsetzung von Phosphorgips in Zementklinker bzw. Zement und SO2 bzw. Schwefelsäure genannt. Die Umsetzung von Gips und Phosphorgips in Zement und Schwefelsäure nach dem Müller-Kühne-Prozess oder nach dem OSW-Krupp- Prozess sind seit langem bekannt, siehe z.B. die Patentschrift AT 292539 B; zumindest für die Verarbeitung von Phosphorgips findet dieses Verfahren keine breite Anwendung mehr. As an example of the possible commercial and large-scale use of calcium sulfate / phosphogypsum, the conversion of phosphogypsum into cement clinker or cement and SO2 or sulfuric acid is often mentioned in the literature. Implementation of gypsum and phosphogypsum in cement and Sulfuric acid according to the Müller-Kühne process or according to the OSW-Krupp process have been known for a long time, see, for example, patent specification AT 292539 B; At least for the processing of phosphogypsum, this process is no longer widely used.
DE 3222721 C2 beschreibt auf Grundlage des Müller-Kühne-Prozesses ein verbessertes Verfahren durch eine vorgeschaltete Teilentwässerung des Gipses durch Zentrifugieren mit nachgeschalteter zweistufiger Trocknung, wobei das aus der ersten Trocknungsstufe austretende SC -haltige Abgas direkt in den Gaswäscher der Schwefelsäureanlage eingeleitet wird. Das beschriebene Verfahren nimmt keinen Bezug auf Qualität des Phosphorgips hinsichtlich bestimmter Komponenten und auch keinen Bezug auf die Qualität des SO2- Abgases für die angedeutete, nachgeschaltete Schwefelsäureanlage. DE 3222721 C2 describes an improved process based on the Müller-Kühne process by means of an upstream partial dewatering of the gypsum by centrifugation with downstream two-stage drying, with the SC-containing exhaust gas emerging from the first drying stage being introduced directly into the gas scrubber of the sulfuric acid plant. The method described makes no reference to the quality of the phosphogypsum with regard to certain components and also no reference to the quality of the SO2 exhaust gas for the indicated, downstream sulfuric acid plant.
Kandil et al., Journal of Radiation Research and Applied Sciences; 10; 2017, beschreiben ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniumsulfat aus Phosphorgips, in dem in einem ersten Schritt Schwefelsäure zur Auslaugung von P2O5, F, Lanthaniden und weiteren Bestandteilen eingesetzt wird. Das beschriebene Verfahren steht in keinem Zusammenhang mit der Umwandlung von Phosphorgips in Zementklinker und Schwefelsäure. Kandil et al., Journal of Radiation Research and Applied Sciences; 10; 2017, describe a process for the production of ammonium sulfate from phosphogypsum, in which sulfuric acid is used in a first step to leach P2O5, F, lanthanides and other components. The process described is not related to the conversion of phosphogypsum into cement clinker and sulfuric acid.
EP 0041761 Al betrifft im Zusammenhang mit der Umwandlung von Phosphorgips in Zementklinker und SC -Gas ausschließlich die Umkristallisation von Kalziumsulfat-dihydrat nach Kalziumsulfat-anhydrit. Es können PzOs-Gehalte von unter 0,01 Gewichts-% und Fluor-Gehalte von unter 0,05 Gewichts-% im Kalziumsulfat-anhydrit erzielt werden. Aus dem so gewonnenen Anhydrit können bei hohen Temperaturen Kalziumkomponenten und Schwefeldioxid gewonnen werden. Die Möglichkeit zur Rückführung von verbrauchter Schwefelsäure in den Phosphorsäureprozess wird erwähnt, jedoch werden Einflussfaktoren wie Korngröße des Gipses sowie Feststoff zu Flüssigkeit-Verhältnis (S/L), die direkten Einfluss auf die Wasserbilanz im Phosphorsäurekomplex haben, nicht berücksichtigt. EP 0041761 A1 relates exclusively to the recrystallization of calcium sulfate dihydrate to calcium sulfate anhydrite in connection with the conversion of phosphogypsum into cement clinker and SC gas. PzOs contents of less than 0.01% by weight and fluorine contents of less than 0.05% by weight can be achieved in calcium sulfate anhydrite. Calcium components and sulfur dioxide can be extracted from the anhydrite obtained in this way at high temperatures. The possibility of returning used sulfuric acid to the phosphoric acid process is mentioned, but influencing factors such as the grain size of the gypsum and the solid to liquid ratio (S / L), which have a direct influence on the water balance in the phosphoric acid complex, are not taken into account.
GB 120991 beschreibt die Herstellung von Zement nach dem Müller-Kühne- Verfahren auf Basis von Kalziumsulfat-Hemihydrat, das durch Rekristallisation von Kalziumsulfat-Dihydrat bei der Phosphorsäureproduktion hergestellt wird. Heute ist diese Art des Verfahrens als sogenanntes DHH (Dihydrat-Hemihydrat)- Verfahren bekannt. Des Weiteren wird die Herstellung von Schwefelsäure und Portlandzement auf Basis des Hemihydrats beschrieben. Die Behandlung des Kalziumsulfats mit einer Säure nach der Abtrennung von der Phosphorsäure wird nicht beschrieben. GB 120991 describes the production of cement by the Müller-Kuehne process on the basis of calcium sulphate hemihydrate, which is produced by recrystallization of calcium sulphate dihydrate during phosphoric acid production. Today this type of procedure is known as the so-called DHH (dihydrate hemihydrate) procedure. Furthermore, the production of sulfuric acid and Portland cement based on the hemihydrate is described. The treatment of the calcium sulfate with an acid after the separation from the phosphoric acid is not described.
US 3547581 betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von gefiltertem Gips aus der Phosphorsäureproduktion, bei dem der Gips nach Zugabe von Silika und Schwefelsäure auf Temperaturen von 200°C bis 400°C aufgeheizt wird und zu Hemihydrat bzw. Anhydrit kalziniert. Das erhaltene Produkt wird mit Wasser gewaschen, wodurch die Gehalte von Phosphat und Fluoriden im Gips reduziert werden können. Es handelt sich aufgrund der erforderlichen hohen Temperaturen um ein energieintensives Verfahren, welches eine Vielzahl an Prozessschritten umfasst. Zudem erfordert das Verfahren nach US3547581 die Erwärmung und Zugabe von Silika im Vergleich zum hier vorgestellten erfindungsgemäßen Prozesskonzept. Die Herstellung einer Suspension durch Zugabe von Säure zu Kalziumsulfat wird nicht beschrieben. US 3547581 relates to a method for processing filtered gypsum from phosphoric acid production, in which the gypsum is heated to temperatures of 200 ° C. to 400 ° C. after the addition of silica and sulfuric acid and calcined to hemihydrate or anhydrite. The product obtained is washed with water, which allows the phosphate and fluoride levels in the gypsum to be reduced. Due to the high temperatures required, it is an energy-intensive process that includes a large number of process steps. In addition, the method according to US 3547581 requires the heating and addition of silica in comparison to the process concept according to the invention presented here. The preparation of a suspension by adding acid to calcium sulfate is not described.
DE 1671215 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure und Zement aus Abfall-Kalziumsulfat, wie Phosphorgips, das die Herstellung des Rohmehles behandelt. DE 1671215 relates to a process for the production of sulfuric acid and cement from waste calcium sulphate, such as phosphogypsum, which deals with the production of the raw meal.
DE 1912183 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von fluorarmem Zementklinker aus Phosphorgips, bei dem das Fluor im Phosphorgips durch Erhitzen des Abfallgips in feingemahlenem Zustand auf Temperaturen zwischen 500 und 900°C selektiv reduziert wird. DE 1912183 describes a process for the production of low-fluorine cement clinker from phosphogypsum, in which the fluorine in the phosphogypsum is selectively reduced by heating the waste gypsum in a finely ground state to temperatures between 500 and 900.degree.
US 4415543 beschreibt ein Verfahren, bei dem der Gehalt an Fluoriden und Phosphaten in Phosphorgips durch Waschen mit Wasser und anschließender Erhitzung reduziert wird. US 4415543 describes a method in which the content of fluorides and phosphates in phosphogypsum is reduced by washing with water and subsequent heating.
Generell werden in der Literatur lediglich die jeweiligen Einzelprozesse wie Aufbereitung des Phosphorgipses, thermische Zersetzung des Phosphorgipses in Zementklinker und Schwefeldioxid beschrieben. Nur vereinzelt werden mögliche Zusammenhänge mit den erforderlichen vor- und/oder nachgeschalteten Prozessen erwähnt. In general, the literature only describes the individual processes such as preparation of the phosphogypsum, thermal decomposition of the phosphogypsum into cement clinker and sulfur dioxide. Possible connections with the necessary upstream and / or downstream processes are only mentioned sporadically.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Verwendung von bei der Phosphorsäureproduktion entstehendem Kalziumsulfat (Phosphorgips) zur Herstellung von Wertprodukten bereitzustellen, das gezielt auf die Nutzung von Phosphorgips ausgerichtet ist und im industriellen Maßstab verwendet werden kann, um die umweltbedingten und wirtschaftlichen Anforderungen zu erfüllen, um so die großen Mengen an entstehendem Phosphorgips verarbeiten zu können The object of the present invention is to provide a method for the use of calcium sulfate (phosphogypsum) that is formed during the production of phosphoric acid for the production of products of value, which is specifically aimed at the use of phosphogypsum is oriented and can be used on an industrial scale in order to meet the environmental and economic requirements in order to be able to process the large amounts of phosphogypsum that is produced
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure und Zementklinker unter Verwendung von Kalziumsulfat, das in einer Phosphorsäureproduktion bei der Umsetzung von Rohphosphat mit Schwefelsäure zur Bildung von Phosphorsäure als festes Nebenprodukt gebildet und abgetrennt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) das von der Phosphorsäure abgetrennte Kalziumsulfat wird mit einer Säure behandelt, um eine Suspension mit gereinigtem Kalziumsulfat zu erhalten, b) das gereinigte Kalziumsulfat wird als Feststoff von der flüssigen Phase der erhaltenen Suspension abgetrennt, c) das abgetrennte gereinigte Kalziumsulfat wird mit Zusatzstoffen und Reduktionsmittel vermischt, um eine Rohmehlmischung für die Zementklinkerproduktion zu erhalten, d) die Rohmehlmischung wird gebrannt, um den Zementklinker zu erhalten, wobei Schwefeldioxid als Abgas gebildet wird, und e) das gebildete Schwefeldioxid wird als Rohstoff einer Schwefelsäureproduktion zugeführt, um die Schwefelsäure herzustellen, wobei die hergestellte Schwefelsäure als Einsatzmaterial in der Phosphorsäureproduktion verwendet und/oder einer anderen Nutzung zugeführt werden kann. The object is achieved according to the invention by a method according to claim 1. In particular, the object is achieved by a process for the production of sulfuric acid and cement clinker using calcium sulfate, which is formed and separated off as a solid by-product in a phosphoric acid production during the reaction of rock phosphate with sulfuric acid to form phosphoric acid, the process comprising the following steps: a ) the calcium sulfate separated from the phosphoric acid is treated with an acid to obtain a suspension with purified calcium sulfate, b) the purified calcium sulfate is separated as a solid from the liquid phase of the resulting suspension, c) the separated purified calcium sulfate is treated with additives and reducing agents mixed in order to obtain a raw meal mixture for cement clinker production, d) the raw meal mixture is burned in order to obtain the cement clinker, whereby sulfur dioxide is formed as exhaust gas, and e) the sulfur dioxide formed is used as raw material for sulfuric acid production In order to produce the sulfuric acid, the sulfuric acid produced can be used as feedstock in phosphoric acid production and / or can be fed to another use.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere ein integriertes Verfahren. Der integrative Ansatz als Gesamtkonzept vom Phosphorgips zum Zementklinker und Schwefeldioxid bei dem integrierten Verfahren ermöglicht die Abstimmung der Abhängigkeiten/Einflussfaktoren zur optimierten Verfahrenswahl und damit verbunden die einhergehende Flexibilität der Prozessführung mit der Möglichkeit, in bestehende Phosphorsäure- und Schwefelsäureanlagenkomplexe eingebunden zu werden. So können alle Prozessparameter und Verfahrensstufen des Gesamtkomplexes zur Erzielung spezifischer Produktqualitäten ausgehend von einer variablen Eduktbeschaffenheit, wie z.B. der Eduktbeschaffenheit von dem in der Phosphorsäureproduktion eingesetzten Apatit oder dem Phosphorgips der aktuellen Produktion bzw. der Halde aufeinander abgestimmt werden. Dies wurde bis heute nicht betrachtet. Die Merkmalskombinationen des erfindungsgemäßen integrativen Verfahrens lassen sich aus dem Stand der Technik nicht herleiten. The method according to the invention is in particular an integrated method. The integrative approach as an overall concept from phosphogypsum to cement clinker and sulfur dioxide in the integrated process enables the coordination of the dependencies / influencing factors for the optimized process selection and the associated flexibility of the process management with the possibility of being integrated into existing phosphoric acid and sulfuric acid plant complexes. In this way, all process parameters and process stages of the overall complex can be coordinated to achieve specific product qualities based on a variable educt quality, such as the educt quality of the apatite used in the phosphoric acid production or the phosphogypsum of the current production or the stockpile. That was not considered until today. The combinations of features of the integrative method according to the invention cannot be derived from the prior art.
Im Folgenden werden in diesem Zusammenhang die Ausdrücke Komplex und Anlage austauschbar verwendet. Die in Schritt b) erhaltene abgetrennte flüssige Phase kann in die Reaktionseinheit der Phosphorsäureproduktion als Einsatzstoff eingebracht werden. In the following, the terms complex and system are used interchangeably in this context. The separated liquid phase obtained in step b) can be introduced into the reaction unit for phosphoric acid production as a starting material.
Als Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere des integrierten Verfahrens können insbesondere folgende Punkte genannt werden: The following points in particular can be mentioned as advantages of the method according to the invention, in particular the integrated method:
1. Einsatz des produzierten Kalziumsulfates/Phosphorgips als Rohstoff zur Herstellung von Wertprodukten 1. Use of the produced calcium sulphate / phosphogypsum as raw material for the production of valuable products
2. Umwandlung des Kalziumsulfates/Phosphorgips in Zementklinker als Rohstoff für die Zementproduktion und Schwefeldioxid als Rohmaterial für die Schwefelsäureproduktion 2. Conversion of calcium sulfate / phosphogypsum into cement clinker as a raw material for cement production and sulfur dioxide as a raw material for sulfuric acid production
3. Reduzierung zur Vermeidung umweltbelastender Langzeitfolgen aus Deponierung / Verklappung von Kalziumsulfat / Phosphorgips 3. Reduction to avoid environmentally harmful long-term consequences from landfilling / dumping of calcium sulphate / phosphogypsum
4. Rückgewinnung und Zirkulation des eingesetzten Schwefels im Phosphorsäureprozess und/oder einer weiteren Nutzung, wodurch lediglich ein Bedarf an zusätzlichem Schwefel zum Ausgleich von Verlusten im Gesamtprozess entsteht. Allgemeine Ausführungsbeispiele sind eine Kreislaufführung der Schwefelsäure oder die Nutzung von Phosphorgips aus Halden. In letzteren Fall muss Schwefelsäure exportiert werden, da durch die Zufuhr von Phosphorgips aus externen Quellen, insbesondere Halden, ein Schwefelüberschuss im Gesamtprozess resultiert. Ein Ausgleich des Schwefelhaushaltes ist daher insbesondere im Rahmen der Kreislaufführung von Schwefelsäure nötig 4. Recovery and circulation of the sulfur used in the phosphoric acid process and / or a further use, which only results in a need for additional sulfur to compensate for losses in the overall process. General embodiments are a recycling of sulfuric acid or the use of phosphogypsum from heaps. In the latter case, sulfuric acid has to be exported, since the supply of phosphogypsum from external sources, especially heaps, results in an excess of sulfur in the overall process. A balance of the sulfur balance is therefore particularly necessary in the context of the circulation of sulfuric acid
5. Erhöhung der Ausbeute an Phosphor aus dem Rohphosphat, damit bessere Verwertung des eingesetzten Rohphosphats zum Zweck der Phosphorsäureproduktion 5. Increase in the yield of phosphorus from the rock phosphate, thus better utilization of the rock phosphate used for the purpose of phosphoric acid production
6. Reduzierung des C02-Footprints durch den Einsatz von Kalziumsulfat/Phosphorgips als Rohmaterial für die Zementklinkerherstellung6. Reduction of the C02 footprint through the use of calcium sulfate / phosphogypsum as a raw material for the production of cement clinker
7. Integrativer Einsatz bestehender Anlagenkomponenten des Phosphor- und Schwefelsäurekomplexes, damit reduzierter zusätzlicher Investitionsaufwand Der hier beschriebene Ansatz des integrierten Verfahrens kann in 5 Kategorien von Herstellprozessen zusammengefasst werden: 7. Integrative use of existing system components of the phosphoric and sulfuric acid complex, thus reducing additional investment The approach of the integrated process described here can be summarized in 5 categories of manufacturing processes:
Herstellung von Phosphorgips mit geeigneter Qualität für den Zementklinkerprozess gemäß den Schritten a) und b) des erfindungsgemäßen Verfahrens, Production of phosphogypsum of suitable quality for the cement clinker process according to steps a) and b) of the method according to the invention,
Herstellung der Rohmehlmischung, die für den Zementklinkerprozess spezifisch ist, gemäß Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens, Production of the raw meal mixture, which is specific for the cement clinker process, according to step c) of the method according to the invention,
Herstellung des Zementklinkers gemäß Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens und gegebenenfalls Weiterverarbeitung des Zementklinkers zu Zement, Production of the cement clinker according to step d) of the method according to the invention and, if necessary, further processing of the cement clinker to cement,
Herstellung von Schwefeldioxidgas mit einer Qualität, die für den Schwefelsäureprozess geeignet ist, gemäß Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Schwefeldioxidgas gegebenenfalls noch einer Abgasreinigung zu unterwerfen ist, bevor es Schritt e) zugeführt wird, Production of sulfur dioxide gas with a quality that is suitable for the sulfuric acid process according to step d) of the method according to the invention, the sulfur dioxide gas optionally also having to be subjected to exhaust gas cleaning before it is fed to step e),
Herstellung der Schwefelsäure gemäß Schritt e) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Production of the sulfuric acid according to step e) of the process according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure und Zementklinker unter Verwendung von Kalziumsulfat ist bevorzugt in eine Phosphorsäureproduktion integriert. Bei der Phosphorsäureproduktion handelt es sich um ein übliches Nassverfahren, bei der Rohphosphat mit Schwefelsäure umgesetzt bzw. aufgeschlossen wird, um Phosphorsäure (Aufschlussphosphorsäure) zu bilden. The method according to the invention for the production of sulfuric acid and cement clinker using calcium sulfate is preferably integrated into a phosphoric acid production. Phosphoric acid production is a common wet process in which rock phosphate is reacted or broken down with sulfuric acid in order to form phosphoric acid (digestion phosphoric acid).
