WO2021228430A1 - Method and system for activating clay - Google Patents

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WO2021228430A1
WO2021228430A1 PCT/EP2021/000065 EP2021000065W WO2021228430A1 WO 2021228430 A1 WO2021228430 A1 WO 2021228430A1 EP 2021000065 W EP2021000065 W EP 2021000065W WO 2021228430 A1 WO2021228430 A1 WO 2021228430A1
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clay
fraction
gas
activated
fine
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PCT/EP2021/000065
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German (de)
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Inventor
Marc FEISS
Hans-Peter Jeschinowski
York Reichardt
Norbert Streit
Original Assignee
Khd Humboldt Wedag Gmbh
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Publication date
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00Hydraulic cements
    • C04B7/12Natural pozzuolanas; Natural pozzuolana cements; Artificial pozzuolanas or artificial pozzuolana cements other than those obtained from waste or combustion residues, e.g. burned clay; Treating inorganic materials to improve their pozzuolanic characteristics

Definitions

  • the invention relates to a method and system for activating clays.
  • thermally activated clays do not achieve the strength of concrete based on cement clinker, but the properties of activated clays as a building material are sufficient for a large number of construction projects that do not depend on the particular performance of the building material, as is the case with prestressed concrete bridges Is the case, or as is the case with extremely tall skyscrapers far beyond the 100 m limit.
  • Clay minerals which are suitable for processing as building materials and which develop hydraulic properties through thermal treatment, can vary greatly in their chemical and mineralogical compositions and also in their physical properties.
  • natural occurrences of these clay minerals usually contain various components with regard to the hydraulic properties of inert components such as quartz, feldspar, flint.
  • Clay minerals of purely natural origin of various origins usually differ in terms of various properties such as particle size, density and moisture.
  • clay minerals of various origins differ in the inorganic impurities they contain, such as iron, titanium and manganese.
  • CONFIRMATION COPY These chemically bound metallic accompanying substances determine the color of the activated clay by changing their oxidation state during thermal treatment of the clay minerals.
  • Iron impurities can be present as structural iron (part of the kaolinite structure or the structure of additional minerals) and as free iron in the form of oxides, hydroxides, carbonates and sulfides.
  • the titanium and iron oxide content correlates with colorimetric parameters and the color saturation of red.
  • Manganese turns brown when oxidized with the formation of manganese dioxide. It is known that the red color is caused by iron (III) compounds.
  • the content of impurities such as iron and titanium in naturally occurring clay minerals leads to the undesired red coloration of the clay mineral activated by heat treatment during calcination under oxidizing conditions and subsequent cooling with atmospheric air.
  • Clay is a naturally occurring material that consists mainly of clay mineral particles, is generally plastically deformable with sufficient water content and becomes brittle when dried or burned. Although clay usually contains layered silicates, it can contain other materials that give it plasticity and harden it when dried or fired. As associated phases, clay can contain materials that do not give it plasticity, e.g. B. quartz, calcite, dolomite, feldspar and organic substances.
  • clay particles are considered to be particles ⁇ 2 pm (sometimes also ⁇ 4 pm [2]) and in colloid chemistry ⁇ 1 pm.
  • clays are understood to mean the naturally occurring material that either mainly consists of clay mineral particles, i.e. more than 50% clay mineral particles, but also those made of clay mineral depository degradable materials that have less than 50% clay mineral particles to as little as 10% to 20% clay mineral particles.
  • the rest consists of sand, silt, quartz, calcite, dolomite, feldspar and possibly also gravel.
  • the large proportions of material that are not clay mineral particles are almost chemically inert, abrasive and cannot be activated thermally. The latter clays are thus similar to clay.
  • the object of the invention is to provide a system and a method for the thermal activation of clays in which the undesired red coloration does not occur.
  • a separation of a clay raw material into a coarse fraction and a fine fraction, subsequent preheating of the fine fraction in a preheater, and subsequent activation of the fine fraction in a fluidized bed and / or entrained flow reactor is provided.
  • a thermal treatment of the fine material fraction takes place in the fluidized bed and / or entrained flow reactor.
  • the still hot fine material fraction is combined with the separated and cold coarse material fraction and the combined clay fractions are discharged from the reactor.
  • a system having at least one fluidized bed and / or entrained flow reactor and at least one cyclone heat exchanger, the cyclone heat exchanger following the fluidized bed and / or entrained flow reactor in the gas flow direction, and with a feed device for clay to be activated at the upper end of the cyclone heat. exchanger is arranged.
  • the system is characterized in that a sifter is in flow connection with a coarse material discharge opening of the sifter in the material flow direction upstream with a gas feed device for the fluidized bed and / or entrained flow reactor, and the sifter with a Fine material discharge opening of the classifier is in flow connection upstream in the material flow direction with the feed device for clay to be activated.
  • This system enables the clay to be treated in accordance with the aforementioned method.
  • the invention is based on the surprising finding that the red coloration of clays when activated by oxidation of the iron contained in the clay mineral to iron (III) in conjunction with other chemically bonded metallic components occurs exclusively in the fine-grained components of natural clays.
  • the coarse-grained components of the natural clays show no tendency to turn red.
  • the invention is based on the knowledge that the fine components of the clay can be activated by thermal treatment. If this is carried out under chemically strongly reductive conditions, iron (III) is not formed in the clay, but iron (II), which appears chemically bonded in clay minerals rather greenish to colorless.
  • the clay fraction activated under chemically reducing conditions therefore has a gray to anthracite color in conjunction with all accompanying substances.
  • the fine fraction of natural clays activated by thermal treatment initially remains very sensitive to oxidation in atmospheric air.
  • the fine, thermally activated clay fraction is quenched from a temperature of 600 ° C to 1000 ° C at the end of a reactor for thermal activation to a temperature well below 600 ° C.
  • This thermal quenching must not take place with atmospheric air, otherwise the undesired iron (III) would be formed.
  • the quenching must be chemically neutral.
  • the coarse fraction separated from the natural clay in the first process step is suitable for this purpose. This coarse fraction is almost chemically inert and can absorb a large amount of heat without oxidizing itself.
  • the invention is based on a separation of clay minerals into a fine fraction, which is thermally activated, and a coarse fraction, which is not heated as an inert material.
  • the surprising effect is that it is separated into a coarse fraction and in a fine material fraction leads to a clay-depleted and inert coarse material fraction and to a clay-enriched fine material fraction.
  • the activated fine material is quenched with the previously separated coarse fraction, the coarse material fraction being significantly colder. In the quenched state, the chemically bound iron (II) is protected from oxidation.
  • the clay mineral treated in this way has a gray to anthracite tint.
  • the activated gray to anthracite-colored mineral is discharged from the reactor.
  • the material flow outlet of the cyclone heat exchanger at the lower end is in flow connection with a gas feed device for the entrained flow reactor, at which point the activated clay combines with the coarse material from the coarse material discharge opening of the classifier.
  • the gas feed device can be in the form of a cyclone, from which the carrier gas escapes through a dip tube and the solid suspended in the carrier gas emerges as dust from a cone that is usually pointing downwards.
