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Die Erfindung betnfft ein Verfahren zum Verwerten von beim Reduzieren von Eisenerz mit einem Reduktionsgas anfallenden und hierbei in einem Wäscher In Form von Schlämmen abgeschiedenen Stäuben.
Bel einem Verfahren dieser Art, beispielsweise bekannt aus der AT 376. 241 B werden das Reduktionsgas nach einer Feststoffabscheidung sowie das aus der Direktreduktionszone austretende Topgas in Zyklonen einer Gaswäsche unterzogen. Um die bei der Gaswäsche abgeschiedenen Schlämme nutzbringend zu verwerten, werden die Schlämme mit Bindemittel gebildet von Eisenoxidstaub, Hartpech, Bitumen oder bituminöser Braunkohle, versetzt, heiss brikettiert und der Einschmelzvergasungszone zugeführt, wobei der Eisenoxidstaub aus einer Glchtgasreinigungsanlage stammt.
Die bel der Feststoffabscheidung anfallenden Feststoffe - in der Hauptsache Staubkohle - werden nahezu zur Gänze In den unteren Bereich der Einschmeizvergasungszone rückgeführt ; ein geringer Teil der Staubkohle wird mit den mit Bindemittel versetzten Schlämmen vermischt und gemeinsam mit diesen brikettiert.
Nachteilig ist jedoch hierbei, dass Infolge des erhöhten Einbringens von Eisenoxiden im Einschmeizvergaser Reduktionsarbeit geleistet werden muss, um das Eisenoxid zu reduzieren, wodurch für den Einschmelzvorgang benötigte Energie diesem entzogen wird und eine Störung des in der Einschmeizverga-
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die Investitions- und Betriebskosten eine aufwendige Lösung dar.
Aus der DE 41 23 626 A1 ist es bekannt, Hüttenreststoffe zu agglomerieren, u. zw. unter Zuhilfenahme von Bindemitteln, Schlackenbildnern und Reduktionsmitteln, und die Agglomerate in den oberen Möllerbereich eines Schmelzaggregates einzubringen, wobei die Vorwärmung und Trocknung der Agglomerate in diesem Möllerbereich des Schmelzaggregates erfolgt. Der Möller durchsetzt das Schmeizaggregat nach dem Gegenstromprinzip, wobei er zunächst in einen im Inneren des Schmeizaggregates vorgesehenen Reduktionsbereich gelangt und anschliessend im unteren Bereich des Schmelzaggregates geschmolzen wird. Dieses bekannte Verfahren ist insofern energieaufwendig, als die Abfall- bzw. Reststoffe im Schmelzaggregat getrocknet und gesintert werden müssen und so den im Schmelzaggregat stattfindenden Prozess negativ beeinflussen.
Auch hier muss infolge des Einbringens von Eisenoxiden (wie z. B. Zunder) im Einschmelzvergaser Reduktionsarbeit geleistet werden, wozu ein weiterer, erheblicher Energieaufwand notwendig ist. Weiters wird vorgeschlagen, als Bindemittel z. B. Sulfitablaugen einzusetzen, was jedoch zu einem unerwünschten Schwefeleintrag in den Prozess führt.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und stellt sich die Aufgabe, die bei einer Reduktion von Eisenerz anfallenden Schlämme ohne Störung des Prozessablaufs der Reduktion nutzbringend zu verwerten, wobei ein zusätzlicher Energieaufwand so gering wie möglich gehalten wird ! Weiters soll eine nutzbringende Verwertung auch dann möglich sein, wenn Schwermetallverbindungen in den Schlämmen vorhanden sind, wobei jedoch eine Deponielegung, die bisher bei der Verwertung solcher Schlämme bei der Herstellung von Eisenschmelzen zwecks Verhinderung der Aufschaukelung des Gehaltes an solchen Schwermetallverbindungen erforderlich war, vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Schlämme entwässert und als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt werden.
Aus der EP 124 038 A2 ist es bekannt, Zementmaterial aus Industrieschlämmen hauptsächlich organischer oder anorganischer Zusammensetzung herzustellen. Hierbei werden die Schlämme nicht näher definierter Zusammensetzung (inklusive kommunaler Abwässer) mit Zementmaterial in Pulverform gemischt, anschliessend granuliert oder pelletisiert. Es werden im Hinblick auf den späteren Einsatz in der Zementindustrie die für die Zementzusammensetzung wesentlichen Zementkomponenten erst zugesetzt. Es findet also eine Beimischung von als Zementkomponenten geeignet erscheinenden Stoffen zu den verschiedensten als Zementersatz bzw. Additiv eingesetzten Schlämmen mit dem Ziel statt, ein für die Zementindustrie geeignetes Klinkerprodukt zu erhalten. Dieses wird anschliessend unter Zusatz von Kalziumkarbonat granuliert.