Als Rohphosphat werden sedimentäre und magmatische Phosphatgesteine verwendet, die in der Regel vor dem Einsatz aufbereitet werden. Die Aufbereitung schließt üblicherweise ein Zerkleinern und Aufkonzentrieren hinsichtlich des Phosphorgehalts ein. Zur Aufbereitung kann Phosphaterz oder Phosphatgestein, insbesondere Apatit-haltiges Erz, z.B. einer Kalzinierung, Flotation und/oder Umwandlung in Mono-Kalzium-Phosphat oder Di-Kalzium-Phosphat mit Hilfe anorganischer Säuren, unterworfen werden. Die Herstellung von Phosphorsäure nach dem Nassverfahren ist dem Fachmann allgemein bekannt. Allgemeine Beschreibungen des Verfahrens finden sich z.B. in Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5. Auflage, 1991, Bd. A19, "Phosphoric Acid and Phosphate", S. 465-505. Sedimentary and igneous phosphate rocks are used as rock phosphate, which are usually processed before use. The processing usually includes crushing and concentrating with regard to the phosphorus content. For processing, phosphate ore or phosphate rock, in particular ore containing apatite, for example, can be subjected to calcination, flotation and / or conversion into mono-calcium phosphate or di-calcium phosphate with the aid of inorganic acids. The preparation of phosphoric acid by the wet process is generally known to the person skilled in the art. General descriptions of the process can be found, for example, in Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5th Edition, 1991, Vol. A19, "Phosphoric Acid and Phosphate", pp. 465-505.
Die Phosphorsäureproduktionsanlage umfasst bevorzugt eine Aufbereitungseinheit für Phosphatgestein, eine Reaktionseinheit für die Umsetzung von Rohphosphat mit Schwefelsäure sowie eine Filtrationseinheit zur Abtrennung von Kalziumsulfat. In der Regel umfasst die Phosphorsäureproduktionsanlage zusätzlich eine Schwefelsäureproduktionsanlage, so dass sich ein Phosphorsäure-Schwefelsäure- Komplex ergibt. The phosphoric acid production plant preferably comprises a processing unit for phosphate rock, a reaction unit for converting rock phosphate with sulfuric acid and a filtration unit for separating calcium sulfate. As a rule, the phosphoric acid production plant also includes a sulfuric acid production plant, so that a phosphoric acid-sulfuric acid complex results.
Für die Herstellung von Zementklinker und Schwefelsäure nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann z.B. Kalziumsulfat bzw. Phosphorgips aus den folgenden, existierenden und dem Fachmann bekannten Prozessen zur Herstellung von Phosphorsäure verwendet werden: 1. Dihydrat (DH)-Prozess, 2. Hemihydrat (HH)-Prozess, 3. Dihydrat-Hemihydrat (DHH)-Prozess, 4. Hemihydrat- Dihydrat (HDH)-Prozess und 5. Dihydrat-Attack-Hemihydrat-Filtration (DA-HF)- Prozess. For the production of cement clinker and sulfuric acid by the process according to the invention, calcium sulfate or phosphogypsum from the following existing processes known to those skilled in the art can be used for the production of phosphoric acid: 1. Dihydrate (DH) process, 2. Hemihydrate (HH) - Process, 3rd dihydrate hemihydrate (DHH) process, 4th hemihydrate dihydrate (HDH) process and 5th dihydrate attack hemihydrate filtration (DA-HF) process.
Für die vorliegende Erfindung ist im allgemeinen einer der obigen fünf Prozesse einzusetzen, wobei bei den Prozessen 3. bis 5. (DHH/HDH/DA-HF) eine Rekristallisation des Kalziumsulfats erfolgt, was für das erfindungsgemäße Verfahren nicht erforderlich ist. For the present invention, one of the above five processes is generally to be used, with processes 3 to 5 (DHH / HDH / DA-HF) recrystallizing the calcium sulfate, which is not required for the process according to the invention.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in Schritt a) das Kalziumsulfat, welches beispielsweise nach einem der obig genannten fünf Verfahren erhalten wurde, nach Abtrennung aus der Phosphorsäureproduktion mit einer Säure behandelt, wodurch die PzOs-Ausbeute erhöht wird. In the process according to the invention, in step a) the calcium sulfate, which was obtained, for example, by one of the five processes mentioned above, is treated with an acid after separation from the phosphoric acid production, which increases the PzOs yield.
Das aus der Phosphorsäureproduktion abgetrennte Kalziumsulfat wird somit vor Zuführung zu Schritt a) bevorzugt keiner Rekristallisation unterworfen. The calcium sulfate separated from the phosphoric acid production is thus preferably not subjected to any recrystallization before being fed to step a).
Bei dem Verfahren der Phosphorsäureproduktion wird bei der Umsetzung von Rohphosphat mit Schwefelsäure zur Bildung von Phosphorsäure Kalziumsulfat als festes Nebenprodukt gebildet, das von der Phosphorsäure abgetrennt wird. Die Abtrennung kann z.B. durch Zentrifugieren, Filtrieren, Absetzen oder Eindampfen erfolgen, wobei eine mechanische Abtrennung bevorzugt ist. Das feste Kalziumsulfat wird bevorzugt durch Filtration von Phosphorsäure abgetrennt. Die Abtrennung umfasst oder besteht aus der Abtrennung von dem gebildeten Kalziumsulfat von der Phosphorsäure (Produktsäure) (erste Trennung), bevorzugt durch Filtration. Je nach Prozess kann der durch die erste Trennung abgetrennte Kalziumsulfat-Feststoff (bevorzugt Filterkuchen) gegebenenfalls noch einer oder mehreren Waschungen mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser, mit anschließender Abtrennung, bevorzugt Filtration, der Flüssigkeit unterworfen werden. In the process of phosphoric acid production, calcium sulfate is formed as a solid by-product during the reaction of rock phosphate with sulfuric acid to form phosphoric acid, which is separated from the phosphoric acid. The separation can take place, for example, by centrifugation, filtration, settling or evaporation, mechanical separation being preferred. The solid Calcium sulfate is preferably separated from phosphoric acid by filtration. The separation comprises or consists of the separation of the calcium sulfate formed from the phosphoric acid (product acid) (first separation), preferably by filtration. Depending on the process, the calcium sulfate solid (preferably filter cake) separated off by the first separation can optionally also be subjected to one or more washes with liquid, in particular water, with subsequent separation, preferably filtration, of the liquid.
Für das von der Phosphorsäure abgetrennte Kalziumsulfat, das in Schritt a) eingesetzt wird, kann das direkt nach der ersten Trennung von der Phosphorsäure erhaltene Kalziumsulfat verwendet werden, da eine weitere Waschung nicht zwingend erforderlich ist. Dadurch wird eine Reduktion der Filterfläche im Phosphorsäure-Prozess ermöglicht. Es ist aber auch möglich, für das von der Phosphorsäure abgetrennte Kalziumsulfat, das in Schritt a) eingesetzt wird, Kalziumsulfat zu verwenden, das nach der ersten Trennung von der Phosphorsäure einer oder mehreren Wäschen mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, unterworfen wurde, bevor es Schritt a) zugeführt wird. For the calcium sulfate separated from the phosphoric acid, which is used in step a), the calcium sulfate obtained directly after the first separation from the phosphoric acid can be used, since further washing is not absolutely necessary. This enables a reduction in the filter area in the phosphoric acid process. However, it is also possible for the calcium sulfate separated from the phosphoric acid, which is used in step a), to use calcium sulfate which, after the first separation from the phosphoric acid, was subjected to one or more washes with a liquid, preferably water, before it Step a) is supplied.
Alternativ kann auf Flalden gelagertes Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion als das Kalziumsulfat verwendet werden, das in Schritt a) eingesetzt wird. Gegebenenfalls muss das Kalziumsulfat der Flalden vor der Verwendung in Schritt a) zusätzlich mechanisch vorbehandelt werden. Alternatively, calcium sulphate stored on flalden from phosphoric acid production can be used as the calcium sulphate which is used in step a). If necessary, the calcium sulphate of the flats must also be mechanically pretreated before use in step a).
Die Umsetzung von Rohphosphat mit Schwefelsäure findet in dem Phosphorsäureproduktionskomplex in der Reaktionseinheit der Phosphorsäureanlage statt. Das erhaltene Reaktionsgemisch wird dann zur der Trenneinheit, bevorzugt Filtrationseinheit, der Phosphorsäureanlage gefördert, wo die Phosphorsäure von dem gebildeten Kalziumsulfat in einer oder mehreren Trennstufen abgetrennt bzw. abfiltriert wird. Das Kalziumsulfat für den Einsatz in der Stufe a) wird der Trenneinheit bzw. Filtrationseinheit entnommen, bevorzugt aus der ersten Trennstufe, und/oder als Kalziumsulfat für den Einsatz in der Stufe a) wird auf Flalden gelagertes Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion verwendet. The conversion of rock phosphate with sulfuric acid takes place in the phosphoric acid production complex in the reaction unit of the phosphoric acid plant. The reaction mixture obtained is then conveyed to the separation unit, preferably the filtration unit, of the phosphoric acid plant, where the phosphoric acid is separated or filtered off from the calcium sulfate formed in one or more separation stages. The calcium sulphate for use in stage a) is taken from the separation unit or filtration unit, preferably from the first separation stage, and / or calcium sulphate stored on flalden from phosphoric acid production is used as calcium sulphate for use in stage a).
Das abgetrennte Kalziumsulfat, das in Schritt a) eingesetzt wird, ist bevorzugt Kalziumsulfat in Form von Dihydrat, Hemihydrat oder einer Kombination davon. In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das abgetrennte Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion mit einer Säure behandelt. Die Säure wird dem Kalziumsulfat zugegeben, um die Behandlung durchzuführen. Auf diese Weise wird nach der Behandlung eine Suspension mit gereinigtem Kalziumsulfat erhalten. Bei der erhaltenen Suspension kann es sich z.B. um einen Schlamm bzw. eine Aufschlämmung handeln. Durch die Behandlung können die Verunreinigungen im Kalziumsulfat, die den nachgeschalteten Zementklinkerprozess und die Zementqualität negativ beeinflussen, auf den vom nachgelagerten Zementklinkerprozess geforderten Gehalt reduziert werden. The separated calcium sulfate, which is used in step a), is preferably calcium sulfate in the form of dihydrate, hemihydrate or a combination thereof. In step a) of the process according to the invention, the calcium sulfate separated off from the phosphoric acid production is treated with an acid. The acid is added to the calcium sulfate to carry out the treatment. In this way a suspension with purified calcium sulphate is obtained after the treatment. The suspension obtained can be, for example, a slurry or a slurry. As a result of the treatment, the impurities in the calcium sulphate, which have a negative impact on the downstream cement clinker process and the cement quality, can be reduced to the level required by the downstream cement clinker process.
Zur Behandlung des Kalziumsulfats in Schritt a) wird eine Säure zugegeben. Die Säure ist bevorzugt eine verdünnte Säure. Verdünnte Säuren sind Säuren, die mit Wasser verdünnt sind (wässrige Säuren). Die Säure, bevorzugt die verdünnte Säure, ist vorzugsweise eine anorganische Säure, z.B. Salzsäure, Salpetersäure, schweflige Säure und/oder Schwefelsäure, wobei schweflige Säure und/oder Schwefelsäure besonders bevorzugt sind. An acid is added to treat the calcium sulfate in step a). The acid is preferably a dilute acid. Dilute acids are acids that are diluted with water (aqueous acids). The acid, preferably the dilute acid, is preferably an inorganic acid, e.g. hydrochloric acid, nitric acid, sulphurous acid and / or sulfuric acid, with sulphurous acid and / or sulfuric acid being particularly preferred.
In Schritt a) wird die Säure bevorzugt in einer solchen Menge zugegeben, dass das Verhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit (S/L-Verhältnis) in der Suspension im Bereich von 1/10 bis 1/1, bevorzugt 1/5 bis 1/1, bevorzugter 1/5 bis 1/1,3 und insbesondere 1/4 bis 1/2 liegt. Das Verhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit (S/L- Verhältnis) bezieht sich auf die Masse des Feststoffs in Kilogramm und das Volumen der Flüssigkeit in Liter bei einer Bezugstemperatur von 20°C. In step a) the acid is preferably added in such an amount that the ratio of solid to liquid (S / L ratio) in the suspension is in the range from 1/10 to 1/1, preferably 1/5 to 1/1 , more preferably 1/5 to 1 / 1.3 and especially 1/4 to 1/2. The ratio of solid to liquid (S / L ratio) relates to the mass of the solid in kilograms and the volume of the liquid in liters at a reference temperature of 20 ° C.
Die Konzentration der eingesetzten Säure wird dabei so gewählt, dass die aus der Behandlung nach Schritt a) resultierende Säure z.B. im Bereich von 1 bis 12 molar, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 10 molar, bevorzugter im Bereich von 5 bis 8 molar, liegt, wobei es sich um eine wässrige Säure handelt. Unter 1 molar wird dabei 1 mol Säure pro 1 Liter Lösung bei 20 °C verstanden. Da das zu behandelnde Kalziumsulfat Wasser enthalten kann, kann die Konzentration der zugesetzten Säure höher sein als die Konzentration der nach der Zugabe resultierenden Säure. In allgemeinen liegt die Molarität der zugesetzten Säure bevorzugt in den Bereichen, die vorstehend und nachstehend für die resultierende Säure genannt wird. The concentration of the acid used is chosen so that the acid resulting from the treatment according to step a) is, for example, in the range from 1 to 12 molar, preferably in the range from 3 to 10 molar, more preferably in the range from 5 to 8 molar, which is an aqueous acid. 1 molar is understood to mean 1 mol of acid per 1 liter of solution at 20.degree. Since the calcium sulfate to be treated may contain water, the concentration of the acid added can be higher than the concentration of the acid resulting after the addition. In general, the molarity of the acid added is preferably in the ranges which are mentioned above and below for the resulting acid.
Die aus der Behandlung nach Schritt a) resultierende Säure ist bevorzugt eine 1 bis 12 molare, bevorzugt 5 bis 8 molare schweflige Säure oder eine 1 bis 12 molare, bevorzugt 5 bis 8 molare Schwefelsäure ist. Die zugegebene Säure ist daher bevorzugt eine schweflige Säure oder eine Schwefelsäure. The acid resulting from the treatment after step a) is preferably a 1 to 12 molar, preferably 5 to 8 molar, sulfurous acid or a 1 to 12 molar acid molar, preferably 5 to 8 molar sulfuric acid. The acid added is therefore preferably a sulphurous acid or a sulfuric acid.
Die Behandlung in Schritt a) wird z.B. bei Reaktionstemperatur im Bereich zwischen Umgebungstemperatur und Siedepunkt des Reaktionsgemisches durchgeführt, z.B. bei einer Temperatur im Bereich von 15°C bis 100°C, vorzugsweise 30°C bis 80°C, bevorzugter 45 bis 75°C. The treatment in step a) is carried out, for example, at a reaction temperature in the range between ambient temperature and the boiling point of the reaction mixture, for example at a temperature in the range from 15 ° C to 100 ° C, preferably 30 ° C to 80 ° C, more preferably 45 to 75 ° C .
Die Dauer der Behandlung in Schritt a) bzw. die Reaktions-Verweilzeit für die Einstellung der Gehalte an Verunreinigungen in der Säure liegt z.B. im Bereich von 5 Minuten bis 120 Minuten, bevorzugt von 15 bis 100 Minuten, insbesondere 15 bis 90 Minuten, besonders bevorzugt 20 bis 60 Minuten. The duration of the treatment in step a) or the reaction residence time for setting the content of impurities in the acid is, for example, in the range from 5 minutes to 120 minutes, preferably from 15 to 100 minutes, in particular from 15 to 90 minutes, particularly preferred 20 to 60 minutes.
Während der Behandlung von Schritt a) wird die Suspension bzw. das Reaktionsgemisch zur der Einstellung der Gehalte an Verunreinigungen bevorzugt in Bewegung gehalten, zum Beispiel durch Zirkulieren, Rühren oder Einblasen von Gas. During the treatment of step a), the suspension or the reaction mixture is preferably kept in motion in order to adjust the content of impurities, for example by circulating, stirring or blowing in gas.
Für den Schritt a) wird das in der Phosphorsäureproduktion generierte Kalziumsulfat aus der Trenneinheit, bevorzugt Filtrationseinheit, der Phosphorsäureproduktion einer Kalziumsulfat-Reaktionseinheit oder das Kalziumsulfat von einer Halde aus der Phosphorsäureproduktion zugeführt. Dort wird das Kalziumsulfat mit der zugesetzten Säure behandelt. Bei der Kalziumsulfat-Reaktionseinheit kann es sich um eine einfache Rühreinrichtung z.B. Rührbehälter handeln. For step a), the calcium sulfate generated in the phosphoric acid production is fed from the separation unit, preferably a filtration unit, to the phosphoric acid production of a calcium sulfate reaction unit, or the calcium sulfate is fed from a heap from the phosphoric acid production. There the calcium sulfate is treated with the added acid. The calcium sulphate reaction unit can be a simple stirring device, e.g. a stirred tank.
In Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das gereinigte Kalziumsulfat nach der Behandlung als Feststoff von der flüssigen Phase der erhaltenen Suspension abgetrennt. Bei der erhaltenen Suspension kann es sich um eine Aufschlämmung handeln. Die Abtrennung von Feststoff bzw. gereinigtem Kalziumsulfat und flüssiger Phase aus der Suspension ist insbesondere eine mechanische Trennung und kann z.B. durch Zentrifugation oder Filtration erfolgen, wobei Filtration bevorzugt ist. In step b) of the process according to the invention, the purified calcium sulfate is separated off as a solid from the liquid phase of the suspension obtained after the treatment. The suspension obtained can be a slurry. The separation of solid or purified calcium sulphate and liquid phase from the suspension is in particular a mechanical separation and can be carried out, for example, by centrifugation or filtration, with filtration being preferred.