  • the temperature has an influence on the activated product not only during activation, but also after activation. Tests have shown that combining the thermally activated fine material fraction in a temperature window of 600 ° C to 1000 ° C with the coarse material fraction of the raw material leads to a final temperature of 350 ° C to 600 ° C. A temperature control that leads to a final temperature of below 500 ° C. is preferred.
  • the fine material fraction of the activated clay quenched in this way shows itself to be insensitive to discoloration due to oxidation in atmospheric air with natural air humidity at these temperatures.
  • the separation of the natural clay into a fine material fraction and a coarse material fraction and the exclusive thermal activation of the separated fine material fraction and subsequent quenching with the previously separated coarse material fraction has several advantages.
  • the activated Quench the fine fraction under chemically inert conditions, which stabilizes the activated clay component against red discolouration.
  • the thermal activation only a fraction of the heat is required, which saves fuel and resources.
  • the thermally activatable fine material fraction is significantly less abrasive than the coarse material fraction.
  • the coarse fraction includes quartz, feldspar and flint.
  • FIG. 1 shows a sketch of a system according to the invention for activating clays
  • FIG. 1 shows a sketch of a system according to the invention for activating clays.
  • Moist raw material runs through the system in the sketch from a feed hopper 10 at the top left in the sketch to the finished, activated product, which leaves the system shown here via a conveying device 240 at the bottom right in the sketch.
  • Fresh air enters the system via a separator cyclone 230 in the sketch at the bottom right and leaves the system as exhaust air in this sketch via a compressor 180 at the top right in this sketch.
  • the raw material is fed from the feed hopper 10 via a conveyor device 20 to a regulated conveyor device 30, where it is combined with raw material that is in the sifter circulation.
  • a sifter 40 here a vertical sifter, in which the raw material rolls over cascades of stairs, deagglomerated and freed from the fine material fraction by sifting gas entering the sifter 40 from the left in this sketch.
  • the coarse fraction and the fine fraction separate.
  • the coarse material of the classifier 40 falls from the classifier 40 onto a regulated conveying device 50 and is conveyed by this conveying device 50 to the left in this sketch.
  • the coarse material falls into a regulated material switch 60.
  • a first part of the coarse material is transported through the material switch 60 to a further conveyor device 70 to a bucket elevator 80, which throws the circulating material back onto the conveyor device 30 described above where the sifting material in circulation is combined with the raw material.
  • a second part of the coarse material from the sifter 40 is transported as inert material to the right in this sketch via a conveying device 90, where it combines with the activated fine material of the raw material.
  • a processing device 92 for example in the form of a sieving device 92 or a grinding device, can be arranged, which can be reached via the bucket elevator 91 in order to sift out the coarser components of the natural clays and also to the relative proportions of the activated clay and the inert material in the end product.
  • an optional soaking device 93 can be present which moisten the coarse material before combining with the activated clay in order to increase the heat absorption capacity of the coarse material.
  • the coarse material has a temperature of atmospheric temperature up to a maximum of below 150 ° C. due to the temperature of the separator gas in the separator 40.
  • the route of the fine material from the raw material out of the sifter 40 leads into the gas line 160 into which it is carried by the sifting gas.
  • the fine material is separated from the classifying gas in a dust separator 170.
  • the classifying gas leaves the system to the top right via the compressor 180 as exhaust air, as was already described at the beginning.
  • Below the dust separator 170 there is a conveying device 190 which conveys the fine material fraction into a feeding device 200. From the feed device 200, the fine material falls into the uppermost gas supply line to the uppermost heat exchanger cyclone 123 of the heat exchanger 120 shown here with three cyclones. It is also possible to use this system with a different number of cyclones in the heat to operate the exchanger strand.
  • the fine material fraction Suspended in the gas of the gas supply line to cyclone 123, the fine material fraction is heated in the warm gas of heat exchanger 120. In the uppermost heat exchanger cyclone 123, the fine material fraction is fed into the gas inlet to the penultimate cyclone 122, where the heating and subsequent separation are repeated. At the exit of the penultimate cyclone 122, the preheated fines fraction falls into the lower area of an entrained flow reactor shown here, which is constructed similarly to a calciner of a plant for the production of cement clinker. A fluidized bed reactor can also be located at this point.
  • the fine material fraction of the clay is thermally activated to a hydraulic binder that sets when mixed with water.
  • the fuel from the entrained flow reactor burns out.
  • the free oxygen concentration in the entrained flow reactor should not rise above 4%.
  • the flame of the burner in entrained flow reactor 110 is therefore operated in a strongly reductive manner, which can take place through a substoichiometric oxygen supply or a superstoichiometric fuel supply.
  • the descending branch of the entrained flow reactor 110 is followed by the heat exchanger 120.
  • the thermally activated fines fraction of the clay suspended in the hot gas is separated by the lowest cyclone 121 of the heat exchanger 120 and has a temperature between 600 ° C and 1000 ° C at this point.
  • the hot gas flows in the heat exchanger 120 towards the fresh fine material.
  • the freshly thermally activated clay fraction leaves the heat exchanger via the solids line of the lowermost cyclone 121 and combines there with the inert, cold coarse material of the clay which was separated in the classifier 40.
  • water can be added to the cold coarse material fraction before it is combined with the hot, activated clay fraction.
  • the combined clay fractions flow into the gas feed line of the separation cyclone 230 where these fractions flow against fresh atmospheric air.
  • the fractions cooled to approx. 80 ° C. to 120 ° C. leave the system via the solids line of the separating cyclone 230 via the conveying device 240 as a finished product.
  • the fresh air entering the system flows conveyed through a compressor 210 to a gas line 220 and as a gas feed line to the separating cyclone 100, the fresh air taking up the clay fractions quenched and combined in the gas space.
  • the fish air that gets there serves as combustion air for a burner in entrained flow reactor 110 and as carrier air.
  • Another portion of the fresh air flows to a T-junction with the gas discharge line 130, which guides the warm heat exchanger exhaust gas from the heat exchanger 120 to a hot gas generator 140.
  • the combined gas fractions are heated in the hot gas generator 140 and, after the hot gas generator 140, a gas line 150 leads the heated gas as sifting and drying gas to the sifter 40, where all gas and material cycles and / or flows are now closed.

Abstract

The invention relates to a method and a system for activating clay. According to the invention, clay raw material is divided into a coarse product fraction and a fine product fraction; the fine product fraction is preheated in a preheater, and the fine product fraction is then activated in a fluidized bed reactor and/or entrained bed reactor; the activated and heated fine product fraction is combined with the separated and cooled coarse product fraction, whereby the thermally activated clay fraction is quenched; and the combined clay fractions are discharged out of the reactor. The aforementioned method is advantageous in that the activated clay is not oxidized and therefore the clay is not colored reddish. Additionally, the preceding separation process saves a considerable amount of thermal energy, and the quenching process of the thermally activated clay stabilizes the total product against an undesired red coloring.

Description

Verfahren und Anlage zur Aktivierung von Tonen Process and system for activating clays
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anlage zur Aktivierung von Tonen. The invention relates to a method and system for activating clays.