Demgegenüber ergibt sich durch die Erfindung eine wesentliche Vereinfachung des Produktionsablaufes, da die erfindungsgemäss für die Zementherstellung eingesetzten Schlämme bereits die vier Grundkomponenten des Zementmaterials, nämlich Eisenoxide, Siliziumoxid, Aluminiumoxid und Kaliumoxid, enthalten und nicht erst gesondert hinzugegeben werden müssen.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Schlämme vor der Weiterverarbeitung auf einen Restfeuchtegehalt von 25 bis 50 %, vorzugsweise 35 bis 40 %, entwässert werden. Hierdurch ergibt sich eine leichtere Handhabbarkeit der Schlämme für die weitere Verarbeitung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schlämme zunächst auf einen Restfeuchtegehalt entwässert werden,
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* dass die Schlämme anschliessend granuliert werden und 'dass das so gebildete Granulat als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt wird.
Hierbei werden vorteilhaft nach dem Entwässern den Schlämmen Kohlestaub und als Bindemittel Branntkalk zugesetzt und wird danach granuliert. Vorzugsweise werden hierbei die Schlämme vor einer Weiterbehandlung auf einen Restfeuchtegehalt von 25 bis 50 %, vorzugsweise 35 bis 40 %, entwässert. Hierdurch kann ein diesen Restfeuchtegehalt aufweisender Schlamm direkt in einen Mlschgranulator aufgegeben werden. Der bevorzugte Bereich des Restfeuchtegehalts hat einen mengenmässig günstigen Verbrauch an Branntkalk zur Folge. Ohne eine solche Entwässerung wäre zur Erzielung einer ausreichenden Granulatfestigkeit ein wesentlich höherer Verbrauch an Branntkalk notwendig.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist insbesondere zum Aufarbeiten von Schlämmen geeignet, die beim Reduzieren von Eisenerz mit Hilfe eines durch ein Kohlevergasungsverfahren hergestellten Reduktionsgases anfallen. Bei der Aufbereitung der bei der Kohlevergasung eingesetzten Kohle fällt Kohlefilterstaub an, der dann den Schlämmen zusammen mit dem Bindemittel Branntkalk zugesetzt werden kann, so dass der Zusatz des Kohlestaubes keine Zusatzkosten verursacht, sondern, Im Gegenteil, eine kostengünstige Verwertung des sonst anderwertig zu verwertenden Kohlestaubes ermöglicht. In diesem Sinne bietet sich das erfindungsgemässe Verfahren besonders vorteilhaft zur Verwertung von Schlämmen an, wie sie beispielsweise bei Verfahren gemäss der AT 376. 241 B und der AT 370. 134 B, bei denen eine Kohlevergasung vorgesehen ist, anfallen.
Zweckmässig wird erfindungsgemäss das Granulat zu für die Zementherstellung eingesetztem Rohmehl gemahlen, getrocknet und anschliessend gebrannt.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Granulat mit für die Zementherstellung erforderlichen Mineralstoffen, wie Kalkstein, Ton, etc., vermischt und der so gebildete Klinkeransatz gemahlen, getrocknet und anschlie- ssend gebrannt wird.
Zweckmässig wird den entwässerten Schlämmen Kohlestaub in einer Menge von bis zu 30 %, vorzugsweise bis zu 25 %, der entwässerten Schlammenge zugesetzt. Kohlestaub in der genannten Menge hat einen positiven Einfluss auf die Festigkeit der Granulate. Hierbei hat die Verwendung von Kohlestaub aus Entstaubungseinrichtungen einer Kohletrocknungsanlage, welche in das vorliegende Konzept zur Herstellung einer Eisenschmelze bzw. von Roheisen und/oder Stahlvorprodukten integriert ist, einen besonderen Vorteil, u. zw. aus Gründen des Umweltschutzes und der Vermeidung von Transport- und Deponiekosten für den Kohlestaub.
Weiters hat das Beifügen des Kohlestaubs zum entwässerten Schlamm den Vorteil, dass die danach im Mischgranulator gebildeten Granulate einen beträchtlichen Kohlenstoffgehalt aufweisen, wobei der Kohlestaub einen wertvollen energetischen Beitrag beim Bremen der Granulate leistet.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die Schlämme nach dem Entwässern mit ihrer Restfeuchte als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt und mit zur Zementherstellung dienendem Rohmehl vermischt. Diese Variante ist insbesondere dann von Interesse, wenn die erfindungsgemäss eingesetzten Schlämme nur einen geringen Prozentsatz der Menge des weiters zur Zementherstellung dienenden Rohmehis ausmachen. Es ist dann keine besondere Trocknung der Schlämme erforderlich, da durch das Zumischen der noch eine Restfeuchte, beispielsweise in der Grössenordnung von 35 bis 40 %, aufweisenden Schlämme die Feuchte des insgesamt zur Zementherstellung eingesetzten Rohmaterials nur geringfügig erhöht wird.