Das in Schritt b) erhaltene gereinigte Kalziumsulfat, wie es nach der Abtrennung erhalten wird, kann Dihydrat, Flemihydrat, Anhydrit oder in Form einer Mischung aus zumindest zwei der besagten Komponenten vorliegen, bevorzugt ist Kalziumsulfat in Form von Anhydrit. Die gewünschte Zusammensetzung des Kalziumsulfates ist abhängig von dem erforderlichen Maß der PzOs-Reduktion, wobei ein Zement-/Klinkerproduzent das erforderliche Maß der PzOs-Reduktion bestimmt. Durch die Behandlung mit Säure und anschließender Abtrennung von der flüssigen Phase kann insbesondere der Gehalt an Phosphor und Fluor im Kalziumsulfat reduziert werden, die als Verunreinigungen enthalten sind. Bei der abgetrennten flüssigen Phase handelt es sich in der Regel um eine säurehaltige wässrige Lösung, enthaltend unter anderem Wasser und P2O5. The purified calcium sulfate obtained in step b), as obtained after the separation, can be dihydrate, flemihydrate, anhydrite or in the form of a mixture of at least two of said components, calcium sulfate in the form of anhydrite is preferred. The desired composition of the Calcium sulphate depends on the required degree of PzOs reduction, with a cement / clinker producer determining the required degree of PzOs reduction. Treatment with acid and subsequent separation from the liquid phase can, in particular, reduce the content of phosphorus and fluorine in the calcium sulfate, which are contained as impurities. The separated liquid phase is usually an acidic aqueous solution containing, inter alia, water and P2O5.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das in Schritt b) erhaltene abgetrennte gereinigte Kalziumsulfat mindestens 5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 30 Gew.-%, bevorzugter mindestens 50 Gew.-% Anhydrit, bezogen auf trockenes Kalziumsulfat. In a preferred embodiment, the separated, purified calcium sulfate obtained in step b) contains at least 5% by weight, preferably at least 30% by weight, more preferably at least 50% by weight anhydrite, based on dry calcium sulfate.
Der Dv(50)-Wert der Korngrößenverteilung des in Schritt b) produzierten Kalziumsulfats, insbesondere Kalziumsulfat-Anhydrits, nach der Aufreinigung beträgt z.B. 0,5 - lOOpm, besonders bevorzugt 1 - 50pm, insbesondere 2 - 30pm. Definiert wird der Dv(50)-Wert als Maß, bei welchem 50Vol.-% der Partikel einen größeren Durchmesser als den angegebenen Wert aufweisen. The D v (50) value of the particle size distribution of the calcium sulfate, in particular calcium sulfate anhydrite, produced in step b) after purification is, for example, 0.5-100pm, particularly preferably 1-50pm, in particular 2-30pm. The D v (50) value is defined as a measure at which 50% by volume of the particles have a larger diameter than the specified value.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) die flüssige Phase, die nach Abtrennung des Feststoffs erhalten wird, als Einsatzstoff in der Phosphorsäureproduktion verwendet. Die flüssige Phase bzw. das Filtrat kann in der existierenden Phosphorsäureproduktion, insbesondere in dem existierenden Phosphorsäure-Schwefelsäure-Komplex, als sogenannte „Recycle Acid" (Rücklaufsäure), die der Reaktionseinheit der Phosphorsäureproduktion für die Umsetzung mit dem Rohphosphat zugeführt werden kann, verwendet werden In a preferred embodiment, in step b) the liquid phase, which is obtained after the solid has been separated off, is used as the starting material in phosphoric acid production. The liquid phase or the filtrate can be used in the existing phosphoric acid production, especially in the existing phosphoric acid-sulfuric acid complex, as so-called "Recycle Acid", which can be fed to the reaction unit of the phosphoric acid production for the reaction with the raw phosphate
Für den Schritt b) wird die in der Kalziumsulfat-Reaktionseinheit enthaltene Suspension/Aufschlämmung in eine Kalziumsulfat-Trenneinheit überführt, in der die Flüssigkeit und der resultierende Feststoff (gereinigtes Kalziumsulfat) voneinander getrennt werden können. Die Trenneinheit kann z.B. eine Filtrationseinheit oder eine Zentrifugeneinheit sein, wobei eine Filtrationseinheit bevorzugt ist. For step b), the suspension / slurry contained in the calcium sulfate reaction unit is transferred to a calcium sulfate separation unit, in which the liquid and the resulting solid (purified calcium sulfate) can be separated from one another. The separation unit can be, for example, a filtration unit or a centrifuge unit, with a filtration unit being preferred.
Als abgetrenntes gereinigtes und aufbereitetes Kalziumsulfat kann direkt das in Schritt b) erhaltene abgetrennte gereinigte Kalziumsulfat verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass das in Schritt b) erhaltene gereinigte Kalziumsulfat einer oder mehreren weiteren Reinigungsschritten unterworfen wird, insbesondere zur Entfernung von Seltenen Erden und gegebenenfalls zur Entfernung von radioaktiven Elementen und/oder Schwermetallen, wie z.B. Cd, Pb, Hg, bevor das gereinigte Kalziumsulfat dem Schritt c) zugeführt wird. Die optionalen zusätzlichen Reinigungsschritte werden nachstehend erläutert. The separated, purified calcium sulphate obtained in step b) can be used directly as the separated, purified and processed calcium sulphate. However, it is also possible that the purified calcium sulfate obtained in step b) is subjected to one or more further purification steps, in particular for the removal of rare earths and optionally for the removal of radioactive elements and / or heavy metals, such as, for example, Cd, Pb, Hg, before the purified calcium sulfate is fed to step c). The optional additional cleaning steps are explained below.
Das in Schritt c) verwendete gereinigte Kalziumsulfat weist bevorzugt einen P2O5- Gehalt von weniger als 0,5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,25 Gew.-%, bevorzugter weniger als 0,05 Gew.-%, und einen Fluoridgehalt von weniger als 0,5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,25 Gew.-%, bevorzugter weniger als 0,15 Gew.-%, und noch bevorzugter von weniger als 0,05 Gew.-% auf. Ein gereinigtes Kalziumsulfat mit dem genannten Reinigungsgrad hinsichtlich P2O5 und Fluor wird bevorzugt bereits nach Schritt b) erhalten. Durch den Reinigungsschritt gemäß der Schritte a) und b) und gegebenenfalls dem Reinigungsschritt zur Entfernung von Seltenen Erden können gegebenenfalls auch im Kalziumsulfat enthaltene, unerwünschte Schwermetalle und/oder radioaktive Elemente, insbesondere radioaktive Elemente, vollständig oder teilweise entfernt werden. The purified calcium sulfate used in step c) preferably has a P2O5 content of less than 0.5% by weight, preferably less than 0.25% by weight, more preferably less than 0.05% by weight, and a fluoride content of less than 0.5% by weight, preferably less than 0.25% by weight, more preferably less than 0.15% by weight, and even more preferably less than 0.05% by weight. A purified calcium sulfate with the stated degree of purification with regard to P2O5 and fluorine is preferably obtained after step b). The cleaning step according to steps a) and b) and optionally the cleaning step for the removal of rare earths can optionally also completely or partially remove unwanted heavy metals and / or radioactive elements, in particular radioactive elements, contained in the calcium sulfate.
In Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das abgetrennte gereinigte und aufbereitete Kalziumsulfat mit Zusatzstoffen und Reduktionsmittel vermischt, um eine Rohmehlmischung für die Zementklinkerproduktion zu erhalten. Das Kalziumsulfat wird dabei mit den erforderlichen Zusatzstoffen für die geforderte Zementklinkerqualität im richtigen Verhältnis vermischt. Wie bereits angeführt, sind der Müller-Kühne-Prozess und der OSW-Krupp-Prozess für die Umsetzung von Kalziumsulfat mit Zusatzstoffen und Reduktionsmittel zu Zementklinker und SO2 bzw. Schwefelsäure seit langem bekannt. Weitere Einzelheiten hierzu können der Fachliteratur entnommen werden, z.B. Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5. Auflage, 1986, Bd. A5, "Cement and Concrete ", p. 489-537, oder die Patentschrift AT 292539 B. Allgemein wird Zementklinker aus einem als Rohmehl bezeichnetes Rohstoffgemisch hergestellt, dass Calciumoxid, Siliciumdioxid sowie Oxide von Aluminium und Eisen enthält, siehe z.B. Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5. Auflage, 1986, Bd. A5, "Cement and Concrete", S. 489-537. In step c) of the method according to the invention, the separated, cleaned and processed calcium sulfate is mixed with additives and reducing agents in order to obtain a raw meal mixture for cement clinker production. The calcium sulphate is mixed with the necessary additives for the required cement clinker quality in the correct ratio. As already mentioned, the Müller-Kühne process and the OSW-Krupp process for converting calcium sulfate with additives and reducing agents into cement clinker and SO2 or sulfuric acid have long been known. Further details on this can be found in the specialist literature, e.g. Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5th Edition, 1986, Vol. A5, "Cement and Concrete", p. 489-537, or the patent specification AT 292539 B. In general, cement clinker is produced from a raw material mixture called raw meal that contains calcium oxide, silicon dioxide and oxides of aluminum and iron, see, for example, Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5th Edition, 1986, Vol. A5, "Cement and Concrete", pp. 489-537.
Komponenten zur Herstellung des Rohmehls in Schritt c) können, neben gereinigtem Phosphorgips/Kalziumsulfat, die dem Fachmann bekannten Zusatzstoffe für die Klinkerzusammensetzung sein, die dem Kalziumsulfat zugemischt werden, wobei in der Rohmehlmischung die Kalziumkomponente vollständig von dem abgetrennten gereinigten Kalziumsulfat gebildet wird. Vollständig schließt hier nicht aus, dass Kalzium in geringen Mengen oder als Verunreinigungen in den Zusatzstoffen enthalten sein können. Vollständig meint hier, dass mindestens 95%, bevorzugter mindestens 99%, noch mehr bevorzugt mindestens 99,9% des im Zementklinker enthaltenen Kalziums aus dem abgetrennte gereinigte Kalziumsulfat stammen. Daraus ergibt sich, das die eingesetzten Zusatzstoffe frei bzw. weitgehend frei von Kalzium sind. Zusatzstoffe sind insbesondere Al-Träger, wie z.B. Bauxite, Tone und Tonsteine, Schiefer, etc., Fe-Träger, wie z.B. Eisenerze, Laterite, etc. und Si-Träger, wie z.B. Sande, Sandsteine, Quarzite, Tone und Tonsteine, Schiefer, etc. und ein oder mehrere Reduktionsmittel, wie z.B. einen Kohlenstoff- und/oder Kohlenwasserstoff-Träger, z.B. Kohle, Koks, Petrolkoks oder aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugte Kohle/ Koks (Bio-Kohle/Koks) und/oder elementarer Schwefel. Components for producing the raw meal in step c) can, in addition to purified phosphogypsum / calcium sulfate, be the additives for the clinker composition known to the person skilled in the art, which are added to the calcium sulfate, the calcium component being completely formed in the raw meal mixture from the separated, purified calcium sulfate. This does not completely rule out the fact that calcium may be contained in the additives in small amounts or as impurities. Complete here means that at least 95%, more preferably at least 99%, even more preferably at least 99.9% of the calcium contained in the cement clinker comes from the separated, purified calcium sulfate. This means that the additives used are free or largely free of calcium. Additives are in particular aluminum carriers such as bauxite, clays and mudstones, slate, etc., Fe carriers such as iron ores, laterites, etc. and Si carriers such as sands, sandstones, quartzites, clays and mudstones, slate , etc. and one or more reducing agents, such as a carbon and / or hydrocarbon carrier, for example coal, coke, petroleum coke or coal / coke produced from renewable raw materials (bio-coal / coke) and / or elemental sulfur.
Es versteht sich, dass die Art und die Menge der Zusatzstoffe so gewählt werden, dass sie zusammen mit dem Kalziumsulfat ein Rohmehl mit geeigneter chemischer Zusammensetzung für einen Zementklinker ergeben. It goes without saying that the type and amount of the additives are selected so that, together with the calcium sulfate, they result in a raw meal with a suitable chemical composition for a cement clinker.
In einer bevorzugten Ausführungsform macht das für Schritt c) verwendete abgetrennte gereinigte Kalziumsulfat von Schritt b) mehr als 70 Gew.-%, bevorzugt mehr als 80 Gew.-%, bevorzugter mehr als 90 Gew.-%, des gesamten Kalziumsulfates in der Rohmehlmischung aus. Für den Rest des Kalziumsulfats in der in Schritt c) erhaltenen Rohmehlmischung, der nicht das in Schritt b) erhaltene abgetrennte gereinigte Kalziumsulfat ist, kann Kalziumsulfat von üblichen anderen Quellen eingesetzt werden. In a preferred embodiment, the separated purified calcium sulfate from step b) used for step c) makes up more than 70% by weight, preferably more than 80% by weight, more preferably more than 90% by weight, of the total calcium sulfate in the raw meal mixture out. For the remainder of the calcium sulfate in the raw meal mixture obtained in step c), which is not the separated, purified calcium sulfate obtained in step b), calcium sulfate from other customary sources can be used.
Als Brennstoff eignen sich feste Brennstoffe, beispielsweise Kohle, Koks, Petrolkoks, feste Sekundärbrennstoffe, etc. sowie flüssige Brennstoffe, beispielsweise Öl, Schweröl, flüssige Sekundärbrennstoffe, etc. oder gasförmige Brennstoffe, beispielsweise Erdgas, Biogas, Wasserstoff, als auch eine Kombination aus vorgenannten Brennstoffen. Solid fuels, for example coal, coke, petroleum coke, solid secondary fuels, etc., and liquid fuels, for example oil, heavy oil, liquid secondary fuels, etc. or gaseous fuels, for example natural gas, biogas, hydrogen, and a combination of the above are suitable as fuel Fuels.
Additive und / oder Mineralisatoren zur beschleunigten Zersetzung des gereinigten Kalziumsulfates und / oder zur verbesserten Bildung von Klinkermineralien können ebenfalls zugesetzt werden. Additives and / or mineralizers to accelerate the decomposition of the purified calcium sulfate and / or to improve the formation of clinker minerals can also be added.
Als Rohmehl für die Fierstellung von Zementklinker wird die Mischung der Stoffe Kalziumsulfat, alle zementüblichen Zusatzstoffe und Additiven/Mineralisatoren incl. Reduktionsmittel bezeichnet. Für die Rohmehlvorbereitung in Schritt c) wird das gereinigte Kalziumsulfat vorzugsweise auf eine gewünschte Restfeuchte getrocknet, z.B. in einem Trommeltrockner und/oder Flugsstromtrockner und/oder Wirbelschicht, wobei der Wassergehalt des getrockneten Kalziumsulfats z.B. unter 22 Gew.-%, bevorzugt 12 - 14 Gew.-%, bevorzugter unter 5 Gew.-%, noch mehr bevorzugt unter 1 Gew.-% liegt. Der Wassergehalt bezieht sich hier nur auf freies Wasser, eventuell vorhandenes Flydratwasser ist nicht berücksichtigt. Raw meal for the production of cement clinker is the mixture of the substances calcium sulphate, all conventional cement additives and additives / mineralizers including reducing agents. For the preparation of raw meal in step c), the purified calcium sulfate is preferably dried to a desired residual moisture content, e.g. in a drum dryer and / or entrained flow dryer and / or fluidized bed, the water content of the dried calcium sulfate e.g. below 22% by weight, preferably 12-14% by weight %, more preferably below 5% by weight, even more preferably below 1% by weight. The water content here only refers to free water, any flydrat water that may be present is not taken into account.
Das getrocknete Kalziumsulfat sowie alle übrigen Zusatzstoffe werden einem üblichen Lager und/oder Mischeinrichtung zugeführt. Hierfür kommen beispielsweise ein Längsmischbett und/oder Rundmischbett und/oder Wannenlager und/oder Freilager und/oder herkömmliche Silos, wie Tangentialmischsilo, Mehrzellensilo, Konussilo oder Mehrkammersilo zur Anwendung. Beispielsweise wird ein solches Mischbett in der DE 10252585 bzw. solche Silotypen die in der DE10118142 oder DE 10344040 näher beschrieben werden. The dried calcium sulfate and all other additives are fed to a conventional storage and / or mixing device. For example, a longitudinal mixing bed and / or circular mixing bed and / or tank storage and / or outdoor storage and / or conventional silos, such as tangential mixing silo, multi-cell silo, conical silo or multi-chamber silo, are used for this purpose. For example, such a mixed bed is described in DE 10252585 or those silo types that are described in more detail in DE10118142 or DE 10344040.
Die Rohmaterialien (Kalziumsulfat sowie Zusatzstoffe) werden separat oder gemeinsam auf die für den Klinkerprozess notwendige Feinheit vermahlen. Diese Zerkleinerung kann als Mahltrocknung ausgeführt werden, bei der Abwärme aus dem Prozess (z.B. vorgewärmte Gase) und / oder speziell zugeführte Wärme (z.B. Abgase eines Heißgaserzeugers) genutzt werden. The raw materials (calcium sulfate and additives) are ground separately or together to the fineness required for the clinker process. This comminution can be carried out as grinding drying, in which waste heat from the process (e.g. preheated gases) and / or specially supplied heat (e.g. exhaust gases from a hot gas generator) are used.
Für die Zerkleinerung kommen Zerkleinerungsaggregate wie wenigstens eine Vertikalrollenmühle und/oder eine Walzenpresse und/oder eine Rührwerkskugelmühle und/oder Kugelmühle und/oder Walzenschüsselmühle und/oder Stabmühle und/oder Magnetmühle zum Einsatz. Entsprechende Aggregate sind beispielsweise aus den Schutzrechten DE 102012111217, DE 102014108334 oder DE 102017114831 bekannt. For the comminution, comminution units such as at least one vertical roller mill and / or a roller press and / or an agitator ball mill and / or ball mill and / or vertical roller mill and / or rod mill and / or magnetic mill are used. Corresponding units are known, for example, from the property rights DE 102012111217, DE 102014108334 or DE 102017114831.