Als Ersatzstoff für Zementklinker als Baustoff ist es bekannt, auf thermisch aktivierten Ton zurückzugreifen. Zwar erreichen thermisch aktivierte Tone nicht die Festigkeit von Beton, der auf Zementklinker basiert, jedoch sind die Eigenschaften von aktivierten Tonen als Baumetrial ausreichend für eine Vielzahl von Bauprojekten, bei denen es nicht auf eine besondere Leistungsfähigkeit des Baustoffes ankommt, wie es beispielsweise bei Spannbetonbrücken der Fall ist oder wie es bei extrem hohen Hochhäusern weit jenseits der 100 m-Grenze der Fall ist.As a substitute for cement clinker as a building material, it is known to use thermally activated clay. It is true that thermally activated clays do not achieve the strength of concrete based on cement clinker, but the properties of activated clays as a building material are sufficient for a large number of construction projects that do not depend on the particular performance of the building material, as is the case with prestressed concrete bridges Is the case, or as is the case with extremely tall skyscrapers far beyond the 100 m limit.
Bauten aus Tonen sind schon seit der Antike bekannt. Hauser aus gebrannten Tonen und Lehm zeigen die typische rötliche Färbung, die bis in den Farbton von Terracotta-Fliesen reichen kann. Buildings made of clays have been known since ancient times. Houses made of baked clays and loam show the typical reddish color, which can extend to the color of terracotta tiles.
Tonminerale, welche zur Aufbereitung als Baustoff geeignet sind, und die durch thermische Behandlung hydraulische Eigenschaften entwickeln, können in Ihren chemischen und mineralogischen Zusammensetzungen und auch in ihren physikalischen Eigenschaften stark variieren. Natürliche Vorkommen dieser Tonminerale enthalten zusätzlich zu den Tonmineralen in der Regel verschiedene Anteile in Bezug auf die hydraulischen Eigenschaften inerte Bestandteile wie zum Beispiel Quarz, Feldspat, Flint. Tonminerale rein natürlichen Ursprungs unterschiedlicher Provenienz unterscheiden sich in der Regel durch verschiedene Eigenschaften wie etwa Partikelgröße, Dichte und Feuchte. Neben diesen äußerlichen Eigenschaften unterscheiden sich Tonminerale verschiedener Provenienz durch enthaltene anorganische Verunreinigungen wie etwa Eisen, Titan und Mangan. Clay minerals, which are suitable for processing as building materials and which develop hydraulic properties through thermal treatment, can vary greatly in their chemical and mineralogical compositions and also in their physical properties. In addition to the clay minerals, natural occurrences of these clay minerals usually contain various components with regard to the hydraulic properties of inert components such as quartz, feldspar, flint. Clay minerals of purely natural origin of various origins usually differ in terms of various properties such as particle size, density and moisture. In addition to these external properties, clay minerals of various origins differ in the inorganic impurities they contain, such as iron, titanium and manganese.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Diese chemisch gebundenen metallischen Begleitstoffe bestimmen durch Veränderung ihres Oxidationszustands bei thermischer Behandlung der Tonminerale die Farbe des aktivierten Tons. Eisenverunreinigungen können als strukturelles Eisen (Teil der Kaolinitstruktur bzw. der Struktur zusätzlicher Minerale) und als freies Eisen in Form von Oxiden, Hydroxiden, Carbonaten und Sulfiden vorliegen. Der Titan- und Eisenoxidgehalt korreliert mit kolorimetrischen Parametern und der Farbsättigung von Rot. Mangan färbt sich bei Oxidation unter Ausbildung von Braunstein braun. Es ist bekannt, dass die Rotfärbung von Eisen(lll)- verbindungen herrührt. Der Gehalt an Verunreinigungen wie Eisen und Titan in natürlich vorkommenden Tonmineralen führt bei der Kalzinierung unter oxidierenden Bedingungen und der anschließenden Abkühlung mit atmosphärischer Luft zu eben der unerwünschten Rotfärbung des durch Wärmebehandlung aktivierten Tonminerals. CONFIRMATION COPY These chemically bound metallic accompanying substances determine the color of the activated clay by changing their oxidation state during thermal treatment of the clay minerals. Iron impurities can be present as structural iron (part of the kaolinite structure or the structure of additional minerals) and as free iron in the form of oxides, hydroxides, carbonates and sulfides. The titanium and iron oxide content correlates with colorimetric parameters and the color saturation of red. Manganese turns brown when oxidized with the formation of manganese dioxide. It is known that the red color is caused by iron (III) compounds. The content of impurities such as iron and titanium in naturally occurring clay minerals leads to the undesired red coloration of the clay mineral activated by heat treatment during calcination under oxidizing conditions and subsequent cooling with atmospheric air.
Ton ist ein natürlich vorkommendes Material, das hauptsächlich aus Tonmineralteilchen besteht, bei ausreichenden Wassergehalten generell plastisch verformbar ist und spröde wird, wenn es getrocknet oder gebrannt wird. Obwohl Ton in der Regel Schichtsilikate enthält, kann er andere Materialien enthalten, die ihm Plastizität verleihen und aushärten, wenn sie getrocknet oder gebrannt werden. Als assoziierte Phasen kann Ton Materialien enthalten, die ihm keine Plastizität verleihen, z. B. Quarz, Calcit, Dolomit, Feldspat sowie organische Stoffe. Clay is a naturally occurring material that consists mainly of clay mineral particles, is generally plastically deformable with sufficient water content and becomes brittle when dried or burned. Although clay usually contains layered silicates, it can contain other materials that give it plasticity and harden it when dried or fired. As associated phases, clay can contain materials that do not give it plasticity, e.g. B. quartz, calcite, dolomite, feldspar and organic substances.
Anders als frühere Definitionen legt diese Definition der AIPEA (Association Internationale Pour L’Etudes Des Argiles) und der CMS (Clay Minerals Society) keine exakte Korngröße der Tonbestandteile fest, da verschiedene Disziplinen hier eigene Festlegungen getroffen haben. Als Tonpartikel gelten in den Geowissenschaften, entsprechend der Norm EN ISO 14688, Partikel < 2 pm (teilweise auch < 4 pm[2]) und in der Kolloidchemie < 1 pm. Unlike earlier definitions, this definition by the AIPEA (Association Internationale Pour L’Etudes Des Argiles) and the CMS (Clay Minerals Society) does not specify the exact grain size of the clay components, as various disciplines have made their own specifications. In the geosciences, in accordance with the EN ISO 14688 standard, clay particles are considered to be particles <2 pm (sometimes also <4 pm [2]) and in colloid chemistry <1 pm.