Für Länder mit heissem Klima kann es von Vorteil sein, wenn die Schlämme nach dem Entwässern auf einen Restfeuchtegehalt auf Deponie gelegt oder direkt auf Deponie gepumpt werden, dort einem natürlichen Trockenvorgang unterworfen und anschliessend, so wie sie sind, d. h. ohne Zusätze, als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt werden, wobei zweckmässig von der Deponie die jeweils oberste, zumindest weitgehendst trockene Schicht abgetragen wird und als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung eingesetzt wird. Hierbei wird das aus dem auf Deponie gelegten Schlämmen versickernde Wasser aufgefangen und zurückgeleitet. Die jeweils oberste abgetrocknete Schicht des auf Deponie gelegten Materials kann mittels Bagger etc. abgetragen werden.
Hierbei fällt diese abgetrocknete Schicht hauptsächlich in Stückform an, so dass sie für den weiteren Transport und die weitere Verarbeitung leicht handhabbar ist.
Zweckmässig werden die entwässerten Schlämme gemeinsam mit dem zur Zementherstellung eingesetzten Rohmehl gemahlen, getrocknet und anschliessend gebrannt.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die entwässerten Schlämme mit den für die Zementherstellung
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gemahlen, getrocknet und anschliessend gebrannt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verfahren zum Herstellen einer Eisenschmelze, bei dem Eisenerz in einer Direktreduktionszone zu Eisenschwamm reduziert, der Eisenschwamm in eine Einschmeizvergasungszone unter Zufuhr von kohlenstoffhältigem Material
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unter Vergasung des kohlenstoffhältigen Matenals zu Reduktionsgas und unter Bildung von Schlacke eingeschmolzen wird und das Reduktionsgas in die Direktreduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als Topgas abgezogen wird, das Reduktionsgas und/oder das Topgas einer Wäsche unterzogen werden und die bel der Wäsche abgeschiedenen Schlämme, gegebenenfalls nach Granulieren, als Ausgangsmatenal für die Zementherstellung eingesetzt werden.
Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, das erfindungsgemässe Verfahren auch dann zur Anwendung zu bringen, wenn das Reduktionsgas nicht durch Kohlevergasung gebildet wird, sondern beispielsweise aus Erdgas hergestellt wird.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 in schematischer Darstellung jeweils eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nach jeweils einem Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
Gemäss Fig. 1 werden In eine als Schachtofen 1 ausgebildete Direktredinktionseinnchtung, d. h. in deren Direktreduktionszone 2, von oben über eine Zuleitung 3 stückige eisenoxidhältige Einsatzstoffe 4, wie stückiges Erz, gegebenenfalls zusammen mit ungebrannten Zuschlägen 5, chargiert. Der Schachtofen 1 steht mit einem Einschmelzvergaser 6 in Verbindung, in dem aus Kohlenstoffträgern und sauerstoffhältigem Gas ein Reduktionsgas erzeugt wird, welches über eine Zuleitung 7 dem Schachtofen 1 zugeführt wird, wobei in der Zuleitung 7 eine Gasrein ! gungs- und eine Gaskühlungseinrichtung 8, die als Wäscher ausgebildet ist, vorgesehen sind.
Der Einschmelzvergaser 6 weist eine Zuführung 9 für feste, stückige Kohlenstoffträger, gegebenenfalls mehrere Zuleitungen 10, 11 für sauerstoffhältige Gase und Zuleitungen 12, 13 für bei Raumtemperatur flüssige oder gasförmige Kohlenstoffträger, wie Kohlenwasserstoffe, sowie für gebrannte Zuschläge auf. In dem Einschmelzvergaser 6 sammelt sich unterhalb der Einschmelzvergasungszone 15 schmelzflüssiges Roheisen 16 und schmelzflüssige Schlacke 17, die über einen Abstich 18 abgestochen werden.
Die Im Schachtofen 1 in der Direktreduktionszone 2 zu Eisenschwamm reduzierten stückigen Einsatzstoffe werden dem Einschmelzvergaser 6 über eine oder mehrere Leitungen 20 zugeführt, beispielsweise mittels Austragsschnecken. An dem oberen Teil des Schachtofens 1 schliesst eine Ableitung 21 für das in der Direktreduktionszone 2 entstehende Topgas an. Dieses Topgas wird einer Gasreinigungseinrichtung 23, die ebenfalls als Wäscher ausgebildet ist, zugeleitet und steht danach über die Exportgasleitung 24 einer weiteren Verwendung zur Verfügung.
Die in den Wäschern 8 und 23 anfallenden Schlammwässer werden über Schlammwasser-Leitungen 25 und 26 einem Eindicker 27 und anschliessend einer Entwässerungseinrichtung 28, vorzugsweise einer Dekanterzentrifuge 28, zugeführt, in der die Schlämme auf einen Restfeuchtegehalt von 25 bis 50 %, vorzugsweise von 35 bis 40 %, entwässert werden. Der entwässerte Schlamm wird einer Granulationseinrichtung 29, wie einem Mischgranulator 29, zugeführt.