Die vermahlenen Rohmaterialien werden gemeinsam oder getrennt einem oder mehreren Silos zur Zwischenlagerung und / oder Homogenisierung zugeführt. The ground raw materials are fed together or separately to one or more silos for intermediate storage and / or homogenization.
Die chemische Zusammensetzung der Rohmehlmischung wird vor Aufgabe auf den Klinkerprozess kontinuierlich überprüft und in Fall von Abweichungen von vorgegebenen Sollwerten durch Änderungen der Dosierungen korrigiert. Das so vorbehandelte Rohmehl wird dosiert in die Klinkeranlage aufgegeben, ggf. zusammen mit Reduktionsmittel. The chemical composition of the raw meal mixture is continuously checked before it is added to the clinker process and, in the event of deviations from specified target values, corrected by changing the dosage. The raw meal pre-treated in this way is metered into the clinker plant, if necessary together with reducing agent.
Das Reduktionsmittel dient zur Unterstützung der Abspaltung von SO2 bei der thermischen Zersetzung des gereinigten Kalziumsulfates. Das Reduktionsmittel wird separat auf die notwendige Feinheit gebrochen und / oder vermahlen. Diese Zerkleinerung kann als Mahltrocknung ausgeführt werden. Das so vorbereitete Reduktionsmittel wird zusammen mit dem vorbehandelten Rohmehl der Klinkeranlage und / oder separat an einer oder mehreren Stellen der Klinkeranlage zugeführt. The reducing agent is used to support the splitting off of SO2 during the thermal decomposition of the purified calcium sulphate. The reducing agent is broken down and / or ground separately to the required fineness. This comminution can be carried out as grinding drying. The reducing agent prepared in this way is fed to the clinker plant and / or separately at one or more points of the clinker plant together with the pretreated raw meal.
Alternativ kann das Rohmehl bei einem Flüssigkeitsanteil der Mischung von 9 Gew.-% - 22 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 12 Gew.-% - 14 Gew.-%, einer formgebenden Einrichtung zur Erzeugung von Agglomeraten zugeführt werden. Diese Agglomerate können in einer separaten Einrichtung getrocknet und zwischengelagert werden. Das so agglomerierte Rohmehl wird dann der Vorwärmeinrichtung und dem Brennprozess zugeführt. Die Agglomerate weisen eine Größe von mehr als 250pm, vorzugsweise mehr als 500pm, bis in den niedrigen mm Bereich auf. Als formgebenden Einrichtung können beispielsweise fungieren eine Presse und/oder ein Teller und/oder eine Trommel und/oder ein mechanischer Wirbelbettreaktor und/oder ein formgebender Rührwerksmischer. Alternatively, if the liquid content of the mixture is 9% -22% by weight, preferably between 12% -14% by weight, the raw meal can be fed to a shaping device for producing agglomerates. These agglomerates can be dried and temporarily stored in a separate facility. The raw meal agglomerated in this way is then fed to the preheating device and the burning process. The agglomerates have a size of more than 250 μm, preferably more than 500 μm, down to the low mm range. A press and / or a plate and / or a drum and / or a mechanical fluidized bed reactor and / or a shaping agitator mixer, for example, can function as the shaping device.
In Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Rohmehl, das in Schritt c) hergestellt wird, durch einen thermischen Prozess, insbesondere in einer Zementklinker-Prozesseinheit, in Zementklinker umgewandelt, wobei Schwefeldioxid als Abgas gebildet wird. Der in Schritt d) erzeugte Zementklinker kann zur Zementherstellung verwendet werden. In step d) of the method according to the invention, the raw meal that is produced in step c) is converted into cement clinker by a thermal process, in particular in a cement clinker process unit, with sulfur dioxide being formed as exhaust gas. The cement clinker produced in step d) can be used for cement production.
In Schritt d) wird das Rohmehl vorzugsweise mit Prozessgasen aus dem Brenn- bzw. Kühlprozess zur Verringerung des Energieverbrauchs auf eine Temperatur von bis zu 800°C vorgewärmt und dabei anhaftende Oberflächenfeuchte ausgetrieben und die Zusatzstoffe zumindest teilweise kalziniert. In step d), the raw meal is preferably preheated to a temperature of up to 800 ° C. with process gases from the burning or cooling process to reduce energy consumption, while adhering surface moisture is expelled and the additives are at least partially calcined.
Bei weiterer Vorwärmung oberhalb von 800°C wird der Hauptteil des Kalziumsulfates unter Einwirkung des Reduktionsmittels unter Bildung von SO2 zersetzt. Die Vorwärmung und Zersetzung des Rohmehls kann z.B. in einem Wärmetauscher, vorzugsweise einem Flugstromwärmetauscher, durchgeführt werden. With further preheating above 800 ° C, the main part of the calcium sulphate is decomposed under the action of the reducing agent with the formation of SO2. The preheating and decomposition of the raw meal can be carried out, for example, in a heat exchanger, preferably an entrained flow heat exchanger.
Das SO2 haltige Prozessgas wird dabei bevorzugt nach der Vorwärmeinrichtung durch ein Abscheidesystem abgesondert und einem Verwertungsprozess wie beispielsweise einer Schwefelsäureanlage zugeführt. The process gas containing SO2 is preferably separated after the preheating device by a separation system and fed to a recycling process such as a sulfuric acid plant.
In einem nachfolgenden Schritt erfolgt die finale Zersetzung des Rohmehls und anschließende Bildung des Zementklinkers (Klinkerbrand); die Prozessgase dieses Schrittes werden dem Wärmetauscher zugeführt. Dieses Brennen des Rohmehls erfolgt in einem Ofen, vorzugsweise einem Drehrohrofen. Die Brenntemperatur zur Zementklinkerherstellung kann z.B. im Bereich von 1200°C bis 1600 °C liegen, bevorzugt bei einer Temperatur von 1200°C bis zu 1500°C. Die Brenndauer kann z.B. 5 Minuten bis 60 Minuten betragen. In a subsequent step, the raw meal is finally decomposed and the cement clinker is subsequently formed (clinker burn); the process gases of this step are fed to the heat exchanger. This burning of the raw meal takes place in an oven, preferably a rotary kiln. The firing temperature for cement clinker production can be, for example, in the range from 1200 ° C to 1600 ° C, preferably at a temperature of 1200 ° C to 1500 ° C. The burn time can be, for example, 5 minutes to 60 minutes.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Rohmehl mit sauerstoffangereicherter Prozessluft, die mehr als 21 Vol.-%, bevorzugt mehr als 45 Vol.-%, bevorzugter mehr als 60 Vol. % und bis zu 100 Vol.-%, Sauerstoff enthält, gebrannt. Entsprechendes Prozessluft kann leicht durch Zumischen von Sauerstoff hergestellt werden. Hierbei ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Oxyfuel-Prozess. Einzelheiten des Oxyfuel-Prozesses werden z.B. in EP 2449328 Al, EP 1037005 Bl, WO 2019-211196 Al, WO 2019-211202 Al oder JP 2007-126328 A beschrieben, worauf Bezug genommen wird. In a preferred embodiment, the raw meal is burned with oxygen-enriched process air which contains more than 21% by volume, preferably more than 45% by volume, more preferably more than 60% by volume and up to 100% by volume, oxygen. Corresponding process air can easily be produced by adding oxygen. A particularly preferred embodiment here is the oxyfuel process. Details of the oxyfuel process are described, for example, in EP 2449328 A1, EP 1037005 B1, WO 2019-211196 A1, WO 2019-211202 A1 or JP 2007-126328 A, to which reference is made.
Durch den Einsatz von mit Sauerstoff angereicherter Prozessluft kann die SO2- Konzentration im Prozessgas erhöht werden, dies erleichtert die Gewinnung von Schwefelsäure aus S02-haltigen Gasen. By using process air enriched with oxygen, the SO2 concentration in the process gas can be increased, which facilitates the extraction of sulfuric acid from gases containing SO2.
Die oben erwähnte Prozessluft kann im Vorfeld zum Kühlen des gebrannten Materials genutzt worden sein. Ebenso ist es denkbar, dass diese Prozessluft dem Ofen direkt zugeführt wird. Vorstellbar wäre ebenfalls, dass das Prozessgas an einem Bypass-System und/oder aus dem Flugstromreaktor wenigstens teilweise abgezogen wird, anschließend mit Sauerstoff angereichert und dem Brennprozess wieder zugeführt wird. The process air mentioned above may have been used in advance to cool the fired material. It is also conceivable that this process air is fed directly to the furnace. It would also be conceivable that the process gas is at least partially drawn off in a bypass system and / or from the entrained flow reactor, then enriched with oxygen and fed back into the combustion process.
Der aus dem Ofen kommende Klinker wird vorzugsweise durch ein geeignetes Kühlsystem auf eine Temperatur von unter 120°C, vorzugsweise unter 100°C, abgekühlt. Die Kühlerabluft kann wenigstens teilweise dem Brennprozess und/oder dem Vorwärmprozess und/oder der Rohmehlherstellung und/oder der Kalziumsulfat-Trocknung zugeführt werden. Die dem Kühlsystem zugeführte Prozessluft kann, zumindest teilweise, mit Sauerstoff angereichert sein. The clinker coming out of the kiln is preferably cooled to a temperature below 120 ° C, preferably below 100 ° C, using a suitable cooling system, cooled down. The cooler exhaust air can at least partially be fed to the burning process and / or the preheating process and / or the raw meal production and / or the calcium sulfate drying. The process air supplied to the cooling system can, at least partially, be enriched with oxygen.
Vorstellbar wäre ebenfalls, dass wenigstens ein Teil der Kühlerabluft zur Stromerzeugung genutzt wird. Das durch den Kühlprozess abgekühlte Material wird nach möglichen weiteren Prozessschritten einer Lager- und/oder Verpackungseinrichtung zugeführt. It would also be conceivable that at least part of the cooler exhaust air is used to generate electricity. The material cooled by the cooling process is fed to a storage and / or packaging device after possible further process steps.
Der so produzierte Zementklinker kann weiter zu Zement verarbeitet werden. Der nach diesem Verfahren hergestellter Zementklinker bzw. Zement weisen einen geringeren CCVFußabdruck auf als ein üblicher, auf Basis carbonathaltiger Gesteine hergestellter Klinker bzw. Zement. The cement clinker produced in this way can be further processed into cement. The cement clinker or cement produced by this method have a smaller CCV footprint than a conventional clinker or cement produced on the basis of carbonate-containing rocks.
Die oben erwähnten Prozesse, wie z.B. der Einsatz von Phosphorgips als CO2- neutralen Rohmaterial und die Verwendung des Oxyfuel-Prozesses senken den C02-Fußabdruck der Zementanlage. Weiterhin kann die Verwendung von wenigstens teilweise regenerativem Strom zum Betrieb der Anlageteile den C02- Fußabdruck weiter absenken. The processes mentioned above, such as the use of phosphogypsum as a CO2-neutral raw material and the use of the oxyfuel process, reduce the C02 footprint of the cement plant. Furthermore, the use of at least partially renewable electricity to operate the plant components can further reduce the CO2 footprint.
In Schritt e) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in Schritt d) gebildete Schwefeldioxid als Rohstoff einer Schwefelsäureproduktion zugeführt, um Schwefelsäure herzustellen, z.B. nach dem Single-Contact oder Double-Contact Verfahren. Die Schwefelsäureproduktion auf Basis von SO2 ist dem Fachmann bestens bekannt. Einzelheiten hierzu können der Fachliteratur entnommen werden, z.B. Flandbook of Sulphuric Acid Manufacturing, von Douglas K. Louie, 2. Auflage, 2008, herausgegeben durch DKL Engineering, oder Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5. Auflage, 1994, Bd. A25, "Sulfuric Acid and Sulfur Trioxide", S. 635-705. In step e) of the process according to the invention, the sulfur dioxide formed in step d) is fed as a raw material to a sulfuric acid production facility in order to produce sulfuric acid, e.g. using the single-contact or double-contact process. The person skilled in the art is very familiar with the production of sulfuric acid based on SO2. Details on this can be found in the specialist literature, for example Flandbook of Sulphuric Acid Manufacturing, by Douglas K. Louie, 2nd edition, 2008, published by DKL Engineering, or Ullmann's Encyclopedia of industrial Chemistry, 5th edition, 1994, Vol. A25, " Sulfuric Acid and Sulfur Trioxide ", pp. 635-705.
Die in Schritt e) hergestellte Schwefelsäure kann z.B. in der Phosphorsäureproduktion als Einsatzmaterial für die Umsetzung mit dem Rohphosphat verwendet werden. Alternativ kann die produzierte Schwefelsäure je nach Bedarf einer weiteren bzw. anderen Nutzung zugeführt werden. Das behandelte Schwefeldioxid-Gas kann optional der in der Phosphorsäureproduktion existierenden oder einer neuen Schwefelsäureproduktionsanlage zugeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Schwefeldioxid, das in Schritt d) als Abgas aus der Zementklinker-Prozesseinheit abgeleitet wird, einer Schwefeldioxid-Abgasbehandlung zugeführt, bevor es der Schwefelsäureproduktion gemäß Schritt e) zugeführt wird. Bei der Abgasbehandlung handelt es sich bevorzugt um eine Abgasreinigung, um Feststoffpartikel und Restfeuchtigkeit aus dem SC -Gas zu entfernen. The sulfuric acid produced in step e) can be used, for example, in phosphoric acid production as a starting material for the reaction with the raw phosphate. Alternatively, the sulfuric acid produced can be used for further or different purposes as required. The treated sulfur dioxide gas can optionally be fed to the existing phosphoric acid production facility or to a new sulfuric acid production facility. In a preferred embodiment, the sulfur dioxide, which is discharged from the cement clinker process unit as waste gas in step d), is fed to a sulfur dioxide waste gas treatment before it is fed to the sulfuric acid production according to step e). The exhaust gas treatment is preferably exhaust gas cleaning in order to remove solid particles and residual moisture from the SC gas.
Bei der optionalen Abgasreinigung verlässt das zu reinigende Schwefeldioxid die Klinkerprozesseinheit vorzugsweise mit einer Temperatur von 200 °C bis 450 °C. Gegebenenfalls wird das zu reinigende Schwefeldioxid in einer Kühleinheit auf diese Temperatur vorgekühlt. With the optional exhaust gas cleaning, the sulfur dioxide to be cleaned leaves the clinker processing unit preferably at a temperature of 200 ° C to 450 ° C. If necessary, the sulfur dioxide to be cleaned is pre-cooled to this temperature in a cooling unit.
Die Reinigung des Schwefeldioxids vor Schritt e) kann eine Trockenabscheidung von Partikeln umfassen (optionaler Schritt 1)). Vorzugsweise werden in diesem Schritt Partikel mit einer Größe von größer als 100 pm abgeschieden. The purification of the sulfur dioxide before step e) can comprise a dry separation of particles (optional step 1)). In this step, particles with a size greater than 100 μm are preferably deposited.
Die Reinigung des Schwefeldioxids kann ferner die folgenden optionalen Schritte 2), 3) und/oder 4) umfassen. Schritt 2) umfasst eine Nassabscheidung, vorzugsweise um Partikel mit einer Größe von 20 bis 100 pm abzuscheiden. The purification of the sulfur dioxide can further comprise the following optional steps 2), 3) and / or 4). Step 2) comprises wet separation, preferably in order to separate particles with a size of 20 to 100 μm.
Schritt 3) umfasst eine optionale Abtrennung, vorzugsweise eine Trockenabscheidung, von Partikeln, vorzugsweise mit einer Größe kleiner als 20 pm. Schritt 4) umfasst eine optionale Abtrennung von Stickoxiden aus dem Schwefeldioxidgas. Step 3) comprises an optional separation, preferably dry separation, of particles, preferably with a size of less than 20 μm. Step 4) comprises an optional separation of nitrogen oxides from the sulfur dioxide gas.
Die Trockenabscheidung von Partikeln aus dem Schwefeldioxid in den Schritten 1) und/oder 3) kann mittels eines Zyklons, Drehströmungsabscheiders und/oder Trocken-Elektrofilters vorgenommen werden. Die Nassabscheidung von Partikeln aus dem Schwefeldioxid in Schritt 2) kann z.B. mittels eines Venturi-Wäschers, Quencher/Kolonnenwäscher und/oder Nass-Elektrofilters vorgenommen werden. The dry separation of particles from the sulfur dioxide in steps 1) and / or 3) can be carried out by means of a cyclone, rotary flow separator and / or dry electrostatic precipitator. The wet separation of particles from the sulfur dioxide in step 2) can be carried out, for example, by means of a venturi washer, quencher / column washer and / or wet electrostatic precipitator.
Die Restfeuchte, die nach der Nassabscheidung in dem Schwefeldioxid vorhanden sein kann, kann durch Kondensation abgetrennt werden. Die Abtrennung von Stickoxiden aus dem Schwefeldioxid in Schritt 4) kann mittels Zersetzung der Stickoxide zu N2 und H2O erfolgen. Hierfür nutzbare Verfahren sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise beschrieben in Handbook of Sulphuric Acid Manufacturing, von Douglas K. Louie, 2. Auflage, 2008, herausgegeben durch DKL Engineering. Die Zersetzung der Stickoxide erfolgt dabei vorzugsweise durch Gasbehandlungsverfahren wie selektive katalytische Reduktion, selektive nichtkatalytische Reduktion und/oder durch Wäschertechnologien, oder durch nasschemische Umsetzung in der flüssigen Phase im Schwefelsäureprozess. The residual moisture that may be present in the sulfur dioxide after wet separation can be separated off by condensation. The separation of nitrogen oxides from the sulfur dioxide in step 4) can take place by decomposing the nitrogen oxides to form N2 and H2O. Methods that can be used for this are known to the person skilled in the art and are described, for example, in Handbook of Sulfuric Acid Manufacturing, by Douglas K. Louie, 2nd edition, 2008, published by DKL Engineering. The nitrogen oxides are preferably decomposed by gas treatment processes such as selective catalytic reduction, selective non-catalytic reduction and / or by scrubber technologies, or by wet chemical conversion in the liquid phase in the sulfuric acid process.