Im Rahmen dieser Anmeldung wird unter Tonen das natürlich vorkommende Material verstanden, das entweder hauptsächlich aus Tonmineralteilchen besteht, damit also mehr als 50% Tonmineralteilchen aufweist, aber auch solche aus Ton- lagerstäten abbaubare Materialien, die weniger als 50% Tonmineralteilchen bis hin zu nur 10 % bis 20% Tonmineralteilchen aufweisen. Der Rest besteht aus Sand, Schluff, Quarz, Calcit, Dolomit, Feldspat und gegebenenfalls auch Kies. Die großen Materialanteile, die nicht Tonmineralteilchen darstellen, sind chemisch nahezu inert, abrasiv und sind thermisch nicht aktivierbar. Die zuletzt genannten Tone ähneln damit Lehm. In the context of this application, clays are understood to mean the naturally occurring material that either mainly consists of clay mineral particles, i.e. more than 50% clay mineral particles, but also those made of clay mineral depository degradable materials that have less than 50% clay mineral particles to as little as 10% to 20% clay mineral particles. The rest consists of sand, silt, quartz, calcite, dolomite, feldspar and possibly also gravel. The large proportions of material that are not clay mineral particles are almost chemically inert, abrasive and cannot be activated thermally. The latter clays are thus similar to clay.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage und ein Verfahren zur thermischen Aktivierung von Tonen zur Verfügung zu stellen, bei welchem die unerwünschte Rotfärbung nicht eintritt. The object of the invention is to provide a system and a method for the thermal activation of clays in which the undesired red coloration does not occur.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch eine Anlage mit den Merkmalen nach Anspruch 1 nebst Unteransprüchen 2 bis 4 und durch ein Verfahren mit den Ansprüchen 6 bis 10. The object on which the invention is based is achieved by a system with the features according to claim 1 plus subclaims 2 to 4 and by a method with claims 6 to 10.
Nach dem erfundenen Verfahren ist vorgesehen ein Auftrennen eines Tonrohmaterials in eine Grobgutfraktion und in eine Feingutfraktion, anschließendes Vorwärmen der Feingutfraktion in einem Vorwärmer, und anschließendes Aktivieren der Feingutfraktion in einem Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor. In dem Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor findet eine thermische Behandlung der Feingutfraktion statt. Im Anschluss an die thermische Aktivierung wird die noch heiße Feingutfraktion mit der abgetrennten und kalten Grobgutfraktion vereint und die vereinten Tonfraktionen werden aus dem Reaktor ausgeschleust. According to the invented method, a separation of a clay raw material into a coarse fraction and a fine fraction, subsequent preheating of the fine fraction in a preheater, and subsequent activation of the fine fraction in a fluidized bed and / or entrained flow reactor is provided. A thermal treatment of the fine material fraction takes place in the fluidized bed and / or entrained flow reactor. Following the thermal activation, the still hot fine material fraction is combined with the separated and cold coarse material fraction and the combined clay fractions are discharged from the reactor.
Korrespondierend zu dem Verfahren wird eine Anlage vorgeschlagen aufweisend mindestens einen Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor und mindestens einen Zyklonwärmetauscher, wobei der Zyklonwärmetauscher in Gasströmungsrichtung dem Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor folgt, und wobei eine Aufgabevorrichtung für zu aktivierenden Ton am oberen Ende des Zyklonwärme- tauschers angeordnet ist. Die Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Sichter mit einer Grobgutsaustragsöffnung des Sichters in Materialströmungsrichtung stromaufwärts mit einer Gasaufgabevorrichtung für den Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor in Strömungsverbindung steht, und wobei der Sichter mit einer Feingutaustragsöffnung des Sichters in Materialströmungsrichtung stromaufwärts mit der Aufgabevorrichtung für zu aktivierenden Ton in Strömungsverbindung steht. Diese Anlage ermöglicht ein Behandeln des Tons entsprechend des zuvor genannten Verfahrens. Corresponding to the method, a system is proposed having at least one fluidized bed and / or entrained flow reactor and at least one cyclone heat exchanger, the cyclone heat exchanger following the fluidized bed and / or entrained flow reactor in the gas flow direction, and with a feed device for clay to be activated at the upper end of the cyclone heat. exchanger is arranged. The system is characterized in that a sifter is in flow connection with a coarse material discharge opening of the sifter in the material flow direction upstream with a gas feed device for the fluidized bed and / or entrained flow reactor, and the sifter with a Fine material discharge opening of the classifier is in flow connection upstream in the material flow direction with the feed device for clay to be activated. This system enables the clay to be treated in accordance with the aforementioned method.
Die Erfindung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass die Rotfärbung von Tonen bei Aktivierung durch Oxidation des im Tonmineral enthaltenen Eisens zu Eisen (III) in Verbindung mit weiteren chemisch gebundenen metallischen Bestandteilen ausschließlich in den feinkörnigen Bestandteilen natürlicher Tone entsteht. Die grobkörnigen Bestandteile der natürlichen Tone hingegen zeigen keine Neigung zur Rotfärbung. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die feinen Bestandteile des Tones durch thermische Behandlung aktiviert werden können. Wird dies unter chemisch stark reduktiven Bedingungen durchgeführt, so bildet sich im Ton kein Eisen (III), sondern Eisen (II), das in Tonmineralen chemisch gebunden eher grünlich bis farblos erscheint. Die unter chemisch reduzierenden Bedingungen aktivierte Tonfraktion wirkt daher in Verbindung mit sämtlichen Begleitstoffen grau bis anthrazitfarben. Die durch thermische Behandlung aktivierte Feinfraktion natürlicher Tone bleibt aber zunächst sehr empfindlich gegenüber Oxidation an atmosphärischer Luft. Um die Oxidation zu vermeiden, wird die feine, thermisch aktivierte Tonfraktion abgeschreckt von einer Temperatur von 600 °C bis 1000 °C am Ende eines Reaktors zur thermischen Aktivierung auf eine Temperatur von deutlich unter 600 °C. Dieses thermische Abschrecken darf aber nicht mit atmosphärischer Luft geschehen, denn sonst würde sich das unerwünschte Eisen(lll) bilden. Das Abschrecken muss chemisch neutral geschehen. Hierzu eignet sich die im ersten Verfahrensschritt vom natürlichen Ton abgetrennte Grobfraktion. Diese Grobfraktion ist chemisch nahezu inert und kann eine größere Wärmemenge aufnehmen, ohne selbst zu oxidieren. Die Erfindung basiert also auf einer Auftrennung von Tonmineralen in eine Feingutfraktion, die thermisch aktiviert wird und in eine Grobfraktion, die als Inertstoff nicht erwärmt wird. Der überraschende Effekt ist dass das Auftrennen in eine Grobgutfraktion und in eine Feingutfraktion zu einer Ton-abgereicherten und inerten Grobgutfraktion führt und zu einer Ton-angereicherten Feingutfraktion. Nach der thermischen Aktivierung des noch warmen und oxidationsempfindlichen Feinguts, wird das aktivierte Feingut mit der zuvor abgetrennten Grobfraktion abgeschreckt, wobei die Grobgutfraktion deutlich kälter ist. Im abgeschreckten Zustand ist das chemisch gebundene Eisen(ll) vor Oxidation geschützt. Das so behandelte Tonmineral zeigt eine graue bis anthrazitfarbene Tönung. The invention is based on the surprising finding that the red coloration of clays when activated by oxidation of the iron contained in the clay mineral to iron (III) in conjunction with other chemically bonded metallic components occurs exclusively in the fine-grained components of natural clays. The coarse-grained components of the natural clays, on the other hand, show no tendency to turn red. The invention is based on the knowledge that the fine components of the clay can be activated by thermal treatment. If this is carried out under chemically strongly reductive conditions, iron (III) is not formed in the clay, but iron (II), which appears chemically bonded in clay minerals rather greenish to colorless. The clay fraction activated under chemically reducing conditions therefore has a gray to anthracite color in conjunction with all accompanying substances. The fine fraction of natural clays activated by thermal treatment initially remains very sensitive to oxidation in atmospheric air. In order to avoid oxidation, the fine, thermally activated clay fraction is quenched from a temperature of 600 ° C to 1000 ° C at the end of a reactor for thermal activation to a temperature well below 600 ° C. This thermal quenching must not take place with atmospheric air, otherwise the undesired iron (III) would be formed. The quenching must be chemically neutral. The coarse fraction separated from the natural clay in the first process step is suitable for this purpose. This coarse fraction is almost chemically inert and can absorb a large amount of heat without oxidizing itself. The invention is based on a separation of clay minerals into a fine fraction, which is thermally activated, and a coarse fraction, which is not heated as an inert material. The surprising effect is that it is separated into a coarse fraction and in a fine material fraction leads to a clay-depleted and inert coarse material fraction and to a clay-enriched fine material fraction. After the thermal activation of the still warm and oxidation-sensitive fine material, the activated fine material is quenched with the previously separated coarse fraction, the coarse material fraction being significantly colder. In the quenched state, the chemically bound iron (II) is protected from oxidation. The clay mineral treated in this way has a gray to anthracite tint.