In die Granulationseinrichtung 29 münden eine Branntkalk 30 zufuhrende Leitung 31 sowie eine Kohlefilterstaub, der aus einer Kohletrocknungsanlage 32 stammt, zuführende Leitung 33. Die in der Granulationseinrichtung 29 gebildeten Granulate werden über eine Fördereinrichtung 34 ausgetragen und unter Dach 35 gelagert Die Granulate werden - vorzugsweise per Bahn 36 - zu einem Zementerzeuger transportiert und in weiterer Folge gemeinsam mit den als Zusatz-Ausgangsmaterial für die Zementherstellung dienenden Mineralstoffen 37, 38, wie Kalkstein, Ton, etc., gemischt und gemahlen. Hierzu werden vorzugsweise Walzenschüsselmühlen 39, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, eingesetzt.
Anschliessend wird der gemahlene Klinkeransatz 40 mit der Abluft 43 des Brennofens 41, der vorzugsweise als Drehrobrofen ausgebildet ist, in einem Trockner 42 getrocknet und im Brennofen 41 gebrannt.
Erfindungsgemäss ist der Schlamm aus den Wäschersystemen 8 und 23 der Eisenherstellungsanlage ausschliesslich anorganischer Natur. Die Trockensubstanz des Schlammes weist eine definierte Zusammensetzung auf, wobei neben Kohlenstoff als Hauptkomponenten die vier Zementklinker bildenden Oxide (CaO, Si02, Fe203, A1203) bereits vorhanden sind. Die Granulate bilden gemeinsam mit den weiters zugesetzten Mineralstoffen den Klinkeransatz, wobei die Granulate einen wesentlichen Bestandteil der Zementkomponenten bilden und nicht nur als Füllstoff bzw. Beimengung dienen.
Der leicht basische pH-Wert, die Restfeuchtigkeit von ca. 20 % und die Korngrösse der Granulate bedürfen im Hinblick auf die weiteren Verarbeitungsschritte, wie Mahlen und Vortrocknen mit Abluft des Brennofens 41, keiner Korrektur mehr.
Nachstehendes Ausführungsbeispiel erläutert die erfindungsgemässe Vorgangsweise :
In einer Anlage zum Reduzieren von Eisenerz mit Reduktionsgas fallen in Wäschern Schlämme an, welche auf einen Restfeuchtigkeitsgehalt von ca. 40 % teilentwässert und nach Zugabe von Kohlenstoffstaub aus Filtern von Entstaubuungsanlagen mit Hilfe von Branntkalk granuliert werden.
Die Granulate haben einen durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 20 %, sie haben folgende typische Zusammensetzung (trocken) :
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<tb>
<tb> Kohlenstoff <SEP> ca. <SEP> 40 <SEP> %
<tb> Calciumoxid <SEP> ca. <SEP> 23 <SEP> %
<tb> Eisenoxide <SEP> ca. <SEP> 20 <SEP> %
<tb> Siliciumoxid <SEP> ca. <SEP> 7 <SEP> %
<tb> Aluminiumoxid <SEP> ca. <SEP> 4 <SEP> % <SEP>
<tb> Metalloxide <SEP> Rest
<tb>
Die Granulate werden erfindungsgemäss einer Drehrohrofenanlage zur Herstellung von Zementklinker zugeführt.
Bei der Zementherstellung wird die Beziehung der vier klinkerbildenden Oxide durch den hydraulischen Modul (HM) beschrieben.
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Zemente guter Festigkeit haben einen hydraulischen Modul von ca. 2.
Zemente mit HM < 1, 7 weisen meistens ungenügende Festigkeit auf, bei HM > 2, 3 sind die Zemente meist nicht volumenbeständig.
Bei einer roheisenerzeugenden Anlage mittlerer Grösse mit einer Kapazität von ca. 80 t/h Roheisen fallen ca. 8 t/h Granulate (trocken) an.
Demgegenüber werden bei der Zementherstellung in einer Drehrohrofenanlage mittlerer Grösse ca. 70 t/h Klinker gebrannt.
Ausgehend von einem hydraulischen Modul von 2 eines gegebenen Klinkeransatzes ergibt sich bei Zuführung der Granulate mit der angegebenen Zusammensetzung und in den angeführten Mengen ein hydraulischer Modul von ca. 1, 9 (innerhalb der Schwankungsbreite).
Durch erhöhte Zufuhr von CaO zum Klinkeransatz kann, wenn erforderlich, der hydraulische Modul wieder dem Wert 2 angenähert werden.