Der Begriff selektive katalytische Reduktion (SCR) bezeichnet eine Technik zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen. Die chemische Reaktion am SCR- Katalysator ist selektiv, das heißt, dass bevorzugt die Stickoxide (NO, NO2) reduziert werden, während unerwünschte Nebenreaktionen weitgehend unterdrückt werden. The term selective catalytic reduction (SCR) describes a technique for reducing nitrogen oxides in exhaust gases. The chemical reaction on the SCR catalytic converter is selective, which means that the nitrogen oxides (NO, NO 2 ) are preferably reduced, while undesirable side reactions are largely suppressed.
Vorzugsweise wird für die Reaktion Ammoniak dem Abgas zugemischt. Die Produkte der Reaktion sind Wasser (H2O) und Stickstoff (N2). Bei der Reaktion handelt es sich um eine Komproportionierung der Stickoxide mit Ammoniak zu Stickstoff. Es können zwei Arten von Katalysatoren eingesetzt werden: Die erste besteht vorzugsweise hauptsächlich aus Titandioxid, Vanadiumpentoxid und Wolframdioxid, die andere verwendet vorzugsweise Zeolithe. Ammonia is preferably added to the exhaust gas for the reaction. The products of the reaction are water (H 2 O) and nitrogen (N 2 ). The reaction is a comproportionation of nitrogen oxides with ammonia to nitrogen. Two types of catalysts can be used: the first preferably consists mainly of titanium dioxide, vanadium pentoxide and tungsten dioxide, the other preferably uses zeolites.
In einer optionalen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Reinigungsschritt für das nach Schritt b) erhaltene Kalziumsulfat, der durchgeführt wird, bevor das Kalziumsulfat mit den Zusatzstoffen und Reduktionsmittel gemäß dem Schritt c) vermischt wird. Bei diesem zusätzlichen Reinigungsschritt können Metalle der Seltenen Erden aus dem Kalziumsulfat ausgewaschen werden, die gegebenenfalls als Verunreinigung enthalten sind. In an optional variant of the method according to the invention, the method comprises an additional cleaning step for the calcium sulfate obtained after step b), which is carried out before the calcium sulfate is mixed with the additives and reducing agents according to step c). In this additional cleaning step, rare earth metals, which may be contained as impurities, can be washed out of the calcium sulfate.
Bei dem optionalen zusätzlichen Reinigungsschritt zur Entfernung von Seltenen Erden aus dem Kalziumsulfat vor Zuführung zu Schritt c) wird das in Schritt b) erhaltene gereinigte Kalziumsulfat vorzugsweise mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser oder mit einer wässrigen Lösung, die Salz und/oder Chelatl igand enthält, behandelt (optionaler Schritt bl). Nach der Behandlung wird von der so erhaltenen Suspension das Kalziumsulfat als Feststoff von der flüssigen Phase abgetrennt (optionaler Schritt b2). Das so weiter gereinigte und abgetrennte Kalziumsulfat wird dann dem Schritt c) zugeführt. Die flüssige Phase enthält eine oder mehrere Seltene Erden als gelöste Ionen und kann zur Gewinnung der Seltenen Erden einer weiteren Aufbereitung zugeführt werden. Beispielsweise umfasst diese Aufbereitung die Überführung schwerlöslicher Selten Erd-Sulfate in lösliche Formen. In dem optionalen Schritt bl) wird für die Lösung der Seltenen Erden aus dem Kalziumsulfat als Flüssigkeit bevorzugt eine wässrige Lösung eingesetzt, die ein Salz und/oder einen Chelatliganden in einer Konzentration von 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5 bis 10 Gew.-%, umfasst. Es ist auch möglich, dass die Seltenen Erden in Schritt bl) durch Zugabe von Wasser als Flüssigkeit aus dem Kalziumsulfat gelöst werden. In the optional additional purification step for removing rare earths from the calcium sulfate before it is fed to step c), the purified calcium sulfate obtained in step b) is preferably mixed with a liquid, preferably water or with an aqueous solution containing salt and / or chelating ligand, treated (optional step bl). After the treatment, the calcium sulfate is separated from the liquid phase as a solid from the suspension obtained in this way (optional step b2). The calcium sulphate which has been further purified and separated is then fed to step c). The liquid phase contains one or more rare earths as dissolved ions and can be fed to further processing to extract the rare earths. For example, this processing includes the conversion of poorly soluble rare earth sulfates into soluble forms. In the optional step bl), for the solution of the rare earths from the calcium sulfate, an aqueous solution is preferably used as the liquid, which contains a salt and / or a chelating ligand in a concentration of 1 to 50% by weight, preferably 1 to 20% by weight .-%, particularly preferably from 5 to 10% by weight. It is also possible that the rare earths are dissolved from the calcium sulfate in step bl) by adding water as a liquid.
Das für die Lösung der Seltenen Erden aus dem Phosphorgips in Schritt bl) eingesetzte Salz umfasst oder ist bevorzugt ein Chlorid und/oder ein Nitrat und/oder enthält einen Chelatliganden. Der Chelatligand ist dabei prinzipiell nicht limitiert, sondern umfasst alle Chelatliganden, die mit mindestens einer der Seltenen Erden einen löslichen Komplex bilden. Bevorzugte Chelatliganden umfassen Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA) und/oder Citronensäure und/oder deren entsprechenden Salze. The salt used for the solution of the rare earths from the phosphogypsum in step bl) comprises or is preferably a chloride and / or a nitrate and / or contains a chelating ligand. In principle, the chelating ligand is not limited, but includes all chelating ligands that form a soluble complex with at least one of the rare earths. Preferred chelating ligands include ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) and / or citric acid and / or their corresponding salts.
Als Salze kommen hier insbesondere die Natrium-, Ammonium-, Kalzium-, Magnesium- und Kaliumsalze mit den Anionen Chlorid, Nitrat, Acetat, Bromid, Bromat, Perchlorat und Iodid in Frage. Es hat sich auch gezeigt, dass in bestimmten Fällen der Einsatz von Ammoniumsulfat zielführend sein kann. Das Nitrat kann dabei auch in Form von, vorzugsweise verdünnter, Salpetersäure in Schritt bl) eingebracht werden. Particularly suitable salts here are the sodium, ammonium, calcium, magnesium and potassium salts with the anions chloride, nitrate, acetate, bromide, bromate, perchlorate and iodide. It has also been shown that in certain cases the use of ammonium sulfate can be effective. The nitrate can also be introduced in step bl) in the form of, preferably dilute, nitric acid.
Die Verweilzeit für die Lösung der Seltenen Erden aus dem Phosphorgips in Schritt bl) beträgt bevorzugt 20 min bis 80 h, vorzugsweise lh bis 76h oder 2h bis 72h, besonders bevorzugt 3h bis 70h und ganz besonders bevorzugt 4h bis 68 h, insbesondere 5h bis 68h oder 5h bis 64h. The residence time for the solution of the rare earths from the phosphogypsum in step bl) is preferably 20 min to 80 h, preferably 1h to 76h or 2h to 72h, particularly preferably 3h to 70h and very particularly preferably 4h to 68h, in particular 5h to 68h or 5h to 64h.
Vorzugsweise wird das Reaktionsgemisch in Schritt bl) während der Reaktionszeit in Bewegung gehalten. Vorzugsweise wird das Reaktionsgemisch in Schritt bl) während der Reaktionszeit durch Zirkulieren, Rühren oder Einblasen von Gas in Bewegung gehalten. The reaction mixture in step bl) is preferably kept in motion during the reaction time. The reaction mixture in step bl) is preferably kept in motion during the reaction time by circulating, stirring or blowing in gas.
Vorzugsweise wird die Reaktion in Schritt bl) bei einer Temperatur von 10 bis 100°C, vorzugsweise von 15 bis 80°C und ganz besonders bevorzugt von 20 bis 75 °C, insbesondere von 20 bis 60°C durchgeführt. Bevorzugt kann die die Reaktion in Schritt bl) ohne zusätzliches Aufheizen oder Kühlen auch bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Das Gewichtsverhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit (S/L-Verhältnis) für die Lösung der Seltenen Erden aus dem Phosphorgips in Schritt bl) kann 1 zu 1 bis 1 zu 10 betragen und liegt vorzugsweise im Bereich von 1 zu 2 bis 1 zu 5. The reaction in step bl) is preferably carried out at a temperature from 10 to 100.degree. C., preferably from 15 to 80.degree. C. and very particularly preferably from 20 to 75.degree. C., in particular from 20 to 60.degree. The reaction in step bl) can preferably also be carried out at room temperature without additional heating or cooling. The weight ratio of solid to liquid (S / L ratio) for the solution of the rare earths from the phosphogypsum in step bl) can be 1: 1 to 1: 10 and is preferably in the range of 1: 2 to 1: 5.
Die Abtrennung des weiter gereinigten Phosphorgipses als Feststoff von der flüssigen Phase, enthaltend eine oder mehrere Seltene Erden, in dem optionalen Schritt b2) umfasst bevorzugt eine Zentrifugation, Filtration, Sedimentierung und/oder ein Verdampfen der flüssigen Phase. The separation of the further purified phosphogypsum as a solid from the liquid phase containing one or more rare earths in the optional step b2) preferably comprises centrifugation, filtration, sedimentation and / or evaporation of the liquid phase.
Die Seltenen Erden werden bevorzugt mittels Solvent-Solvent Extraktion, Ionentauscherverfahren, Ausf llung als Flydroxide, Oxalate, Carbonate und/oder Phosphate aus der Lösung, enthaltend eine oder mehrere Seltene Erden, die in Schritt b2) erhalten wurde, gewonnen werden. Als geeignete Ionentauschverfahren sind hier insbesondere Kationenaustauschverfahren oder eine Kombination aus Kationentauscher und Anionentauscher zu nennen. The rare earths are preferably obtained from the solution containing one or more rare earths obtained in step b2) by means of solvent-solvent extraction, ion exchange processes, precipitation as flydroxides, oxalates, carbonates and / or phosphates. Particularly suitable ion exchange processes are cation exchange processes or a combination of cation exchanger and anion exchanger.
Der in Schritt b2) abgetrennte Phosphorgips kann z.B. eine Feuchtigkeit von 0 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 50 und besonders bevorzugt von 10 bis 40 Gew.-%, aufweisen. Mit diesem Feuchtigkeitsgehalt kann der Phosphorgips dann Schritt c) zugeführt werden. Es sind jedoch auch Verfahrensführungen denkbar, wobei eine Aufschlämmung oder eine Suspension von Kalziumsulfat in Schritt b2) erhalten und weiterverarbeitet wird. The phosphogypsum separated off in step b2) can, for example, have a moisture content of 0 to 60% by weight, preferably 5 to 50 and particularly preferably 10 to 40% by weight. With this moisture content, the phosphogypsum can then be fed to step c). However, procedures are also conceivable in which a slurry or a suspension of calcium sulfate is obtained and further processed in step b2).
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner dazu dienen, radioaktive Elemente und/oder Schwermetalle zu entfernen. Das erhaltene gereinigte Kalziumsulfat nach Schritt b) zeigt bei geeigneter Einstellung der Reaktionsbedingungen (S/L- Verhältnis, Verweilzeit, Konzentration der Säure und Temperatur) eine deutliche Abreicherung an radioaktiven Elementen, wie z.B. Thorium und Uran. Bei dem weiteren optionalen Reinigungsschritt zur Gewinnung von Seltenen Erden können des Weiteren Schwermetalle (und weitere radioaktive Bestandteile), wie z.B. Cadmium und Blei durch geeignete Wahl des Aufbereitungsschritts entfernt werden. Das gereinigte Kalziumsulfat kann vor der Zuführung zu Schritt c) daher einen reduzierten Gehalt an Phosphor und Fluor und gegebenenfalls an Seltenen Erden, radioaktiven Elementen und/oder Schwermetallen aufweisen. Es versteht sich, dass der reduzierte Gehalt des jeweiligen Elements sich auf den Vergleich zum Gehalt des jeweiligen Elements in dem Kalziumsulfat bezieht, das dem Schritt a) zugeführt wird. Der integrative Ansatz bzw. das integrative Verfahren der Erfindung ist insbesondere gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale bzw. Vorteile: The method according to the invention can also serve to remove radioactive elements and / or heavy metals. When the reaction conditions (S / L ratio, residence time, acid concentration and temperature) are suitably set, the purified calcium sulfate obtained after step b) shows a clear depletion of radioactive elements, such as thorium and uranium. In the further optional cleaning step for the extraction of rare earths, heavy metals (and further radioactive components) such as cadmium and lead can also be removed by a suitable choice of the processing step. Before being fed to step c), the purified calcium sulfate can therefore have a reduced content of phosphorus and fluorine and, if appropriate, of rare earths, radioactive elements and / or heavy metals. It goes without saying that the reduced content of the respective element relates to the comparison to the content of the respective element in the calcium sulfate which is fed to step a). The integrative approach or the integrative method of the invention is characterized in particular by the following features and advantages:
Der Prozess zur Herstellung von Zementklinker bzw. Zement kann hinsichtlich der Ausgangsqualität des Phosphorgipses flexibel und in Kombination mit dem Phosphorsäureprozess geführt werden, The process for the production of cement clinker or cement can be carried out flexibly with regard to the initial quality of the phosphorus gypsum and in combination with the phosphoric acid process,
Die aus dem SC -Abgas hergestellte Schwefelsäure kann in den Gesamtkomplex eingebracht und verbraucht sowie erzeugt und beispielsweise im Kreis geführt werden The sulfuric acid produced from the SC exhaust gas can be introduced into the overall complex and consumed as well as generated and, for example, circulated
Folgende verfahrenstechnische Prozesse können beispielsweise in ihrer Gesamtheit oder optional für die Herstellung von Zementklinker/Zement und Schwefelsäure aus Kalziumsulfat kombiniert werden: o Chemische und thermische Modifikation des Phosphorsäureprozesses zur zielgerichteten Produktion einer für den Zementklinkerprozess geeigneten Phosphorgipsqualität o Mechanische Abtrennung des Phosphorgips aus dem laufenden Phosphorsäureprozess, zum Beispiel durch Zentrifugieren, Filtrieren, Verdampfen oder Absetzen/Sedimentieren des Kalziumsulfat- /Phosphorgips-Schlamms o Chemisch-thermische und mechanische Abtrennung von Phosphor aus dem Phosphorgips, zum Beispiel durch chemische Umwandlung,The following process engineering processes can, for example, be combined in their entirety or optionally for the production of cement clinker / cement and sulfuric acid from calcium sulfate: o Chemical and thermal modification of the phosphoric acid process for the targeted production of a phosphor gypsum quality suitable for the cement clinker process o Mechanical separation of the phosphor gypsum from the ongoing phosphoric acid process for example by centrifugation, filtration, evaporation or settling / sedimentation of the calcium sulphate / phosphogypsum sludge o Chemical-thermal and mechanical separation of phosphorus from the phosphogypsum, for example by chemical conversion,
Rekristallisation, Fällung, Flockung, o Chemisch-thermische und mechanische Abtrennung von Fluor aus dem Phosphorgips, zum Beispiel durch chemische Umwandlung,Recrystallization, precipitation, flocculation, o Chemical-thermal and mechanical separation of fluorine from the phosphogypsum, for example by chemical conversion,
Rekristallisation, Fällung, Flockung, o Chemisch-thermische und mechanische Abtrennung von radioaktiven Komponenten aus dem Phosphorgips, zum Beispiel durch chemische Umwandlung unter Heizen/Kühlen, Rekristallisation, Fällung, Flockung, o Chemisch-thermische und mechanische Abtrennung von Schwermetallen aus dem Phosphorgips, zum Beispiel durch chemische Umwandlung unter Heizen/Kühlen, Rekristallisation, Fällung, Flockung, o Chemisch-thermische und mechanische Abtrennung von Seltenen Erden aus dem Phosphorgips, zum Beispiel durch chemische Umwandlung unter Heizen/Kühlen, Rekristallisation, Fällung, Flockung, o Chemische und/oder thermische und/oder mechanische Entwässerung des Phosphorgips, zum Beispiel durch Heizen/Kühlen, Flockung und Fällung, Filtration o Mechanische Behandlung des trockenen Phosphorgips, zum Beispiel durch Zerkleinern, Sichtung, o Mischen des Phosphorgips mit Zusatzstoffen zu einer Rohmehlmischung zur Erzielung von spezifischen und handelsüblichen Zementklinker- /Zementqualitäten o Thermische und mechanische Trennung des Schwefeldioxids aus der Rohmehlmischung im Rahmen des Brennprozesses bei der Zementklinkerproduktion o Thermische und chemische Umwandlung der Rohmehlmischung in Zementklinker o Chemische und mechanische Umwandlung des Zementklinkers in handelsübliche Zementqualität o Trocken- und nasschemische Reinigung des abgetrennten Schwefeldioxid haltigen Abgases, zum Beispiel durch Elektrofiltration, Absorption o Chemisch und thermische Modifikation des Schwefelsäureprozesses zur Einbindung und Verwendung des generierten Schwefeldioxids in Anlagen zur Erzeugung von Schwefelsäure o Chemische Umwandlung des gereinigten Schwefeldioxid-haltigen Abgases in Schwefelsäure handelsüblicher und im Phosphorsäureprozess wiederverwendbarer Qualität, zum Beispiel nach dem Single-Contact oder Double-Contact Verfahren. Recrystallization, precipitation, flocculation, o chemical-thermal and mechanical separation of radioactive components from the phosphogypsum, for example by chemical conversion with heating / cooling, recrystallization, precipitation, flocculation, o chemical-thermal and mechanical separation of heavy metals from the phosphogypsum, for Example by chemical conversion with heating / cooling, recrystallization, precipitation, flocculation, o Chemical-thermal and mechanical separation of rare earths from the phosphogypsum, for example by chemical conversion with heating / cooling, recrystallization, precipitation, flocculation, o Chemical and / or thermal and / or mechanical dewatering of the phosphogypsum, for example by heating / cooling, flocculation and precipitation, filtration o Mechanical treatment of the dry phosphogypsum, for example by crushing, sifting, o Mixing the phosphogypsum with additives to form a raw meal mixture Achievement of specific and commercially available cement clinker / cement qualities o Thermal and mechanical separation of the sulfur dioxide from the raw meal mixture as part of the burning process in cement clinker production o Thermal and chemical conversion of the raw meal mixture into cement clinker o Chemical and mechanical conversion of the cement clinker into commercially available cement quality o Dry and wet chemical Purification of the separated exhaust gas containing sulfur dioxide, for example by electrofiltration, absorption o Chemical and thermal modification of the sulfuric acid process to incorporate and use the generated sulfur dioxide in plants for production of sulfuric acid o Chemical conversion of the cleaned exhaust gas containing sulfur dioxide into sulfuric acid of commercial quality that can be reused in the phosphoric acid process, for example according to the single-contact or double-contact process.