Es ist vorteilhaft, wenn das aktivierte graue bis anthrazitfarbene Mineral aus dem Reaktor ausgeschleust wird. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Materialstromausgang des Zyklonwärmetauschers am unteren Ende mit einer Gasaufgabevorrichtung für den Flugstromreaktor in Strömungsverbindung steht, wobei sich an dieser Stelle der aktivierte Ton mit dem Grobgut aus der Grobgutsaustragsöffnung des Sichters vereint. Die Gasaufgabevorrichtung kann in Form eines Zyklons vorliegen, aus dem durch ein Tauchrohr das Trägergas entweicht und aus einem in der Regel nach unten weisendem Konus der in dem Trägergas suspendierte Feststoff als Staub austritt. It is advantageous if the activated gray to anthracite-colored mineral is discharged from the reactor. For this purpose it can be provided that the material flow outlet of the cyclone heat exchanger at the lower end is in flow connection with a gas feed device for the entrained flow reactor, at which point the activated clay combines with the coarse material from the coarse material discharge opening of the classifier. The gas feed device can be in the form of a cyclone, from which the carrier gas escapes through a dip tube and the solid suspended in the carrier gas emerges as dust from a cone that is usually pointing downwards.
Die Temperatur hat nicht nur beim Aktivieren, sondern auch nach dem Aktivieren einen Einfluss auf das aktivierte Produkt. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass ein Vereinen der thermisch aktivierten Feingutfraktion in einem Temperaturfenster von 600 °C bis 1000°C mit der Grobgutfraktion des Rohmaterials zu einer Endtemperatur von 350 °C bis 600 °C führt. Bevorzugt eine Temperaturführung, die zu einer Endtemperatur von unter 500 °C führt. Die so abgeschreckte Feingutfraktion des aktivierten Tons zeigt sich bei diesen Temperaturen unempfindlich gegenüber Verfärbung durch Oxidation an atmosphärischer Luft mit natürlicher Luftfeuchtigkeit. The temperature has an influence on the activated product not only during activation, but also after activation. Tests have shown that combining the thermally activated fine material fraction in a temperature window of 600 ° C to 1000 ° C with the coarse material fraction of the raw material leads to a final temperature of 350 ° C to 600 ° C. A temperature control that leads to a final temperature of below 500 ° C. is preferred. The fine material fraction of the activated clay quenched in this way shows itself to be insensitive to discoloration due to oxidation in atmospheric air with natural air humidity at these temperatures.
Die Trennung des natürlichen Tons in eine Feingutfraktion und in eine Grobgutfraktion und die ausschließliche thermische Aktivierung der abgeschiedenen Feingutfraktion und anschließende Abschreckung mit der zuvor abgeschiedenen Grobgutfraktion hat gleich mehrere Vorteile. Zunächst lässt sich die aktivierte Feingutfraktion unter chemisch inerten Bedingungen abschrecken, was zur Stabilisierung des aktivierten Tonanteils gegenüber Rotverfärbung führt. Des Weiteren wird durch die anteilige thermische Aktivierung nur ein Bruchteil der Wärme benötigt, was Brennstoff und Ressourcen spart. Noch ein weiterer Vorteil ist die ebenfalls überraschende Erkenntnis, dass die thermisch aktivierbare Feingutfraktion deutlich weniger abrasiv ist als die Grobgutfraktion. Die Grobgutfraktion beinhaltet Quarz, Feldspat und Flint. Durch die Abtrennung der Grobgutfraktion wird die thermisch belastete Anlage weniger dem abrasiven Staub ausgesetzt, was die Lebensdauer und die Einsatzzeit der Anlage verlängert. Durch den Einsatz eines Windsichters, speziell eines V-Sichters, ist die Exposition bewegter Maschinenteile mit dem abrasiven Tonanteil auf ein Mindestmaß reduziert. The separation of the natural clay into a fine material fraction and a coarse material fraction and the exclusive thermal activation of the separated fine material fraction and subsequent quenching with the previously separated coarse material fraction has several advantages. First, the activated Quench the fine fraction under chemically inert conditions, which stabilizes the activated clay component against red discolouration. Furthermore, due to the thermal activation, only a fraction of the heat is required, which saves fuel and resources. Yet another advantage is the equally surprising finding that the thermally activatable fine material fraction is significantly less abrasive than the coarse material fraction. The coarse fraction includes quartz, feldspar and flint. By separating the coarse fraction, the thermally loaded system is less exposed to abrasive dust, which extends the service life and operating time of the system. By using a wind sifter, especially a V-sifter, the exposure of moving machine parts to the abrasive clay content is reduced to a minimum.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt: The invention is explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
Fig. 1 eine Skizze einer erfindungsgemäßen Anlage zur Aktivierung von Tonen 1 shows a sketch of a system according to the invention for activating clays
In Figur 1 ist eine Skizze einer erfindungsgemäßen Anlage zur Aktivierung von Tonen abgebildet. Feuchtes Rohmaterial durchläuft die Anlage in der Skizze von einem Aufgabebunker 10 links oben in der Skizze bis zum fertigen, aktivierten Produkt, welches die hier gezeigte Anlage über eine Fördervorrichtung 240 rechts unten in der Skizze verlässt. Frischluft tritt in die Anlage über einen Abscheidezyklon 230 in der Skizze rechts unten ein und verlässt die Anlage als Abluft in dieser Skizze über einen Verdichter 180 rechts oben in dieser Skizze. FIG. 1 shows a sketch of a system according to the invention for activating clays. Moist raw material runs through the system in the sketch from a feed hopper 10 at the top left in the sketch to the finished, activated product, which leaves the system shown here via a conveying device 240 at the bottom right in the sketch. Fresh air enters the system via a separator cyclone 230 in the sketch at the bottom right and leaves the system as exhaust air in this sketch via a compressor 180 at the top right in this sketch.