Gemäss dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird auf eine Granulation und damit auf das Zumischen eines Bindemittels, wie Branntkalk, verzichtet. Der auf eine bestimmte Restfeuchte, vorzugsweise im Bereich von 25 bis 50 %, insbesondere 35 bis 40 %, entwässerte Schlamm wird über eine Fördereinrichtung ausgetragen und gegebenenfalls nach einer Zwischenlagerung zu einem Zementerzeuger transportiert und in weiterer Folge gemeinsam mit den als Ausgangsmaterial für die Zementherstellung dienenden Mineralstoffen 37, 38, wie Kalkstein, Ton etc., gemischt und gemahlen.
Die Zumischung des entwässerten Schlammes kann hierbei feucht, d. h. mit der beim Entwässern erreichten Restfeuchte, oder im getrockneten Zustand des Schlammes erfolgen. Eine feuchte Zumischung ist insbesondere dann in Betracht zu ziehen, wenn eine besondere Trocknung des Schlammes zu energieaufwendig und zu umständlich durchzuführen wäre und wenn weiters der entwässerte Schlamm im Verhältnis zur Gesamtmenge des bei der Zementherstellung eingesetzten Materials nur einen geringen Prozentsatz ausmacht, denn in diesem Fall wird die Feuchte der Gesamtmenge nur geringfügig verändert.
Für Länder mit heissem und trockenem Klima könnten die entwässerten Schlämme auf Deponie gelegt werden und nach einer natürlichen Trocknung abgebaggert und gemeinsam mit dem zur Zementherstellung eingesetzten Rohmehl gemahlen, getrocknet und anschliessend gebrannt werden.
Eine typische Zusammensetzung der Trockensubstanz eines beim Herstellen einer Eisenschmeize in einer Direktreduktionszone mittels eines durch Kohlevergasung hergestellten Reduktionsgases anfallenden Schlammes ist nachstehend wiedergegeben :
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<tb>
<tb> Kohlenstoff <SEP> ca. <SEP> 45 <SEP> %
<tb> Eisenoxide. <SEP> ca. <SEP> 25 <SEP> %
<tb> Siliciumoxid <SEP> ca. <SEP> 10 <SEP> %
<tb> Aluminiumoxid <SEP> ca. <SEP> 5 <SEP> % <SEP>
<tb> Calciumoxid <SEP> ca. <SEP> 3 <SEP> %
<tb> Metalloxide <SEP> Rest
<tb>
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Die genannten Oxide stellen gleichzeitig die vier Hauptklinkerkomponenten dar, sodass sich die Verwendung des entwässerten Schlammes für die Zementindustne, d. h.
die Zumischung des Schlammes zum zur Zementherstellung dienenden und im Zementwerk produzierten Rohmehl, m einfacher Weise und ohne besondere Rezepturänderungen zu erfordern, verwirklichen lässt.
Ist die Menge des Schlammes im Verhältnis zur im Zementwerk produzierten Menge an Rohmehl nur genng, ist überhaupt keine Änderung der Gesamtrezeptur notwendig ; die Gehalte an den Hauptklinkerkomponenten liegen nach dem Zumischen des Schlammes In der Regel m der tolerierten Bandbreite. Sollte die Zugabe des Schlammes zum Rohmehl chargenweise, d. h. in grösseren Zeitabständen in jeweils grösseren Mengen erfolgen, ist die Zugabe von Mineralstoffen 37,38, wie Kalkstein, Ton, etc., zur Konstanthaltung des hydraulischen Moduls des Mischgutes zweckmässig.
Die Erfindung lässt sich im speziellen bei jenen Eisenherstellungsverfahren anwenden, bei denen das Reduktionsgas aus Kohlegas gebildet wird, da hierbei der für das erfindungsgemässe Verfahren notwendige Kohlestaub ohnehin als Nebenprodukt anfällt. Es ist jedoch grundsätzlich unerheblich, ob das Reduktionsgas In einem Einschmelzvergaser 6, wie oben beschrieben, oder in einem speziellen Kohlevergaser, der ausschliesslich zur Erzeugung von Reduktionsgas dient, oder aus Erdgas gebildet wird. Auch ist es unerheblich, ob die Direktreduktion des Eisenerzes 4 im Wirbelschichtverfahren in einem oder in mehreren hintereinander angeordneten Wirbelschichtreaktoren oder, wie Im Ausführungsbeispiel beschrieben, in einem Schachtofen 1 stattfindet.
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The invention relates to a method for utilizing dusts which are produced when iron ore is reduced with a reducing gas and are thereby separated in the form of sludge in a scrubber.
In a process of this type, for example known from AT 376. 241 B, the reducing gas is subjected to a gas scrubbing in cyclones after a solid separation and the top gas emerging from the direct reduction zone. In order to utilize the sludge separated during the gas scrubbing process, the sludge is formed with binders made of iron oxide dust, hard pitch, bitumen or bituminous lignite, mixed, hot briquetted and fed to the meltdown gasification zone, the iron oxide dust originating from a gas cleaning plant.