Je nach vorliegender Qualität des eingesetzten Kalziumsulfats müssen die Fierstellungsverfahren in der Wahl der verfahrenstechnischen Prozesse und Parameter flexibel gewählt und aufeinander abgestimmt werden. Die aus dem Phosphorsäureprozess erzielte Qualität des Kalziumsulfats ist abhängig von Faktoren wie eingesetztes Rohphosphat und Prozessbedingungen bei dem Aufschluss des Rohphosphats mit Schwefelsäure. Depending on the quality of the calcium sulphate used, the production methods must be flexibly selected in terms of the process engineering processes and parameters and must be coordinated with one another. The quality of the calcium sulphate obtained from the phosphoric acid process depends on factors such as the rock phosphate used and process conditions during the digestion of the rock phosphate with sulfuric acid.
Der Umfang der Reinigung, insbesondere hinsichtlich der Reduzierung des Gehalts an Phosphor und/oder Fluor, des Kalziumsulfats in Schritt a) kann unter Berücksichtigung der Verunreinigungen, die in den eingesetzten Zusatzstoffen enthalten sind, und der für den Zementklinker einzuhaltenden Richtwerte an Phosphor und Fluor, eingestellt werden. Die Richtwerte für Phosphor sind bevorzugt maximal 1,0 Gew.-%, bevorzugter maximal 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter maximal 0,1 Gew.-% P2O5 und/oder die Richtwerte für Fluor sind bevorzugt maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugter maximal 0,25 Gew.-%, noch bevorzugter maximal 0,1 Gew.-% F. Dies ist aufgrund des integrativen Ansatzes möglich, da alle Prozessschritte gemeinsam unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Anforderungen betrachtet werden. Die Einstellung des Reinigungsumfangs kann durch die Anpassung der Parameter in Schritt a), wie z.B. S/L-Verhältnis, Konzentration der Säure, Behandlungstemperatur und -dauer, erfolgen. The scope of the cleaning, in particular with regard to the reduction of the content of phosphorus and / or fluorine, of the calcium sulfate in step a) can take into account the impurities in the additives used are included, and the standard values for phosphorus and fluorine to be observed for the cement clinker are set. The guide values for phosphorus are preferably a maximum of 1.0% by weight, more preferably a maximum of 0.5% by weight, even more preferably a maximum of 0.1% by weight P2O5 and / or the guide values for fluorine are preferably a maximum of 0.5% by weight %, more preferably a maximum of 0.25% by weight, even more preferably a maximum of 0.1% by weight of F. This is possible due to the integrative approach, since all process steps are considered together, taking their respective requirements into account. The scope of cleaning can be set by adjusting the parameters in step a), such as S / L ratio, acid concentration, treatment temperature and duration.
Der Flüssigkeitshaushalt, insbesondere der Wasserhaushalt, der Phosphorsäureproduktion wird durch das integrierte Verfahren nicht oder nur unwesentlich geändert, insbesondere da der Flüssigkeitseinsatz, insbesondere Wassereinsatz, zur Reinigung des Kalziumsulfats im Verfahren gemäß Schritt a) an den Flüssigkeitshaushalt, insbesondere Wasserhaushalt, der Phosphorsäureproduktion gekoppelt werden kann. Der Flüssigkeitshaushalt bzw. Wasserhaushalt der Phosphorsäureproduktion umfasst die Flüssigkeit bzw. das Wasser, die bzw. das der Produktion zugeführt wird, und die Flüssigkeit bzw. das Wasser, die bzw. das aus der Produktion ausgeschleust wird. Änderungen im Flüssigkeitshaushalt, insbesondere Wasserhaushalt, haben einen signifikanten Einfluss auf die Effizienz der Prozessschritte in der Phosphorsäureproduktion. The fluid balance, in particular the water balance, of the phosphoric acid production is not or only insignificantly changed by the integrated process, in particular since the use of liquid, in particular water, for cleaning the calcium sulfate in the process according to step a) can be linked to the liquid balance, in particular the water balance, of phosphoric acid production . The liquid or water balance of phosphoric acid production includes the liquid or water that is fed to production and the liquid or water that is discharged from production. Changes in the fluid balance, especially the water balance, have a significant influence on the efficiency of the process steps in phosphoric acid production.
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure und Zementklinker unter Verwendung von Kalziumsulfat, das in einer Phosphorsäureproduktion bei der Umsetzung von Rohphosphat mit Schwefelsäure zur Bildung von Phosphorsäure als festes Nebenprodukt gebildet und abgetrennt wird, wobei die Anlage folgende Einrichtungen umfasst: a) eine Kalziumsulfat-Reaktionseinheit, die geeignet ist, um darin das von der Phosphorsäure abgetrennte Kalziumsulfat mit einer Säure zu behandeln, um eine Suspension mit gereinigtem Kalziumsulfat zu erhalten, b) eine Kalziumsulfat-Trenneinheit, die geeignet ist, um das gereinigte Kalziumsulfat als Feststoff von der flüssigen Phase der erhaltenen Suspension abzutrennen, c) eine Rohmehl-Mischeinheit, die geeignet ist, um darin das abgetrennte gereinigte Kalziumsulfat mit Zusatzstoffen und Reduktionsmittel zu vermischen, um eine Rohmehlmischung für die Zementklinkerproduktion zu erhalten, d) eine Zementklinker-Produktionseinheit, beispielsweise eine Kombination aus Vorwärmeinheit, einer Brenneinheit sowie zumindest einer Kühleinheit, die geeignet ist, die Rohmehlmischung vorzuwärmen, zu brennen und zu kühlen, um den Zementklinker zu erhalten, wobei Schwefeldioxid als Abgas gebildet wird, und e) eine Schwefelsäure-Produktionsanlage, zu der das in der Zementklinker- Produktionseinheit gebildete und gegebenenfalls gereinigte Schwefeldioxid- Abgas als Rohstoff zugeführt wird, um Schwefelsäure herzustellen, wobei die Schwefelsäure-Produktionsanlage ein Teil der Phosphorsäureproduktionsanlage oder eine externe Schwefelsäure- Produktionsanlage und/oder eine andere Nutzung sein kann. The invention also relates to a plant for the production of sulfuric acid and cement clinker using calcium sulfate, which is formed and separated off as a solid by-product in a phosphoric acid production during the reaction of rock phosphate with sulfuric acid to form phosphoric acid, the plant comprising the following devices: a) a Calcium sulphate reaction unit which is suitable for treating the calcium sulphate separated from the phosphoric acid with an acid in order to obtain a suspension with purified calcium sulphate, b) a calcium sulphate separation unit which is suitable for separating the purified calcium sulphate as a solid from the separating the liquid phase of the suspension obtained, c) a raw meal mixing unit which is suitable for adding the separated, purified calcium sulfate with additives and reducing agents mix in order to obtain a raw meal mixture for cement clinker production, d) a cement clinker production unit, for example a combination of a preheating unit, a burning unit and at least one cooling unit which is suitable for preheating, burning and cooling the raw meal mixture in order to obtain the cement clinker , whereby sulfur dioxide is formed as waste gas, and e) a sulfuric acid production plant, to which the sulfur dioxide waste gas formed in the cement clinker production unit and optionally purified is fed as raw material in order to produce sulfuric acid, the sulfuric acid production plant being part of the phosphoric acid production plant or an external sulfuric acid production facility and / or other use.
Die Anlage kann für das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Für Angaben zu den einzelnen Einrichtungen bzw. Einheiten wird auf die vorstehenden Angaben hierzu verwiesen. Die vorstehenden Angaben für das Verfahren gelten entsprechend für die Anlage. The plant can be used for the method according to the invention described above. For information on the individual facilities or units, please refer to the information provided above. The above information for the procedure applies accordingly to the system.
Es ist bevorzugt, dass bei der erfindungsgemäßen Anlage die Kalziumsulfat- Trenneinheit fluidisch, beispielsweise über eine Rohrleitung, mit der Phosphorsäureproduktionsanlage verbunden ist, damit die in der Kalziumsulfat- Trenneinheit erhaltene flüssige Phase als Einsatzstoff in die Phosphorsäureproduktion eingebracht werden kann. It is preferred that in the system according to the invention the calcium sulfate separation unit is fluidically connected, for example via a pipeline, to the phosphoric acid production system so that the liquid phase obtained in the calcium sulfate separation unit can be introduced into the phosphoric acid production as feedstock.
Es ist bevorzugt, dass bei der erfindungsgemäßen Anlage das abgetrennte Kalziumsulfat für Schritt a) von einer Trenneinheit der Phosphorsäureproduktion, die die Phosphorsäure von dem Kalziumsulfat trennt, oder von einer Halde von Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion zugeführt werden kann. It is preferred that in the system according to the invention the calcium sulfate separated off for step a) can be fed from a separation unit of the phosphoric acid production, which separates the phosphoric acid from the calcium sulphate, or from a heap of calcium sulphate from the phosphoric acid production.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Figuren näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen den Umfang der beanspruchten Erfindung in keiner Weise beschränken. The invention is described below on the basis of exemplary embodiments, which are explained in more detail with the aid of the figures. The exemplary embodiments are not intended to limit the scope of the claimed invention in any way.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Fließbild zur Verwertung von Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion mithilfe eines integrierten Komplexes zur Herstellung von Zementklinker und Schwefelsäure. Fig. 2 zeigt ein schematisches Fließbild zur Verwertung von Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion mithilfe eines integrierten Komplexes zur Herstellung von Zementklinker und Schwefelsäure wie in Fig. 1, wobei zusätzlich alternative oder zusätzliche Prozessschritte gezeigt sind. 1 shows a schematic flow diagram for the utilization of calcium sulfate from phosphoric acid production with the aid of an integrated complex for the production of cement clinker and sulfuric acid. FIG. 2 shows a schematic flow diagram for the utilization of calcium sulfate from phosphoric acid production with the aid of an integrated complex for the production of cement clinker and sulfuric acid as in FIG. 1, with additional or additional process steps being shown.
Fig. 1 zeigt ein Fließbild einer Phosphorsäureproduktion (existierender Komplex) und ein integriertes Verfahren zur Herstellung von Zementklinker und Schwefelsäure aus Kalziumsulfat, der von der Phosphorsäureproduktion stammt (integrierter Komplex). In einer Aufbereitungseinheit 1 wird das Phosphatgestein aufbereitet, um den Rohphosphat zu erhalten. Das Rohphosphat wird in der Reaktionseinheit der Phosphorsäureanlage 2 mit aus der Schwefelsäureproduktionsanlage stammender Schwefelsäure umgesetzt, um Phosphorsäure und festes Kalziumsulfat als Nebenprodukt zu bilden. Das in der Phosphorsäureproduktion generierte Kalziumsulfat wird in der Filtrationseinheit 3 der Phosphorsäureanlage von der Phosphorsäure abgetrennt und der Kalziumsulfat-Reaktionseinheit 5 zugeführt. Dort wird das Kalziumsulfat mit Säure behandelt, so dass nach der Behandlung z.B. eine 1-12 molare Säure, insbesondere eine 1-12 molare Schwefelsäure, erhalten wird. Beispielsweise kann eine 1-12 molare Schwefelsäure zur Behandlung zugesetzt werden. Die Behandlung kann nach Zugabe der Säure z.B. bei einer Temperatur von 15-100°C für 5 bis 120 min durchgeführt werden, wobei die erhaltene Suspension vorzugsweise bewegt wird, z.B. durch Rühren. Dabei werden die Verunreinigungen im Kalziumsulfat, die den nachgeschalteten Zementklinkerprozess und die Zementqualität negativ beeinflussen, auf den vom Zementklinkerprozess geforderten Gehalt reduziert. In einer Kalziumsulfat- Trenneinheit 6, die bevorzugt eine Filtrationseinheit ist, werden die Flüssigkeit und der resultierende Feststoff voneinander getrennt. Die Flüssigkeit, insbesondere das Filtrat, kann in dem existierenden Phosphorsäure- Schwefelsäure-Komplex verwendet werden. Das behandelte Kalziumsulfat wird der für den Zementklinkerprozess vorgeschalteten Rohmehl-Zubereitungseinheit 7 zugeführt. Dort wird das Kalziumsulfat mit den erforderlichen Zusatzstoffen für die geforderte Zementklinkerqualität im richtigen Verhältnis vermischt. Mit dem vorbereiteten Zementklinkerrohmehl wird die Zementklinker-Prozesseinheit 8 beschickt, wobei das Rohmehl vor der Zuführung zur Prozesseinheit 8 vorzugsweise in einem Wärmetauscher vorgewärmt wird (nicht gezeigt). In der Zementklinker-Prozesseinheit 8 wird Schwefeldioxid aus dem Kalziumsulfat getrennt und als Abgas aus der Zementklinker-Prozesseinheit der Schwefeldioxid- Abgasbehandlung 9 zugeführt. Das behandelte Schwefeldioxid-Gas kann optional der existierenden Schwefelsäureproduktionsanlage 4 zugeführt werden. Alternativ kann das behandelte Schwefeldioxid-Gas optional einer neuen Schwefelsäureproduktionsanlage (vgl. 13 in Fig. 2) zugeführt werden. Das in der Zementklinkerprozess-Einheit verbleibende Kalzium wird mit den Zusatzstoffen zu Zementklinker reagiert. Die Brenntemperatur zur Zementklinkerherstellung kann z.B. bei einer Temperatur im Bereich von 1200°C bis 1600 °C und einer Brenndauer von 5 Minuten bis 60 Minuten liegen. Der so produzierte Zementklinker wird gekühlt und kann weiter zu Zement verarbeitet werden. Fig. 1 shows a flow diagram of phosphoric acid production (existing complex) and an integrated process for the production of cement clinker and sulfuric acid from calcium sulfate derived from phosphoric acid production (integrated complex). The phosphate rock is processed in a processing unit 1 in order to obtain the raw phosphate. The raw phosphate is reacted in the reaction unit of the phosphoric acid plant 2 with sulfuric acid originating from the sulfuric acid production plant in order to form phosphoric acid and solid calcium sulfate as a by-product. The calcium sulphate generated in the phosphoric acid production is separated from the phosphoric acid in the filtration unit 3 of the phosphoric acid plant and fed to the calcium sulphate reaction unit 5. There the calcium sulfate is treated with acid, so that after the treatment, for example, a 1-12 molar acid, in particular a 1-12 molar sulfuric acid, is obtained. For example, a 1-12 molar sulfuric acid can be added for the treatment. After the acid has been added, the treatment can be carried out, for example, at a temperature of 15-100 ° C. for 5 to 120 minutes, the suspension obtained preferably being agitated, for example by stirring. The impurities in the calcium sulphate, which have a negative impact on the downstream cement clinker process and the cement quality, are reduced to the level required by the cement clinker process. In a calcium sulfate separation unit 6, which is preferably a filtration unit, the liquid and the resulting solid are separated from one another. The liquid, in particular the filtrate, can be used in the existing phosphoric acid-sulfuric acid complex. The treated calcium sulfate is fed to the raw meal preparation unit 7 connected upstream for the cement clinker process. There, the calcium sulphate is mixed with the necessary additives for the required cement clinker quality in the correct ratio. The cement clinker process unit 8 is charged with the prepared cement clinker raw meal, the raw meal preferably being preheated in a heat exchanger (not shown) before it is fed to the process unit 8. In the cement clinker process unit 8, sulfur dioxide is separated from the calcium sulfate and fed as exhaust gas from the cement clinker process unit to the sulfur dioxide exhaust gas treatment 9. The treated sulfur dioxide gas can optionally the existing sulfuric acid production plant 4 are fed. Alternatively, the treated sulfur dioxide gas can optionally be fed to a new sulfuric acid production plant (cf. 13 in FIG. 2). The calcium remaining in the cement clinker process unit reacts with the additives to form cement clinker. The burning temperature for cement clinker production can be, for example, at a temperature in the range from 1200 ° C. to 1600 ° C. and a burning time from 5 minutes to 60 minutes. The cement clinker produced in this way is cooled and can be further processed into cement.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Fließbild zur Verwertung von Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion mithilfe eines integrierten Komplexes zur Herstellung von Zementklinker und Schwefelsäure gemäß Fig. 1, wobei zusätzlich alternative oder zusätzliche Prozessschritte gezeigt sind. Im Folgenden wird auf die alternativen oder zusätzlichen Prozessschritte eingegangen, ansonsten wird auf die Erläuterungen zu Fig. 1 verwiesen. Fig. 2 zeigt eine alternative Quelle für das in Schritt a) eingesetzte Kalziumsulfat. Anstelle des Kalziumsulfats aus der Filtrationseinheit der Phosphorsäureanlage 3 kann für das in Schritt a) eingesetzte Kalziumsulfat ein Kalziumsulfat von einer Halde 10 eingesetzt werden, bei dem es sich um deponiertes Kalziumsulfat aus einer Phosphorsäureproduktion handelt. Des Weiteren ist in Fig. 2 der optionale Aufbereitungsschritt zur Entfernung von Seltenen Erden gezeigt, der eine Reaktionseinheit zur Gewinnung Seltener Erdmetalle aus dem Kalziumsulfat 11 und die Kalziumsulfat-Trenneinheit 12 zur Abtrennung der flüssigen Phase von dem gereinigten Kalziumsulfat umfasst. Ferner ist in Fig. 2 gezeigt, dass das aus der SC -Behandlung 9 erhaltene Schwefeldioxid für die Gewinnung von Schwefelsäure in der existierenden Schwefelsäureproduktionsanlage 4 und/oder einer neuen Schwefelsäureproduktionsanlage 13 eingesetzt werden kann. FIG. 2 shows a schematic flow diagram for the utilization of calcium sulfate from phosphoric acid production with the aid of an integrated complex for the production of cement clinker and sulfuric acid according to FIG. 1, with additional or additional process steps being shown. The alternative or additional process steps are discussed below, otherwise reference is made to the explanations relating to FIG. 1. Fig. 2 shows an alternative source for the calcium sulfate used in step a). Instead of the calcium sulfate from the filtration unit of the phosphoric acid plant 3, a calcium sulfate from a dump 10 can be used for the calcium sulfate used in step a), which is deposited calcium sulfate from phosphoric acid production. Furthermore, FIG. 2 shows the optional processing step for removing rare earths, which comprises a reaction unit for extracting rare earth metals from the calcium sulphate 11 and the calcium sulphate separation unit 12 for separating the liquid phase from the purified calcium sulphate. Furthermore, it is shown in FIG. 2 that the sulfur dioxide obtained from the SC treatment 9 can be used for the production of sulfuric acid in the existing sulfuric acid production plant 4 and / or a new sulfuric acid production plant 13.