Das Rohmaterial wird von dem Aufgabebunker 10 über eine Fördervorrichtung 20 auf eine geregelte Fördervorrichtung 30 gegeben, wo es sich mit Rohmaterial vereint, das sich im Sichterumlauf befindet. Von der geregelten Fördervorrichtung 30 fällt das Rohmaterial in einen Sichter 40, hier ein Vertikalsichter, in dem das Rohmaterial über Treppenkaskaden rollt, dabei deagglomertiert und durch von in dieser Skizze von links in den Sichter 40 eintretendem Sichtgas von der Feingutfraktion befreit wird. An dieser Stelle trennen sich die Wege der Grobgutfraktion und der Feingutfraktion. Im Folgenden wird zunächst der Weg der Grobgutfrakti- on beschrieben. Das Grobgut des Sichters 40 fällt aus dem Sichter 40 auf eine geregelte Fördervorrichtung 50 und wird von dieser Fördervorrichtung 50 in dieser Skizze nach links gefördert. Auf der linken Seite der Fördervorrichtung 50 fällt das Grobgut in eine geregelte Materialweiche 60. Ein erster Teil des Grobguts wird durch die Materialweiche 60 zu einerweiteren Fördervorrichtung 70 zu einem Becherwerk 80 transportiert, welches das im Umlauf befindliche Sichtgut wieder auf die eingangs beschriebe Fördervorrichtung 30 abwirft, wo sich das im Umlauf befindliche Sichtgut mit dem Rohmaterial vereint. Ein zweiter Teil des Grobguts aus dem Sichter 40 wird über eine Fördervorrichtung 90 als Inertmaterial in dieser Skizze nach rechts transportiert, wo es sich mit dem aktivierten Feingut des Rohmaterials vereint. Auf dem Transportweg entlang der Fördervorrichtung 90 kann noch eine Aufbereitungsvorrichtung 92, beispielsweise in Form einer Siebvorrichtung 92 oder auch einer Mahlvorrichtung, angeordnet sein, die überdas Becherwerk 91 erreichbar ist, um die gröberen Bestandteile der natürlichen Tone auszusieben und auch, um die relativen Mengenanteile des aktivierten Tons und des Inertmaterials im Endprodukt einzustellen. Des Weiteren kann eine optionale Wässerungsvorrichtung 93 vorhanden sein, welche das Grobgut vor der Vereinigung mit dem aktivierten Ton anfeuchtet, um die Wärmeaufnahmekapazität des Grobgutes zu erhöhen. An dieser Stelle hat das Grobgut durch die Temperatur des Sichtergases im Sichter 40 eine Temperatur von atmosphärischer Temperatur bis maximal unterhalb von 150°C. Der Weg des Feinguts aus dem Rohmaterial aus dem Sichter 40 führt in die Gasleitung 160, in die es vom Sichtgas getragen wird. In einem Staubabscheider 170 wird das Feingut vom Sichtgas abgetrennt. Das Sichtgas verlässt die Anlage nach rechts oben über den Verdichter 180 als Abluft, wie es eingangs bereits beschrieben wurde. Unterhalb des Staubabscheiders 170 befindet sich eine Fördervorrichtung 190, welche die Feingutfraktion in eine Aufgabevorrichtung 200 fördert. Von der Aufgabevorrichtung 200 fällt das Feingut in die oberste Gaszuleitung zum obersten Wärmetauscherzyklon 123 des hier gezeigten Wärmetauschers 120 mit drei Zyklonen. Es ist auch möglich, diese Anlage mit einer anderen Anzahl Zyklonen im Wärme- tauscherstrang zu betreiben. Im Gas der Gaszuleitung zu Zyklon 123 suspendiert, erwärmt sich die Feingutfraktion im warmen Gas des Wärmetauschers 120. Im obersten Wärmetauscherzyklon 123 wird die Feingutfraktion in den Gaszulauf zum vorletzten Zyklon 122 geführt, wo sich die Erwärmung und anschließende Abtrennung wiederholt. Am Ausgang des vorletzten Zyklons 122 fällt die vorgewärmte Feingutfraktion in den unteren Bereich eines hier gezeigten Flugstromreaktors, der ähnlich aufgebaut ist wie ein Calcinator einer Anlage zur Herstellung von Zementklinker. An dieser Stelle kann aber auch ein Wirbelschichtreaktor stehen. Im aufsteigenden heißen Gas des Flugstromreaktors 110, das mit einer Brennstelle erwärmt werden kann, oder aber auch mit dem heißen Prozessgas eines anderen industriellen Prozesses geheizt werden kann, wird die Feingutfraktion des Tones thermisch zu einem hydraulischen Bindemittel aktiviert, das beim Anmischen mit Wasser abbindet. Nachdem das Heißgas im Flugstromreaktor 110 an den oberen Umkehrpunkt gelangt ist, brennt der Brennstoff aus dem Flugstromreaktor aus. Die freie Sauerstoffkonzentration sollte im Flugstromreaktor nicht über 4% steigen. Die Flamme des Brenners im Flugstromreaktor 110 wird also stark reduktiv betrieben, was durch unterstöchiometrische Sauerstoffversorgung bzw. überstöchiometrische Brennstoffversorgung stattfinden kann. Auf den absteigenden Ast des Flugstromreaktors 110 folgt der Wärmetauscher 120. Die im Heißgas suspendierte und thermisch aktivierte Feingutfraktion des Tons wird von dem untersten Zyklon 121 des Wärmetauschers 120 abgeschieden und weist an dieser Stelle eine Temperatur zwischen 600°C und 1000°C auf. Das Heißgas strömt im Wärmetauscher 120 dem frischen Feingut entgegen. Hingegen verlässt die frisch thermisch aktivierte Tonfraktion den Wärmetauscher über die Feststoffleitung des untersten Zyklons 121 und vereint sich dort mit dem inerten, kalten Grobgut des Tons, welches im Sichter 40 abgetrennt wurde. The raw material is fed from the feed hopper 10 via a conveyor device 20 to a regulated conveyor device 30, where it is combined with raw material that is in the sifter circulation. From the regulated conveying device 30 the raw material falls into a sifter 40, here a vertical sifter, in which the raw material rolls over cascades of stairs, deagglomerated and freed from the fine material fraction by sifting gas entering the sifter 40 from the left in this sketch. At this point, the coarse fraction and the fine fraction separate. In the following, the route of the coarse fraction on described. The coarse material of the classifier 40 falls from the classifier 40 onto a regulated conveying device 50 and is conveyed by this conveying device 50 to the left in this sketch. On the left side of the conveyor device 50, the coarse material falls into a regulated material switch 60. A first part of the coarse material is transported through the material switch 60 to a further conveyor device 70 to a bucket elevator 80, which throws the circulating material back onto the conveyor device 30 described above where the sifting material in circulation is combined with the raw material. A second part of the coarse material from the sifter 40 is transported as inert material to the right in this sketch via a conveying device 90, where it combines with the activated fine material of the raw material. On the transport route along the conveyor 90, a processing device 92, for example in the form of a sieving device 92 or a grinding device, can be arranged, which can be reached via the