The solids accumulating in the solids separation - mainly dust coal - are almost entirely returned to the lower area of the melter gasification zone; a small part of the pulverized coal is mixed with the sludge mixed with binder and briquetted together with it.
The disadvantage here, however, is that as a result of the increased introduction of iron oxides into the melter gasifier, reduction work has to be carried out in order to reduce the iron oxide, as a result of which the energy required for the melter process is withdrawn from it and a disturbance of the
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the investment and operating costs represent a complex solution.
From DE 41 23 626 A1 it is known to agglomerate metallurgical residues, u. between. With the aid of binders, slag formers and reducing agents, and to introduce the agglomerates in the upper area of a melting unit, the preheating and drying of the agglomerates taking place in this area of the melting unit. The Möller passes through the melting unit according to the countercurrent principle, first of all entering a reduction area provided in the interior of the melting unit and then being melted in the lower area of the melting unit. This known method is energy-intensive insofar as the waste or residual materials have to be dried and sintered in the melting unit and thus have a negative influence on the process taking place in the melting unit.
Here too, reduction work has to be carried out as a result of the introduction of iron oxides (such as, for example, scale) in the melter gasifier, for which purpose a further, considerable expenditure of energy is necessary. It is also proposed that z. B. use sulfite liquor, but this leads to an undesirable sulfur input into the process.
The invention aims at avoiding these disadvantages and has as its object to utilize the sludge resulting from a reduction of iron ore in a useful manner without disturbing the process flow of the reduction, with an additional energy expenditure being kept as low as possible! Furthermore, a useful recycling should also be possible if heavy metal compounds are present in the sludge, however a landfill location that was previously necessary when recycling such sludge in the production of iron melts to prevent the build-up of the content of such heavy metal compounds can be avoided .
This object is achieved according to the invention in that the sludge is dewatered and used as the starting material for cement production.
It is known from EP 124 038 A2 to produce cement material from industrial sludges, mainly of organic or inorganic composition. Here, the sludges of an unspecified composition (including municipal waste water) are mixed with cement material in powder form, then granulated or pelletized. With regard to later use in the cement industry, the cement components essential for the cement composition are only added. There is therefore an admixture of substances which appear to be suitable as cement components to a wide variety of sludges used as cement substitutes or additives with the aim of obtaining a clinker product suitable for the cement industry. This is then granulated with the addition of calcium carbonate.
In contrast, the invention considerably simplifies the production process, since the sludges used according to the invention for cement production already contain the four basic components of the cement material, namely iron oxides, silicon oxide, aluminum oxide and potassium oxide, and do not have to be added separately.
It is particularly advantageous if the sludge is dewatered to a residual moisture content of 25 to 50%, preferably 35 to 40%, before further processing. This results in easier handling of the sludge for further processing.
A preferred embodiment of the invention is characterized in that the sludge is first dewatered to a residual moisture content,
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* that the sludge is then granulated and that the granulate thus formed is used as the starting material for cement production.
After dewatering, coal dust and quicklime are added to the sludges and is then granulated. The sludge is preferably dewatered to a residual moisture content of 25 to 50%, preferably 35 to 40%, before further treatment. As a result, a sludge having this residual moisture content can be fed directly into a granulator. The preferred range of residual moisture content results in low-cost consumption of quicklime. Without such drainage, a significantly higher consumption of quicklime would be necessary to achieve sufficient granule strength.
The process according to the invention is particularly suitable for working up sludges which are produced when iron ore is reduced with the aid of a reducing gas produced by a coal gasification process. During the processing of the coal used in coal gasification, coal filter dust is produced, which can then be added to the sludge together with the quicklime binder, so that the addition of the coal dust does not cause additional costs, but, on the contrary, a cost-effective recycling of the coal dust, which would otherwise be used otherwise enables. In this sense, the process according to the invention is particularly advantageous for recycling sludges, such as those obtained in processes according to AT 376, 241 B and AT 370, 134 B, in which coal gasification is provided.
According to the invention, the granules are expediently ground to raw meal used for cement production, dried and then fired.
It is advantageous here if the granules are mixed with the minerals required for cement production, such as limestone, clay, etc., and the clinker batch formed in this way is ground, dried and then fired.
Coal dust is expediently added to the dewatered sludge in an amount of up to 30%, preferably up to 25%, of the dewatered sludge quantity. Coal dust in the amount mentioned has a positive influence on the strength of the granules. Here, the use of coal dust from dedusting devices of a coal drying plant, which is integrated into the present concept for the production of a molten iron or of pig iron and / or intermediate steel products, has a particular advantage, u. between for reasons of environmental protection and the avoidance of transport and landfill costs for the coal dust.
Furthermore, the addition of the coal dust to the dewatered sludge has the advantage that the granules subsequently formed in the mixing granulator have a considerable carbon content, the coal dust making a valuable energetic contribution to the brining of the granules.