Beispiele Examples
Nachfolgend sind einige Beispiele zur Reinigung verschiedener Phosphorgipse dargestellt. Die Phosphorgipse wurden jeweils vor und nach der Behandlung nach beschriebenen Verfahren für mindestens 24 h bei 50 °C getrocknet um freies Wasser zu entfernen. Die chemische Zusammensetzung der Gipse wurde vor und nach Behandlung mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) auf einem Axios Advanced Spektrometer der Firma PANalytical mit dem Software Packet SuperQ 5.3B bestimmt. Zu diesem Zweck wurde der Gips mittels Lithiumtetraborat aufgeschlossen. Der Glühverlust der Gipse wurde bei 1050 °C ermittelt. Der Fluorid-Gehalt wurde nach Aufschluss des Gipses mittels Natriumperoxid und Salzsäure mittels ionenselektiver Elektrode bestimmt. Alle nachfolgend angegebenen Werte der Ergebnisse aus der RFA beziehen sich auf die glühverlustfreien Gipsproben. Einige Gipse wurden zusätzlich noch vor und nach Behandlung mittels Pulverdiffraktometrie auf einem D4 Endeavor Diffraktometer der Firma Bruker hinsichtlich ihrer mineralogischen Zusammensetzung überprüft. Zur Auswertung mittels Rietveld Methode wurde das Software Packet Topas 4.2 der Firma Bruker verwendet. Der Dv(50)-Wert der Korngrößenverteilung wurde auf einem Mastersizer 3000 der Firma Malvern mit Ethanol als Dispergiermedium ermittelt. Als Streuungsmodell wurde das Fraunhofer-Modell angewandt. Below are some examples of how to clean various phosphor gypsums. The phosphor gypsums were each dried before and after the treatment by the method described for at least 24 h at 50 ° C. in order to remove free water. The chemical composition of the plasters was determined before and after treatment by means of X-ray fluorescence analysis (XRF) on an Axios Advanced spectrometer from PANalytical with the SuperQ 5.3B software package. For this purpose, the plaster of paris was made using lithium tetraborate open minded. The loss on ignition of the plasters was determined at 1050 ° C. The fluoride content was determined after digestion of the gypsum using sodium peroxide and hydrochloric acid using an ion-selective electrode. All the values of the results from the XRF given below relate to the gypsum samples free from ignition loss. Some plasters were also checked for their mineralogical composition before and after treatment by means of powder diffractometry on a D4 Endeavor diffractometer from Bruker. The software package Topas 4.2 from Bruker was used for evaluation by means of the Rietveld method. The Dv (50) value of the particle size distribution was determined on a Mastersizer 3000 from Malvern with ethanol as the dispersing medium. The Fraunhofer model was used as the scattering model.
Beispiel 1: Example 1:
50 g eines Phosphorgips bezeichnet als „PG A" mit P205-Gehalten von 1,29 Gew.- % und F-Gehalten von 1,25 Gew.-% wurde mit 200 ml (S/L = 0,25) 8 molarer Schwefelsäure für 30 Minuten bei 60 °C mittels eines KPG-Rührers gerührt. Nach Ablauf der Zeit wurde die Suspension zügig filtriert und zweimal mit 57,5 ml Wasser bei Raumtemperatur gewaschen. Nach Behandlung betragen die P2O5- bzw. F-Gehalte noch 0,02 bzw. 0,01 Gew.-% (entspricht einer Auslaugungseffizienz von 98 % bzw. 99 %). Die mineralogische Zusammensetzung vor Behandlung wurde mit 2,8 Gew.-% Quartz, 91,5 Gew.-% Dihydrat (CaSO * 2Fi20), 3,7 Gew.-% Flemihydrat (CaSO * 0,5 Fi20) und 2,9 Gew.-% Anhydrit (CaSO ) ermittelt. Nach Behandlung wurde folgende Zusammensetzung ermittelt: 3,3 Gew.-% Quartz, 1,2 Gew.-% Dihydrat (CaSO * 2H20), 0,1 Gew.-% Flemihydrat (CaSO * 0,5 Fl20) und 95,5 Gew.-% Anhydrit (CaSC ). 50 g of a phosphorus gypsum designated as “PG A” with P 2 05 contents of 1.29% by weight and F contents of 1.25% by weight was combined with 200 ml (S / L = 0.25) 8 molar sulfuric acid for 30 minutes using a KPG stirrer at 60 ° C. After the time had elapsed, the suspension was quickly filtered and washed twice with 57.5 ml of water at room temperature , 02 or 0.01% by weight (corresponds to a leaching efficiency of 98% or 99%). The mineralogical composition before treatment was made with 2.8% by weight quartz, 91.5% by weight dihydrate (CaSO * 2Fi 2 0), 3.7% by weight of flemihydrate (CaSO * 0.5 Fi 2 0) and 2.9% by weight of anhydrite (CaSO) .After treatment, the following composition was determined: 3.3% by weight. -% quartz, 1.2% by weight dihydrate (CaSO * 2H 2 0), 0.1% by weight flemihydrate (CaSO * 0.5 Fl 2 0) and 95.5% by weight anhydrite (CaSC) .
Beispiel 2: Example 2:
75 g des gleichen Gipses PG A wie in Beispiel 1 wurde in einem weiteren Versuch mit 150 ml (S/L = 0,5) 6 molarer Schwefelsäure für 30 Minuten bei 60 °C mittels eines KPG-Rührers gerührt. Nach Ablauf der Zeit wurde die Suspension zügig filtriert und zweimal mit 86,3 ml Wasser bei Raumtemperatur gewaschen. Nach Behandlung betragen die P2Os- bzw. F-Gehalte noch 0,29 bzw. 0,03 Gew.-% (entspricht einer Auslaugungseffizienz von 78 % bzw. 98 %). Nach Behandlung wurde folgende mineralogische Zusammensetzung ermittelt: 3,2 Gew.-% Quartz, 73,2 Gew.-% Dihydrat (CaSO * 2H20), 2,4 Gew.-% Hemihydrat (CaSO * 0,5 H20) und 21,2 Gew.-% Anhydrit (CaSO ). Der Dv(50)-Wert nach Behandlung beträgt 59,1 gm. 75 g of the same gypsum PG A as in Example 1 was stirred in a further experiment with 150 ml (S / L = 0.5) 6 molar sulfuric acid for 30 minutes at 60 ° C. using a KPG stirrer. After the time had elapsed, the suspension was quickly filtered and washed twice with 86.3 ml of water at room temperature. After treatment, the P 2 Os and F contents are still 0.29 and 0.03% by weight (corresponds to a leaching efficiency of 78% and 98%). To Treatment, the following mineralogical composition was determined: 3.2% by weight quartz, 73.2% by weight dihydrate (CaSO * 2H 2 0), 2.4% by weight hemihydrate (CaSO * 0.5 H 2 0) and 21.2% by weight anhydrite (CaSO). The D v (50) value after treatment is 59.1 gm.
Beispiel 3: Example 3:
75 g eines weiteren Gipses (als PG B bezeichnet) mit P2Os-Gehalten von 1,70 Gew.-% und F-Gehalten von 2,13 Gew.-% wurde in einem weiteren Versuch mit 150 ml (S/L = 0,5) 6 molarer Schwefelsäure für 30 Minuten bei 75 °C mittels eines KPG-Rührers gerührt. Nach Ablauf der Zeit wurde die Suspension zügig filtriert und zweimal mit 86,3 ml Wasser bei Raumtemperatur gewaschen. Nach Behandlung betragen die P2Os- bzw. F-Gehalte noch 0,07 bzw. 0,12 Gew.-% (entspricht einer Auslaugungseffizienz von 96 % bzw. 94 %). Die mineralogische Zusammensetzung vor Behandlung wurde mit 3 Gew.-% Quartz und 97 Gew.-% Dihydrat (CaSO * 2FI20) ermittelt. Nach Behandlung wurde folgende Zusammensetzung ermittelt: 2,5 Gew.-% Quartz, 0,4 Gew.-% Dihydrat (CaS04 * 2H20) und 97,2 Gew.-% Anhydrit (CaSO ). Der Dv(50)-Wert nach Behandlung beträgt 9,77 pm. 75 g of another gypsum (designated as PG B) with P 2 Os content of 1.70% by weight and F content of 2.13% by weight was used in a further experiment with 150 ml (S / L = 0.5) 6 molar sulfuric acid for 30 minutes at 75 ° C using a KPG stirrer. After the time had elapsed, the suspension was quickly filtered and washed twice with 86.3 ml of water at room temperature. After treatment, the P 2 Os and F contents are still 0.07 and 0.12% by weight (corresponds to a leaching efficiency of 96% and 94%, respectively). The mineralogical composition before treatment was determined to be 3% by weight quartz and 97% by weight dihydrate (CaSO * 2FI 2 0). After treatment, the following composition was determined: 2.5% by weight quartz, 0.4% by weight dihydrate (CaS0 4 * 2H 2 0) and 97.2% by weight anhydrite (CaSO). The D v (50) value after treatment is 9.77 pm.
Beispiel 4: Example 4:
75 g des gleichen Gipses (PG B) wurde in einem weiteren Versuch mit 150 ml (S/L = 0,5) 6 molarer Schwefelsäure für 45 Minuten bei 75 °C mittels eines KPG- Rührers gerührt. Nach Ablauf der Zeit wurde die Suspension zügig filtriert und zweimal mit 86,3 ml 75 °C heißem Wasser gewaschen. Nach Behandlung betragen die P2Ü5- bzw. F-Gehalte noch 0,03 bzw. 0,11 Gew.-% (entspricht einer Auslaugungseffizienz von 98 % bzw. 95 %). Nach Behandlung wurde folgende mineralogische Zusammensetzung ermittelt: 2,9 Gew.-% Quartz, 0,2 Gew.-% Dihydrat (CaSO * 2FI20) und 97,0 Gew.-% Anhydrit (CaSO ). Der Dv(50)-Wert nach Behandlung beträgt 9,34 pm. 75 g of the same gypsum (PG B) was stirred in a further experiment with 150 ml (S / L = 0.5) 6 molar sulfuric acid for 45 minutes at 75 ° C. using a KPG stirrer. After the time had elapsed, the suspension was quickly filtered and washed twice with 86.3 ml of hot water at 75.degree. After treatment, the P 2 Ü5 and F contents are still 0.03 and 0.11% by weight (corresponds to a leaching efficiency of 98% and 95%). After treatment, the following mineralogical composition was determined: 2.9% by weight quartz, 0.2% by weight dihydrate (CaSO * 2FI 2 0) and 97.0% by weight anhydrite (CaSO). The D v (50) value after treatment is 9.34 pm.
Beispiel 5 Example 5
75 g des gleichen Gipses (PG B) wurde in einem weiteren Versuch mit 150 ml (S/L = 0,5) 7 molarer Schwefelsäure für 30 Minuten bei 75 °C mittels eines KPG- Rührers gerührt. Nach Ablauf der Zeit wurde die Suspension zügig filtriert und zweimal mit 86,3 ml Wasser bei Raumtemperatur gewaschen. Nach Behandlung betragen die P2O5- bzw. F-Gehalte noch 0,03 bzw. 0,06 Gew.-% (entspricht einer Auslaugungseffizienz von 98 % bzw. 97 %). Der Dv(50)-Wert nach Behandlung beträgt 6,99 gm. 75 g of the same gypsum (PG B) was stirred in a further experiment with 150 ml (S / L = 0.5) 7 molar sulfuric acid for 30 minutes at 75 ° C. using a KPG stirrer. After the time had elapsed, the suspension was quickly filtered and washed twice with 86.3 ml of water at room temperature. After treatment the P2O5 and F contents are still 0.03 and 0.06% by weight (corresponds to a leaching efficiency of 98% and 97%). The D v (50) value after treatment is 6.99 gm.
Beispiel 6: Example 6:
75 g des gleichen Gipses (PG B) wurde in einem weiteren Versuch mit 150 ml (S/L = 0,5) 4 molarer Schwefelsäure für 20 Minuten bei 30 °C mittels eines KPG- Rührers gerührt. Nach Ablauf der Zeit wurde die Suspension zügig filtriert und zweimal mit 86,3 ml Wasser bei Raumtemperatur gewaschen. Nach Behandlung betragen die P2O5- bzw. F-Gehalte noch 0,43 bzw. 0,17 Gew.-% (entspricht einer Auslaugungseffizienz von 75 % bzw. 92 %). Nach Behandlung wurde folgende mineralogische Zusammensetzung ermittelt: 1,7 Gew.-% Quartz, 96,3 Gew.-% Dihydrat (CaSO * 2Fi20), 2,0 Gew.-% Flemihydrat (CaSO * 0,5 Fi20) und 0 Gew.-% Anhydrit (CaSO ). Der Dv(50)-Wert nach Behandlung beträgt 16,1 pm. 75 g of the same gypsum (PG B) was stirred in a further experiment with 150 ml (S / L = 0.5) 4 molar sulfuric acid for 20 minutes at 30 ° C. using a KPG stirrer. After the time had elapsed, the suspension was quickly filtered and washed twice with 86.3 ml of water at room temperature. After treatment, the P2O5 and F contents are still 0.43 and 0.17% by weight (corresponds to a leaching efficiency of 75% and 92%). After treatment, the following mineralogical composition was determined: 1.7% by weight quartz, 96.3% by weight dihydrate (CaSO * 2Fi 2 0), 2.0% by weight flemihydrate (CaSO * 0.5 Fi 2 0 ) and 0% by weight anhydrite (CaSO). The D v (50) value after treatment is 16.1 pm.
Beispiel 7: Example 7:
Zur Beurteilung, ob das beschriebene Verfahren auch mit lediglich getrenntem und damit ungewaschenem Phosphorgips aus der Phosphorsäureanlage eingesetzt werden kann, wurden 75 g des gleichen Gipses PG B wie in Beispiel 3 mit 25 g 25 %iger P20s-Lösung (in Form von Phosphorsäure) versetzt und mit 150 ml (S/L = 0,5; 25 g P20s-Lösung nicht berücksichtigt) 7 molarer Schwefelsäure für 30 Minuten bei 75 °C mittels eines KPG-Rührers gerührt. Nach Ablauf der Zeit wurde die Suspension zügig filtriert und zweimal mit 86,3 ml Wasser bei Raumtemperatur gewaschen. Nach Behandlung betragen die P2O5- bzw. F-Gehalte noch 0,07 bzw. 0,08 Gew.-% (entspricht einer Auslaugungseffizienz von 96 % bzw. 96 %). Nach Behandlung wurde folgende mineralogische Zusammensetzung ermittelt: 2,5 Gew.-% Quartz, 0,2 Gew.-% Dihydrat (CaSO * 2FI2O) und 97,3 Gew.-% Anhydrit (CaSO ). Der Dv(50)-Wert nach Behandlung beträgt 6,62 pm. To assess whether the process described can also be used with only separated and thus unwashed phosphorus gypsum from the phosphoric acid plant, 75 g of the same gypsum PG B as in Example 3 were mixed with 25 g of 25% P 2 Os solution (in the form of phosphoric acid ) and stirred with 150 ml (S / L = 0.5; 25 g P 2 Os solution not taken into account) 7 molar sulfuric acid for 30 minutes at 75 ° C using a KPG stirrer. After the time had elapsed, the suspension was quickly filtered and washed twice with 86.3 ml of water at room temperature. After treatment, the P2O5 and F contents are still 0.07 and 0.08% by weight (corresponds to a leaching efficiency of 96% and 96%). After treatment, the following mineralogical composition was determined: 2.5% by weight quartz, 0.2% by weight dihydrate (CaSO * 2FI2O) and 97.3% by weight anhydrite (CaSO). The D v (50) value after treatment is 6.62 pm.