bucket elevator 91 in order to sift out the coarser components of the natural clays and also to the relative proportions of the activated clay and the inert material in the end product. Furthermore, an optional soaking device 93 can be present which moisten the coarse material before combining with the activated clay in order to increase the heat absorption capacity of the coarse material. At this point, the coarse material has a temperature of atmospheric temperature up to a maximum of below 150 ° C. due to the temperature of the separator gas in the separator 40. The route of the fine material from the raw material out of the sifter 40 leads into the gas line 160 into which it is carried by the sifting gas. The fine material is separated from the classifying gas in a dust separator 170. The classifying gas leaves the system to the top right via the compressor 180 as exhaust air, as was already described at the beginning. Below the dust separator 170 there is a conveying device 190 which conveys the fine material fraction into a feeding device 200. From the feed device 200, the fine material falls into the uppermost gas supply line to the uppermost heat exchanger cyclone 123 of the heat exchanger 120 shown here with three cyclones. It is also possible to use this system with a different number of cyclones in the heat to operate the exchanger strand. Suspended in the gas of the gas supply line to cyclone 123, the fine material fraction is heated in the warm gas of heat exchanger 120. In the uppermost heat exchanger cyclone 123, the fine material fraction is fed into the gas inlet to the penultimate cyclone 122, where the heating and subsequent separation are repeated. At the exit of the penultimate cyclone 122, the preheated fines fraction falls into the lower area of an entrained flow reactor shown here, which is constructed similarly to a calciner of a plant for the production of cement clinker. A fluidized bed reactor can also be located at this point. In the rising hot gas of the entrained flow reactor 110, which can be heated with a combustion point, or can also be heated with the hot process gas of another industrial process, the fine material fraction of the clay is thermally activated to a hydraulic binder that sets when mixed with water. After the hot gas in the entrained flow reactor 110 has reached the upper reversal point, the fuel from the entrained flow reactor burns out. The free oxygen concentration in the entrained flow reactor should not rise above 4%. The flame of the burner in entrained flow reactor 110 is therefore operated in a strongly reductive manner, which can take place through a substoichiometric oxygen supply or a superstoichiometric fuel supply. The descending branch of the entrained flow reactor 110 is followed by the heat exchanger 120. The thermally activated fines fraction of the clay suspended in the hot gas is separated by the lowest cyclone 121 of the heat exchanger 120 and has a temperature between 600 ° C and 1000 ° C at this point. The hot gas flows in the heat exchanger 120 towards the fresh fine material. In contrast, the freshly thermally activated clay fraction leaves the heat exchanger via the solids line of the lowermost cyclone 121 and combines there with the inert, cold coarse material of the clay which was separated in the classifier 40.
Der frisch aktivierte Ton mit einer Temperatur von 600°C bis 1000°C und wird bei der gemeinsamen Aufgabe mit der kalten Grobfraktion unter inniger Vermischung auf eine Temperatur von ca. 350°C bis maximal 600°C abgeschreckt und im Abscheidezyklon 100 aus der thermischen Linie der Anlage ausgeschieden. Um eine verstärkte Temperaturabsenkung herbeizuführen, kann der kalten Grobgutfraktion vor der Vereinigung mit der heißen, aktivierten Tonfraktion, Wasser zugesetzt werden. Die vereinten Tonfraktionen strömen in die Gaszuleitung des Abscheidezyklons 230 wo diese Fraktionen frischer atmosphärischer Luft entgegenströmen. Die auf ca. 80°C bis 120°C abgekühlte Fraktionen verlassen die Anlage über die Feststoffleitung des Abscheidezyklons 230 über die Fördervorrichtung 240 als fertiges Produkt. Die In die Anlage eintretende Frischluft hingegen strömt gefördert durch einen Verdichter 210 zu einer Gasleitung 220 und als Gaszuleitung zu dem Abscheidezyklon 100, wobei die Frischluft die im Gasraum abgeschreckten und vereinten Tonfraktionen aufnimmt. Die dort hingelangte Fischluft dient als Verbrennungsluft für einen Brenner im Flugstromreaktor 110 und als Trägerluft. Ein anderer Anteil der Frischluft strömt zu einer T-Kreuzung mit der Gasableitung 130, die das warme Wärmetauscherabgas aus dem Wärmetauscher 120 zu einem Heißgaserzeuger 140 leitet. Im Heißgaserzeuger 140 werden die vereinten Gasfraktionen erwärmt und nach dem Heißgaserzeuger 140 führt eine Gasleitung 150 das erwärmte Gas als Sicht- und Trocknungsgas zu dem Sichter 40, wo sich nun alle Gas- und Materialkreisläufe und/oder Ströme schließen. The freshly activated clay with a temperature of 600 ° C to 1000 ° C and is mixed together with the cold coarse fraction Quenched to a temperature of approx. 350 ° C to a maximum of 600 ° C and separated in the separating cyclone 100 from the thermal line of the plant. In order to bring about an increased temperature reduction, water can be added to the cold coarse material fraction before it is combined with the hot, activated clay fraction. The combined clay fractions flow into the gas feed line of the separation cyclone 230 where these fractions flow against fresh atmospheric air. The fractions cooled to approx. 80 ° C. to 120 ° C. leave the system via the solids line of the separating cyclone 230 via the conveying device 240 as a finished product. The fresh air entering the system, on the other hand, flows conveyed through a compressor 210 to a gas line 220 and as a gas feed line to the separating cyclone 100, the fresh air taking up the clay fractions quenched and combined in the gas space. The fish air that gets there serves as combustion air for a burner in entrained flow reactor 110 and as carrier air. Another portion of the fresh air flows to a T-junction with the gas discharge line 130, which guides the warm heat exchanger exhaust gas from the heat exchanger 120 to a hot gas generator 140. The combined gas fractions are heated in the hot gas generator 140 and, after the hot gas generator 140, a gas line 150 leads the heated gas as sifting and drying gas to the sifter 40, where all gas and material cycles and / or flows are now closed.