According to a preferred embodiment, the sludge, after dewatering, is used with its residual moisture as the starting material for cement production and mixed with raw meal used for cement production. This variant is of particular interest if the sludges used in accordance with the invention make up only a small percentage of the amount of crude flour which is also used for cement production. No special drying of the sludge is then required, since by adding the remaining moisture, for example in the order of 35 to 40%, the sludge only slightly increases the moisture content of the raw material used for cement production.
For countries with a hot climate, it can be advantageous if the sludge is drained to a residual moisture content on landfill or pumped directly to landfill, subjected to a natural drying process there and then as it is, i.e. H. without additives, are used as the starting material for cement production, the topmost, at least largely dry, layer being expediently removed from the landfill and used as the starting material for cement production. The water seeping out of the sludge placed in the landfill is collected and returned. The topmost dried layer of the material placed on the landfill can be removed with an excavator etc.
This dried layer is mainly obtained in pieces so that it is easy to handle for further transport and processing.
The dewatered sludge is expediently ground, dried and then burned together with the raw meal used for cement production.
It is advantageous here if the dewatered sludge is used for cement production
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is ground, dried and then fired.
A preferred embodiment variant is characterized in that in a method for producing an iron melt, in which iron ore is reduced to sponge iron in a direct reduction zone, the iron sponge is introduced into a meltdown gasification zone with the supply of carbon-containing material
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is melted under gasification of the carbonaceous material to form a reducing gas and form slag, and the reducing gas is introduced into the direct reduction zone, reacted there and withdrawn as top gas, the reducing gas and / or the top gas are subjected to washing and the sludge separated from the laundry, if appropriate after granulation, can be used as the starting material for cement production.
Of course, however, it is also possible to apply the method according to the invention even when the reducing gas is not formed by coal gasification, but instead is produced, for example, from natural gas.
The invention is explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments shown in the drawing, with FIGS. 1 and 2 each schematically illustrating an installation for carrying out the method according to the invention in accordance with one exemplary embodiment.
1, in a direct reduction device designed as a shaft furnace 1, i. H. in their direct reduction zone 2, from above via a feed line 3 batches of iron oxide-containing feedstocks 4, such as batch ore, optionally together with unburned aggregates 5. The shaft furnace 1 is connected to a melter gasifier 6, in which a reduction gas is generated from carbon carriers and oxygen-containing gas, which is fed to the shaft furnace 1 via a feed line 7, with a gas purity in the feed line 7! supply and a gas cooling device 8, which is designed as a scrubber, are provided.
The melter gasifier 6 has a feed 9 for solid, lumpy carbon carriers, optionally a plurality of feed lines 10, 11 for oxygen-containing gases and feed lines 12, 13 for carbon carriers which are liquid or gaseous at room temperature, such as hydrocarbons, and for burnt additives. Molten pig iron 16 and molten slag 17, which are tapped off via a tap 18, collect in the melter gasifier 6 below the melter gasification zone 15.
The lumpy feedstocks reduced in the shaft furnace 1 in the direct reduction zone 2 to sponge iron are fed to the melter 6 via one or more lines 20, for example by means of discharge screws. At the upper part of the shaft furnace 1 there is a discharge line 21 for the top gas arising in the direct reduction zone 2. This top gas is fed to a gas cleaning device 23, which is also designed as a scrubber, and is then available for further use via the export gas line 24.
The sludge water accumulating in the washers 8 and 23 is fed via sludge water lines 25 and 26 to a thickener 27 and then to a dewatering device 28, preferably a decanter centrifuge 28, in which the sludge has a residual moisture content of 25 to 50%, preferably 35 to 40% to be drained. The dewatered sludge is fed to a granulation device 29, such as a mixing granulator 29.
A line 31 supplying quicklime 30 and a line 33 of coal filter dust originating from a coal drying system 32 open into the granulation device 29. The granules formed in the granulation device 29 are discharged via a conveyor device 34 and stored under roof 35. The granules are - preferably by Lane 36 - transported to a cement producer and subsequently mixed and ground together with the minerals 37, 38, such as limestone, clay, etc., which serve as an additional starting material for cement production. Roll bowl mills 39, which are known from the prior art, are preferably used for this purpose.
The ground clinker batch 40 with the exhaust air 43 from the kiln 41, which is preferably designed as a rotary kiln, is then dried in a dryer 42 and burned in the kiln 41.
According to the invention, the sludge from the scrubber systems 8 and 23 of the iron production plant is exclusively of an inorganic nature. The dry matter of the sludge has a defined composition, whereby in addition to carbon as main components, the four oxides (CaO, Si02, Fe203, A1203) forming the cement clinker are already present. The granules together with the further added minerals form the clinker batch, the granules forming an essential part of the cement components and not only serving as filler or admixture.