Beispiel 8: Example 8:
Zur Bewertung der Filtrierbarkeit der Suspensionen in Abhängigkeit der Einflussgrößen wie bspw. Temperatur, Verweilzeit und Konzentration der Säure wurden die Filtrationszeiten der Suspensionen aus den Beispielen 3, 4 und 5 über eine Filternutsche mit einer Filterfläche von 56 cm2 bei einem Vakuum von 500 mbar bestimmt. In allen Fällen lag die Filterkuchenhöhe zwischen 13 und 14,5 mm. Bei der Suspension aus Beispiel 5 ergaben sich eine Filtrationszeit von 30 s und 52 s sowie 39 s in 1. bzw. 2. Waschung. Bei der Suspension aus Beispiel 3 ergaben sich eine Filtrationszeit von 11 s und 22 s sowie 19 s in 1. bzw. 2. Waschung. Bei der Suspension aus Beispiel 4 ergaben sich eine Filtrationszeit von 11 s und 20 s sowie 11 s in 1. bzw. 2. Waschung. Es zeigt sich, dass durch Anpassung der Einflussgrößen die Filtrierbarkeit unter Beibehaltung der Reinigungsgüte optimiert werden kann. To evaluate the filterability of the suspensions as a function of the influencing variables such as, for example, temperature, residence time and concentration of the acid, the filtration times of the suspensions from Examples 3, 4 and 5 were used a suction filter with a filter area of 56 cm 2 is determined at a vacuum of 500 mbar. In all cases the filter cake height was between 13 and 14.5 mm. The suspension from Example 5 had a filtration time of 30 s and 52 s and 39 s in the 1st and 2nd wash. The suspension from Example 3 had a filtration time of 11 s and 22 s and 19 s in the 1st and 2nd wash. The suspension from Example 4 had a filtration time of 11 s and 20 s and 11 s in the 1st and 2nd wash. It turns out that the filterability can be optimized while maintaining the cleaning quality by adapting the influencing variables.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Aufbereitungseinheit Phosphatgestein bzw. Phosphaterz1 processing unit for phosphate rock or phosphate ore
2 Reaktionseinheit der Phosphorsäureanlage 2 reaction unit of the phosphoric acid plant
3 Filtrationseinheit der Phosphorsäureanlage 3 Filtration unit of the phosphoric acid plant
4 Schwefelsäureproduktionsanlage (existierend) 4 sulfuric acid production plant (existing)
5 Kalziumsulfat-Reaktionseinheit 5 Calcium Sulphate Reaction Unit
6 Kalziumsulfat-Trenneinheit 6 Calcium sulphate separation unit
7 Rohmehl-Zubereitungseinheit 7 Raw meal preparation unit
8 Zementklinker-Prozesseinheit 8 cement clinker processing unit
9 Schwefeldioxid-Abgasbehandlung 9 Sulfur dioxide waste gas treatment
10 Kalziumsulfat von Halde (aus Phosphorsäureproduktion)10 calcium sulfate from Halde (from phosphoric acid production)
11 Gewinnung Seltene Erden aus Kalziumsulfat 11 Extraction of rare earths from calcium sulphate
12 Kalziumsulfat-Trenneinheit 12 Calcium sulphate separation unit
13 Schwefelsäureproduktionsanlage (neu) 13 sulfuric acid production plant (new)

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure und Zementklinker unter Verwendung von Kalziumsulfat, das in einer Phosphorsäureproduktion bei der Umsetzung von Rohphosphat mit Schwefelsäure zur Bildung von Phosphorsäure als festes Nebenprodukt gebildet und abgetrennt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) das von der Phosphorsäure abgetrennte Kalziumsulfat wird mit einer Säure behandelt, um eine Suspension mit gereinigtem Kalziumsulfat zu erhalten, b) das gereinigte Kalziumsulfat wird als Feststoff von der flüssigen Phase der erhaltenen Suspension abgetrennt, c) das abgetrennte gereinigte Kalziumsulfat wird mit Zusatzstoffen und Reduktionsmittel vermischt, um eine Rohmehlmischung für die Zementklinkerproduktion zu erhalten, d) die Rohmehlmischung wird gebrannt, um den Zementklinker zu erhalten, wobei Schwefeldioxid als Abgas gebildet wird, und e) das gebildete Schwefeldioxid wird als Rohstoff einer Schwefelsäureproduktion zugeführt, um die Schwefelsäure herzustellen, wobei die hergestellte Schwefelsäure als Einsatzmaterial in der Phosphorsäureproduktion verwendet und/oder einer anderen Nutzung zugeführt werden kann. 1. A process for the production of sulfuric acid and cement clinker using calcium sulfate, which is formed and separated off as a solid by-product in a phosphoric acid production during the reaction of raw phosphate with sulfuric acid to form phosphoric acid, the process comprising the following steps: a) from the phosphoric acid separated calcium sulfate is treated with an acid to obtain a suspension with purified calcium sulfate, b) the purified calcium sulfate is separated as a solid from the liquid phase of the resulting suspension, c) the separated purified calcium sulfate is mixed with additives and reducing agents to form a raw meal mixture for cement clinker production, d) the raw meal mixture is burned in order to obtain the cement clinker, whereby sulfur dioxide is formed as exhaust gas, and e) the sulfur dioxide formed is fed as raw material to sulfuric acid production in order to produce the sulfuric acid, w whether the sulfuric acid produced can be used as a feedstock in phosphoric acid production and / or can be put to another use.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein integriertes Verfahren ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the method is an integrated method.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphorsäureproduktion nach einem Prozess ausgeführt wird, der ausgewählt ist aus einem Dihydrat-(DH)-Prozess, Hemihydrat-(HH)-Prozess, Dihydrat-Hemihydrat-(DHH)-Prozess, Hemihydrat-Dihydrat-(HDH)-Prozess und Dihydrat-Attack-Hemihydrat-Filtration-(DA-HF)-Prozess, vorzugsweise aus einem Dihydrat-(DH)-Prozess und einem Hemihydrat-(HH)-Prozess. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the phosphoric acid production is carried out according to a process which is selected from a dihydrate (DH) process, hemihydrate (HH) process, dihydrate-hemihydrate (DHH) - Process, hemihydrate dihydrate (HDH) process and dihydrate attack hemihydrate filtration (DA-HF) process, preferably from a dihydrate (DH) process and a hemihydrate (HH) process.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Phosphorsäureproduktion abgetrennte Kalziumsulfat vor Zuführung zu Schritt a) keiner Rekristallisation unterworfen wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calcium sulfate separated from the phosphoric acid production is not subjected to any recrystallization before being fed to step a).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kalziumsulfat, das in Schritt a) eingesetzt wird, das aus einer Trenneinheit der Phosphorsäureproduktion erhaltene Kalziumsulfat verwendet wird, wobei bevorzugt der nach der ersten Trennung von der Phosphorsäure erhaltene Kalziumsulfat-Feststoff, bevorzugt Kalziumsulfat-Filterkuchen, aus der Phosphorsäureproduktion direkt oder nach einer oder mehreren Wäschen mit Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, verwendet wird, und/oder auf Flalden gelagertes Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion verwendet wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calcium sulfate obtained from a separation unit of the phosphoric acid production is used as the calcium sulfate which is used in step a), wherein preferably the calcium sulfate solid obtained after the first separation from the phosphoric acid, preferably calcium sulfate filter cake, from which phosphoric acid production is used directly or after one or more washes with liquid, preferably water, and / or calcium sulfate stored on flalden from phosphoric acid production is used.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Phosphorsäure abgetrennte Kalziumsulfat, das in Schritt a) eingesetzt wird, Kalziumsulfat in Form von Dihydrat, Flemihydrat oder einer Kombination davon ist. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calcium sulfate separated from the phosphoric acid and used in step a) is calcium sulfate in the form of dihydrate, flemihydrate or a combination thereof.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die Säure in einer solchen Menge zugegeben wird, dass das Gewichtsverhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit (S/L-Verhältnis) in der Suspension im Bereich von 1/10 bis 1/1, bevorzugt 1/5 bis 1/1, liegt, und/oder die aus der Behandlung nach Schritt a) resultierende Säure eine 1 bis 12 molare, bevorzugt 3 bis 10 molare, bevorzugter 5 bis 8 molare, Säure ist, und/oder wobei die Säure ausgewählt ist aus Salzsäure, Salpetersäure, schweflige Säure und/oder Schwefelsäure, und/oder wobei die Behandlung in Schritt a) bei einer Temperatur im Bereich von 15 bis 100 °C, bevorzugt 30 bis 80 °C, bevorzugter 45 bis 75 °C, durchgeführt wird, und/oder wobei die Dauer der Behandlung in Schritt a) im Bereich von 5 bis 120 Minuten, bevorzugt 15 bis 90 Minuten, bevorzugter 20 bis 60 Minuten, liegt. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in step a) the acid is added in such an amount that the weight ratio of solid to liquid (S / L ratio) in the suspension is in the range from 1/10 to 1/1, preferably 1/5 to 1/1, and / or the acid resulting from the treatment according to step a) is a 1 to 12 molar, preferably 3 to 10 molar, more preferably 5 to 8 molar acid, and / or where the acid is selected from hydrochloric acid, nitric acid, sulphurous acid and / or sulfuric acid, and / or where the treatment in step a) is at a temperature in the range from 15 to 100 ° C, preferably 30 to 80 ° C, more preferably 45 to 75 ° C, and / or wherein the duration of the treatment in step a) is in the range from 5 to 120 minutes, preferably 15 to 90 minutes, more preferably 20 to 60 minutes.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dv(50)-Wert der Korngrößenverteilung des in Schritt b) erhaltenen Kalziumsulfats, insbesondere Kalziumsulfat-Anhydrits, im Bereich von 0,5 - lOOpm, bevorzugt 1- 50pm, insbesondere 2-30pm, liegt. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the D v (50) value of the particle size distribution of the calcium sulfate obtained in step b), in particular calcium sulfate anhydrite, is in the range of 0.5-100pm, preferably 1-50pm, especially 2-30pm.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt b) erhaltene abgetrennte gereinigte Kalziumsulfat mindestens 5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 30 Gew.-%, bevorzugter mindestens 50 Gew.-% Anhydrit, bezogen auf trockenes Kalziumsulfat, enthält. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the separated purified calcium sulfate obtained in step b) at least 5 wt .-%, preferably at least 30 wt .-%, more preferably at least 50 wt .-% anhydrite, based on dry calcium sulfate , contains.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt b) erhaltene flüssige Phase als Einsatzstoff in der Phosphorsäureproduktion verwendet wird, insbesondere als Teilmenge der erforderlichen Schwefelsäure zum Aufschluss des Rohphosphats. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the liquid phase obtained in step b) is used as a starting material in phosphoric acid production, in particular as a portion of the sulfuric acid required to digest the rock phosphate.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstoffe zur Herstellung der Rohmehlmischung in Schritt c) Rohstoffe oder Verbindungen sind, die ein oder mehrere Oxide ausgewählt aus Oxiden von Si, AI, Fe und gegebenenfalls Ca oder Vorstufen davon umfassen, und/oder als Reduktionsmittel Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder elementarer Schwefel dem Kalziumsulfat zugemischt wird, und/oder der in Schritt d) erzeugte Zementklinker zur Zementherstellung verwendet wird. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the additives for producing the raw meal mixture in step c) are raw materials or compounds which comprise one or more oxides selected from oxides of Si, Al, Fe and optionally Ca or precursors thereof, and / or carbon and / or hydrocarbons and / or elemental sulfur is added to the calcium sulfate as a reducing agent, and / or the cement clinker produced in step d) is used for cement production.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt d) als Abgas gebildete Schwefeldioxid vor der Zuführung zu Schritt e) einer Abgasreinigung unterworfen wird, um Feststoffpartikel und Restfeuchtigkeit aus dem S02-Abgas zu entfernen. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sulfur dioxide formed as exhaust gas in step d) is subjected to exhaust gas cleaning before being fed to step e) in order to remove solid particles and residual moisture from the S0 2 exhaust gas.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt b) erhaltene gereinigte Kalziumsulfat vor der Zuführung zu Schritt c) einem zusätzlichen Reinigungsschritt zur Entfernung von Seltenen Erden unterworfen wird, bei dem das in Schritt b) erhaltene gereinigte Kalziumsulfat mit einer Flüssigkeit, bevorzugt mit Wasser oder mit einer Salz und/oder Chelatligand enthaltenden wässrigen Lösung, behandelt wird und von der so erhaltenen Suspension das weiter gereinigte Kalziumsulfat als Feststoff von der flüssigen Phase abgetrennt wird, wobei das weiter gereinigte Kalziumsulfat dem Schritt c) zugeführt wird und in der flüssigen Phase eine oder mehrere Seltene Erden enthalten sind. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the purified calcium sulfate obtained in step b) is subjected to an additional cleaning step for removing rare earths before being fed to step c), in which the purified calcium sulfate obtained in step b) is also subjected a liquid, preferably with water or with an aqueous solution containing salt and / or chelate ligand, and the further purified calcium sulfate is separated from the liquid phase as a solid from the suspension thus obtained, the further purified calcium sulfate being fed to step c) and one or more rare earths are contained in the liquid phase.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gereinigte Kalziumsulfat vor der Zuführung zu Schritt c) einen reduzierten Gehalt an Phosphor und Fluor und gegebenenfalls an Seltenen Erden, radioaktiven Elementen und/oder Schwermetallen aufweist. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the purified calcium sulfate has a reduced content of phosphorus and fluorine and optionally rare earths, radioactive elements and / or heavy metals before being fed to step c).
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der Reinigung des Kalziumsulfats in Schritt a) unter Berücksichtigung der Verunreinigungen, die in den eingesetzten Zusatzstoffen für das Rohmehl enthalten sind, und die für den Zementklinker einzuhaltenden Richtwerte an Phosphor und Fluor, die bevorzugt maximal 1,0 Gew.-%, bevorzugter maximal 0,5 Gew.-%, noch bevorzugter maximal 0,1 Gew.-% P2O5 und/oder bevorzugt maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugter maximal 0,25 Gew.-%, noch bevorzugter maximal 0,1 Gew.-% F sind, eingestellt wird, und/oder der Flüssigkeitshaushalt, bevorzugt der Wasserhaushalt, der Phosphorsäureproduktion durch das integrierte Verfahren nicht oder nur unwesentlich geändert wird, insbesondere da der Flüssigkeitseinsatz, bevorzugt der Wassereinsatz, zur Reinigung des Kalziumsulfats im integrierten Verfahren an den Flüssigkeitshaushalt, bevorzugt den Wasserhaushalt, der Phosphorsäureproduktion gekoppelt ist. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the scope of the cleaning of the calcium sulfate in step a) taking into account the impurities contained in the additives used for the raw meal and the guide values for the cement clinker for phosphorus and fluorine , which is preferably a maximum of 1.0% by weight, more preferably a maximum of 0.5% by weight, even more preferably a maximum of 0.1% by weight P2O5 and / or preferably a maximum of 0.5% by weight, more preferably a maximum of 0, 25% by weight, more preferably a maximum of 0.1% by weight F, is set, and / or the fluid balance, preferably the water balance, of the phosphoric acid production is not or only insignificantly changed by the integrated process, in particular since the use of fluids, preferably the use of water to purify the calcium sulfate in the integrated process to the fluid balance, preferably the water balance, which is coupled to phosphoric acid production.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das für Schritt c) verwendete abgetrennte gereinigte Kalziumsulfat von Schritt b) mehr als 70 Gew.-%, bevorzugt mehr als 80 Gew.-%, bevorzugter mehr als 90 Gew.-%, des gesamten Kalziumsulfates in der Rohmehlmischung ausmacht. 16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the separated, purified calcium sulfate used for step c) from step b) is more than 70% by weight, preferably more than 80% by weight, more preferably more than 90% by weight. %, of the total calcium sulfate in the raw meal mix.
17. Anlage zur Fierstellung von Schwefelsäure und Zementklinker unter Verwendung von Kalziumsulfat, das in einer Phosphorsäureproduktion bei der Umsetzung von Rohphosphat mit Schwefelsäure zur Bildung von Phosphorsäure als festes Nebenprodukt gebildet und abgetrennt wird, wobei die Anlage folgende Einrichtungen umfasst: a) eine Kalziumsulfat-Reaktionseinheit, die geeignet ist, um darin das von der Phosphorsäure abgetrennte Kalziumsulfat mit einer Säure zu behandeln, um eine Suspension mit gereinigtem Kalziumsulfat zu erhalten, b) eine Kalziumsulfat-Trenneinheit, die geeignet ist, um das gereinigte Kalziumsulfat als Feststoff von der flüssigen Phase der erhaltenen Suspension abzutrennen, c) eine Rohmehl-Mischeinheit, die geeignet ist, um darin das abgetrennte gereinigte Kalziumsulfat mit Zusatzstoffen und Reduktionsmittel zu vermischen, um eine Rohmehlmischung für die Zementklinkerproduktion zu erhalten, d) eine Zementklinker-Produktionseinheit, insbesondere eine Kombination von einem Vorwärmer, wenigstens einer Brenneinrichtung und einem Kühler, die geeignet sind, die Rohmehlmischung vorzuwärmen, zu brennen und zu kühlen, um den Zementklinker zu erhalten, wobei Schwefeldioxid als Abgas gebildet wird, und/oder e) eine Schwefelsäure-Produktionsanlage, zu der das in der Zementklinker-Produktionseinheit gebildete und gegebenenfalls gereinigte Schwefeldioxid-Abgas als Rohstoff zugeführt wird, um Schwefelsäure herzustellen, wobei die Schwefelsäure- Produktionsanlage ein Teil der Phosphorsäureproduktionsanlage oder eine externe Schwefelsäure-Produktionsanlage sein kann. 17. Plant for the production of sulfuric acid and cement clinker using calcium sulphate, which is formed and separated off as a solid by-product in a phosphoric acid production during the conversion of raw phosphate with sulfuric acid to form phosphoric acid, the plant comprising the following equipment: a) a calcium sulphate reaction unit which is suitable for adding the calcium sulfate separated from the phosphoric acid with an acid treat to obtain a suspension with purified calcium sulphate, b) a calcium sulphate separation unit which is suitable to separate the purified calcium sulphate as a solid from the liquid phase of the suspension obtained, c) a raw meal mixing unit which is suitable to be incorporated therein to mix the separated, purified calcium sulphate with additives and reducing agents in order to obtain a raw meal mixture for cement clinker production, d) a cement clinker production unit, in particular a combination of a preheater, at least one combustion device and a cooler, which are suitable for preheating the raw meal mixture burn and cool in order to obtain the cement clinker, whereby sulfur dioxide is formed as exhaust gas, and / or e) a sulfuric acid production plant, to which the sulfur dioxide exhaust gas formed in the cement clinker production unit and optionally purified is fed as raw material to sulfuric acid manufacture, taking the sulfur acid production plant can be part of the phosphoric acid production plant or an external sulfuric acid production plant.
18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalziumsulfat- Trenneinheit über eine Rohrleitung mit der Phosphorsäureproduktionsanlage und/oder einer anderen Produktionsanlage verbunden ist, damit die in der Kalziumsulfat-Trenneinheit erhaltene flüssige Phase in die Reaktionseinheit der Phosphorsäureproduktion und/oder der weiteren Produktionsanlage als Einsatzstoff eingebracht werden kann. 18. Plant according to claim 17, characterized in that the calcium sulphate separation unit is connected to the phosphoric acid production plant and / or another production plant via a pipeline so that the liquid phase obtained in the calcium sulphate separation unit enters the phosphoric acid production reaction unit and / or the other Production plant can be introduced as an input material.
19. Anlage nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das abgetrennte Kalziumsulfat für Schritt a) von einer Trenneinheit der Phosphorsäureproduktion, die die Phosphorsäure von dem Kalziumsulfat trennt, oder von einer Halde von Kalziumsulfat aus der Phosphorsäureproduktion zugeführt werden kann. 19. Plant according to claim 17 or 18, characterized in that the separated calcium sulphate for step a) can be supplied from a separation unit of the phosphoric acid production, which separates the phosphoric acid from the calcium sulphate, or from a heap of calcium sulphate from the phosphoric acid production.
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