B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E Aufgabebunker Fördervorrichtung 123 obersterB E Z U G S Z E I C H E N L I S T E Feed bunker conveyor device 123 uppermost
Wärmetauscherzyklon Fördervorrichtung Heat exchanger cyclone conveyor
13 Gasleitung Sichter 0 13 Gas line classifier 0
14 Heißgaserzeuger Fördervorrichtung 0 14 Hot gas generator conveyor device 0
Gasleitung Materialweiche 150 rrichtung 16 Gasleitung Fördervo 0 Gas line material switch 150 direction 16 Gas line conveyor 0
Staubabscheider Becherwerk 170 Dust collector bucket elevator 170
180 Verdichter Fördervorrichtung 180 compressor conveyor
190 Fördervorrichtung Becherwerk rrichtung 2 Aufgabevorrichtung Aufbereitungsvo 00 190 Conveyor device, bucket elevator, device 2 Feed device, processing unit 00
Verdich sserungsvorrichtung 2 ter Wä 10 Compression device 2nd water 10
Gasleitung Abscheidezyklon 220 Gas line separating cyclone 220
Abscheidezyklon Flugstromreaktor 230 uscher 2 Fördervorrichtung Wärmeta 40 zweitunterster Wärmetauscherzyklon unterster Separation cyclone entrained flow reactor 230 uscher 2 conveyor device Wärmeta 40 second lowest heat exchanger cyclone lowest
Wärmetauscherzyklon Heat exchanger cyclone

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Anlage zur Aktivierung von Tonen, aufweisend mindestens einen Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor (110), mindestens einen Zyklonwärmetauscher(120), wobei der Zyklonwärmetauscher (120) in Gasströmungsrichtung dem Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor (110) folgt, wobei eine Aufgabevorrichtung (200) für zu aktivierenden Ton am oberen Ende des Zyklonwärmetauschers (120) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sichter (40) mit einer Grobgutsaustragsöffnung des Sichters (40) in Materialströmungsrichtung stromaufwärts mit einer Gasaufgabevorrichtung, bevorzugt in Form eines Abscheidezyklons (100), für den Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor (110) in Strömungsverbindung steht, und wobei der Sichter (40) mit einer Feingutaustragsöffnung des Sichters (40) in Materialströmungsrichtung stromaufwärts mit der Aufgabevorrichtung (200) für zu aktivierenden Ton in Strömungsverbindung steht. 1. Plant for activating clays, having at least one fluidized bed and / or entrained flow reactor (110), at least one cyclone heat exchanger (120), the cyclone heat exchanger (120) following the fluidized bed and / or entrained flow reactor (110) in the gas flow direction, with a Feed device (200) for clay to be activated is arranged at the upper end of the cyclone heat exchanger (120), characterized in that a sifter (40) with a coarse material discharge opening of the sifter (40) in the material flow direction upstream with a gas feed device, preferably in the form of a separating cyclone (100) ), for the fluidized bed and / or entrained flow reactor (110) is in flow connection, and wherein the sifter (40) is in flow connection with a fine material discharge opening of the sifter (40) in the material flow direction upstream with the feed device (200) for clay to be activated.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Materialstromausgang des Zyklonwärmetauschers (120) am unteren Ende mit einer Gasaufgabevorrichtung, bevorzugt in Form eines Abscheidezyklons (100), für den Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor (110) in Strömungsverbindung steht, wobei sich an dieser Stelle der aktivierte Ton mit dem Grobgut aus der Grobgutsaustragsöffnung des Sichters (40) vereint. 2. Plant according to claim 1, characterized in that the material flow outlet of the cyclone heat exchanger (120) is in flow connection at the lower end with a gas feed device, preferably in the form of a cyclone separator (100), for the fluidized bed and / or entrained flow reactor (110), wherein At this point the activated clay is combined with the coarse material from the coarse material discharge opening of the classifier (40).
3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasleitung (220) von der Gasaufgabevorrichtung, bevorzugt in Form eines Abscheidezyklons (100), für den Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor (110) mit einer Gasleitung (130) verbunden ist, die als Gasableitung vom Zyklonwärmetauscher (120) dient, wobei die vereinte Gasleitung in einen Heißgaserzeuger (140) mündet, und wobei der Heißgaserzeuger (140) Gasstromabwärts mit einem Gaseingang des Sichters (40) verbunden ist 3. Plant according to one of claims 1 or 2, characterized in that a gas line (220) from the gas feed device, preferably in the form of a cyclone separator (100), for the fluidized bed and / or entrained flow reactor (110) is connected to a gas line (130) which serves as a gas discharge line from the cyclone heat exchanger (120), the combined gas line opening into a hot gas generator (140), and the hot gas generator (140) being connected downstream of the gas to a gas inlet of the classifier (40)
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Grobgutsaustragsöffnung des Sichters (40) über eine Materialweiche (60) mit einem Rohmaterialeingang des Sichters (40) verbunden ist. 4. Plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coarse material discharge opening of the sifter (40) is connected to a raw material inlet of the sifter (40) via a material switch (60).
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sichter (40) ein Vertikalsichter ist. 5. Plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sifter (40) is a vertical sifter.
6. Verfahren zur Aktivierung von Tonen, gekennzeichnet durch 6. Method for activating clays, characterized by
Auftrennen eines Tonrohmaterials in eine Grobgutfraktion und in eine Feingutfraktion, Separation of a clay raw material into a coarse fraction and a fine fraction,
Vorwärmen der Feingutfraktion in einem Vorwärmer, und anschließendes Preheating of the fine material fraction in a preheater, and then
Aktivieren der Feingutfraktion in einem Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor (110), Activation of the fine material fraction in a fluidized bed and / or entrained flow reactor (110),
Vereinen des aktivierten und heißen Feingutfraktion mit der abgetrennten und kalten Grobgutfraktion, Combining the activated and hot fine material fraction with the separated and cold coarse material fraction,
Ausschleusen der vereinten Tonfraktionen aus dem Reaktor. Removal of the combined clay fractions from the reactor.
7. Verfahren zur Aktivierung von Tonen nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch, 7. The method for activating clays according to claim 6, characterized by,
Vereinen der aktivierten und heißen Feingutfraktion mit einer Temperatur von 600 °C bis 1000 °C mit der abgetrennten und kalten Grobgutfraktion, die deutlich kälter ist. Combining the activated and hot fine material fraction with a temperature of 600 ° C to 1000 ° C with the separated and cold coarse material fraction, which is significantly colder.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekennzeichnet durch 8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized by
Aktivieren der Feingutfraktion im Wirbelschicht- und/oder Flugstromreaktor (110) unter chemisch reduktiven Bedingungen bei einem Sauerstoffgehalt des Trägergases von weniger als 4%. Activation of the fine material fraction in the fluidized bed and / or entrained flow reactor (110) under chemically reductive conditions with an oxygen content of the carrier gas of less than 4%.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch 9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized by
Ausschleusen der vereinten Tonfraktionen aus dem Reaktor über einen Zyklon. The combined clay fractions are discharged from the reactor via a cyclone.
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch 10. The method according to claim 9, characterized by
Ausschleusen der vereinten Tonfraktionen aus dem Reaktor bei einer Temperatur von 50° C bis maximal 200°C, bevorzugt bei einer Temperatur von 90 °C bis 120 °C. The combined clay fractions are discharged from the reactor at a temperature of 50.degree. C. to a maximum of 200.degree. C., preferably at a temperature of 90.degree. C. to 120.degree.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch 11. The method according to any one of claims 6 to 10, characterized by
Aufbereiten der kalten Grobgutfraktion durch Sieben, Sichten und/oder Zerkleinern / Mahlen bevor es mit der aktvierten Feingutfraktion zum Abschrecken vereint wird. Preparation of the cold coarse fraction by sieving, sifting and / or crushing / grinding before it is combined with the activated fine fraction for quenching.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch 12. The method according to any one of claims 6 to 10, characterized by
Einstellen der relativen Mengenanteile von Grobgut und aktivierten Feingut in den vereinten Tonfraktionen. Adjustment of the relative proportions of coarse material and activated fine material in the combined clay fractions.
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