The slightly basic pH value, the residual moisture of approx. 20% and the grain size of the granules no longer need to be corrected with regard to the further processing steps, such as grinding and predrying with exhaust air from kiln 41.
The following exemplary embodiment explains the procedure according to the invention:
In a plant for reducing iron ore with reducing gas, sludges accumulate in washers, which are partially dewatered to a residual moisture content of approx. 40% and granulated with the help of quicklime after adding carbon dust from filters of dedusting plants.
The granules have an average moisture content of approx. 20%, they have the following typical composition (dry):
<Desc / Clms Page number 4>
EMI4.1
<tb>
<tb> carbon <SEP> approx. <SEP> 40 <SEP>%
<tb> calcium oxide <SEP> approx. <SEP> 23 <SEP>%
<tb> iron oxides <SEP> approx. <SEP> 20 <SEP>%
<tb> silicon oxide <SEP> approx. <SEP> 7 <SEP>%
<tb> aluminum oxide <SEP> approx. <SEP> 4 <SEP>% <SEP>
<tb> metal oxides <SEP> rest
<tb>
According to the invention, the granules are fed to a rotary kiln plant for producing cement clinker.
The relationship between the four clinker-forming oxides in cement production is described by the hydraulic module (HM).
EMI4.2
Good strength cements have a hydraulic module of approx. 2.
Cements with HM <1, 7 usually have insufficient strength, with HM> 2, 3 the cements are usually not volume-stable.
In a medium-sized pig iron production plant with a capacity of approx. 80 t / h pig iron, approx. 8 t / h granules (dry) are obtained.
In contrast, approx. 70 t / h of clinker are burned in cement production in a medium-sized rotary kiln.
Starting from a hydraulic module of 2 of a given clinker batch, when the granules are supplied with the specified composition and in the quantities indicated, a hydraulic module of approximately 1.9 (within the fluctuation range) results.
By increasing the supply of CaO to the clinker batch, the hydraulic module can be brought back to the value 2 if necessary.
According to the embodiment shown in FIG. 2, granulation and thus the addition of a binder, such as quicklime, is dispensed with. The sludge dewatered to a certain residual moisture, preferably in the range from 25 to 50%, in particular 35 to 40%, is discharged via a conveying device and, if necessary, transported to a cement producer after intermediate storage and subsequently together with those serving as the starting material for cement production Minerals 37, 38, such as limestone, clay etc., mixed and ground.
The admixture of the dewatered sludge can be moist, i. H. with the residual moisture obtained during dewatering, or in the dried state of the sludge. A moist admixture is particularly to be considered if a special drying of the sludge would be too energy-intensive and too cumbersome to perform and if the dewatered sludge only makes up a small percentage in relation to the total amount of material used in the cement production, because in this case the moisture of the total quantity is changed only slightly.
For countries with a hot and dry climate, the dewatered sludge could be placed in a landfill and dredged after natural drying and ground, dried and then burned together with the raw meal used for cement production.
A typical composition of the dry matter of a sludge resulting from the production of an iron melt in a direct reduction zone by means of a reducing gas produced by coal gasification is shown below:
EMI4.3
<tb>
<tb> carbon <SEP> approx. <SEP> 45 <SEP>%
<tb> iron oxides. <SEP> approx. <SEP> 25 <SEP>%
<tb> silicon oxide <SEP> approx. <SEP> 10 <SEP>%
<tb> aluminum oxide <SEP> approx. <SEP> 5 <SEP>% <SEP>
<tb> calcium oxide <SEP> approx. <SEP> 3 <SEP>%
<tb> metal oxides <SEP> rest
<tb>
<Desc / Clms Page number 5>
The oxides mentioned are simultaneously the four main clinker components, so that the use of the dewatered sludge for the cement industry, i. H.
the admixture of the sludge to the raw meal used for cement production and produced in the cement plant can be achieved in a simple manner and without requiring special recipe changes.
If the amount of sludge is only small in relation to the amount of raw meal produced in the cement plant, no change in the overall recipe is necessary at all; After the sludge has been mixed in, the contents of the main clinker components are usually within the tolerated range. Should the addition of the sludge to the raw meal in batches, i. H. in larger time intervals in larger quantities, the addition of minerals 37, 38, such as limestone, clay, etc., is advisable to keep the hydraulic module of the mix constant.
The invention can be used in particular in those iron production processes in which the reducing gas is formed from coal gas, since the coal dust required for the process according to the invention is obtained as a by-product anyway. However, it is fundamentally irrelevant whether the reducing gas is formed in a melter gasifier 6, as described above, or in a special coal gasifier, which is used exclusively for generating reducing gas, or from natural gas. It is also irrelevant whether the direct reduction of the iron ore 4 in the fluidized bed process takes place in one or more fluidized bed reactors arranged one behind the other or, as described in the exemplary embodiment, in a shaft furnace 1.