DE4208124C2 - Verfahren zur Inertisierung fester Rückstände, insbesondere aus der Abfallverbrennung und Rauchgasreinigung, durch Schmelzen - Google Patents
Verfahren zur Inertisierung fester Rückstände, insbesondere aus der Abfallverbrennung und Rauchgasreinigung, durch SchmelzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inertisierung fester Rück
stände, insbesondere aus der Abfallverbrennung und Rauchgasreini
gung, durch Schmelzen, vorzugsweise von Rückständen, die anorga
nische und/oder organische Schadstoffe oder deren Vorformen enthalten.
Es ist bekannt, durch Schmelzen der Rückstände, insbesondere aus
der Abfallverbrennung und Rauchgasreinigung, ein schadstoffarmes
silicatisches Produkt zu erhalten, das in der Regel abgelagert wer
den kann. Die bekannten Schmelzverfahren sind u. a. in Hegewaldt, F.;
Jochum, J.; Jodeit, H. und Wieckert, Ch.: Entgiftung von Filter
staub aus Müllverbrennungsanlagen mit einem Elektroofen. Vortrag
auf dem 34. Intern. Kolloquium der TH Ilmenau, Vortragsreihe A 4.
Elektrowärme. 23.-27. 10. 1989 (im nachfolgenden /1/) und Faul
stich, M.: Inertisierung fester Rückstände aus der Abfallverbren
nung. Abfallwirtschaftsjournal 1 (1989), Nr. 7/8, S. 20-57, aufge
führt. Bei Hegewaldt, F. und anderen /1/ wird beschrieben, die
thermische Konditionierung von Filterstaub in einem Elektroofen
mit verdeckten Lichtbogen, ähnlich einem geschlossenen Reduktions
ofen, durchzuführen. Der Einsatz eines Lichtbogenofens zur Behand
lung schadstoffhaltiger Rückstände ist auch der Zeitschrift Was
ser, Luft und Boden 1991, Nr. 4, S. 32/34, zu entnehmen. Bei diesem
Verfahren erfolgt die Wärmeerzeugung durch elektrische Widerstände
im Schlackebett, wobei die Temperatur durch Anheben oder Absenken
der Elektroden in der Schlacke gesteuert werden kann. Allen Reduk
tionsschmelzverfahren ist gemeinsam, daß das erhaltene silicati
sche Produkt zu keinem glasartigen oder keramischen Werkstoff di
rekt weiterverarbeitet werden kann. Das Schmelzprodukt ist bedingt
ablagerungsfähig.
Faulstich, M.; Freudenberg, A.; Kley, G. und Köcher, P.: Thermody
namische und mineralogische Überlegungen zur Inertisierung fester
Rückstände aus der Abfallverbrennung, in: Thom´-Kozmiensky, K.J.
(Hrsg.): Müllverbrennung und Umwelt 4. Berlin 1990, EF-Verlag für
Energie und Umwelttechnik, Seiten 339 bis 359, schlagen vor, daß
durch Beeinflussung der chemischen Reaktionen beim reduzierenden
Schmelzen und durch Zusätze beispielsweise auch hochwertige Werk
stoffe herstellbar sein sollen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schmelzverfahren
für feste Rückstände, insbesondere aus der Abfallverbrennung und
Rauchgasreinigung, zu schaffen, bei dem die Entfernung der Schad
stoffe gelingt und das silicatische Schmelzprodukt unmittelbar zu
Glaserzeugnissen oder Keramiken weiterverarbeitet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die festen Rückstände in einem Lichtbogenofen mit dem kurzen
elektrischen Bogen reduzierend aufgeschmolzen
und daran anschließend oxydierend weitergeschmolzen
oder oxydierend behandelt sowie danach unmittelbar in an sich
bekannter Weise zu Glaserzeugnissen und porösen oder dichten Kera
miken weiterverarbeitet werden. Hinsichtlich der Art des anzuwendenden
oxydierenden Schmelzens bzw. der Art der oxydie
renden Behandlung bestehen erfindungsgemäß grundsätzlich keine
Einschränkungen.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
das oxidierende Schmelzen mit dem langen elektrischen Bogen durchgeführt.
Der Übergang vom kurzen zum langen elektrischen Bogen gelingt in
einfacher Weise durch Anheben der Elektroden, wonach die Elektro
den vorzugsweise annähernd den minimalen Teilkreisdurchmesser, das
ist der Elektrodenabstand bei welchem gerade kein elektrischer
Überschlag erfolgt, einnehmen sollten. Die beim Heben der Elek
troden erforderliche Änderung der Strom-/Spannungswerte kann mit
an sich bekannten Steuerungseinrichtungen schrittweise und/oder
stufenlos vorgenommen werden. Dabei ist es vorteilhaft, während
der oxydierenden Schmelzphase die Stromdichte an den Elektroden
nahe der oberen Grenze ihrer spezifischen Balastbarkeit einzustellen.
Vorteilhaft wird in einem geschlossenen Lichtbogenofen mit min
destens einer Beschickungs- und Absaugöffnung sowie einem Ausguß
das feste Ausgangsmaterial reduzierend aufgeschmolzen, die erzeugte
Schmelze über den Ausguß in an sich bekannter Weise unmittelbar
in einen zweiten geschlossenen Lichtbogenofen mit mindestens einer
Zulauföffnung und mindestens einer Absaugöffnung sowie einem Aus
guß überführt und daselbst oxydierend weitergeschmolzen sowie daran
anschließend unmittelbar in an sich bekannter Weise zu Glas
erzeugnissen oder porösen bzw. dichten Keramiken weiterverarbeitet.
Diese Ofenanordnung gestattet das Durchführen des erfindungsgemäßen
Verfahrens in kontinuierlicher Fahrweise.
Ein für das erfindungsgemäße
Verfahren geeigneter Lichtbogenofen ist in der nachveröfffent
lichten DE-PS 41 24 101 beschrieben. Während des reduzierenden
Schmelzens sind die entstehenden gasförmigen Stoffe aus dem Ofen
raum abzusaugen und können außerhalb des Ofenraumes niedergeschla
gen und/oder aufgearbeitet werden. Nach dem kontinuierlichen Über
gang zur oxydierenden Schmelze sollte vorteilhafterweise durch den
Ofenraum oberhalb der Schmelzoberfläche Luft durchströmen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das reduzierend aufgeschmolzene Ausgangsmaterial unmittel
bar nach Ausgießen oder während des Ausgießens in an sich bekann
ter Weise mit sauerstoffhaltigen Gasen, vorzugsweise Luft, verfa
sert. Bei dieser Verfaserung findet die oxydierende Behandlung
der Schmelze und die Weiterverarbeitung zu Glaserzeugnissen nahe
zu gleichzeitig statt. Eine weitere Ausführung dieses Verfahrens
besteht im Schmelzen der festen Rückstände mit dem kurzen elektri
schen Bogen und Weiterverarbeitung der Schmelze in Gegenwart von
Luft, beispielsweise Preßluft, zu Glaserzeugnissen mit vergleichs
weise hoher Oberfläche pro Masseeinheit, vorzugsweise zu Glaswolle
oder Hüttenbimse.
Das Schmelzen der festen Rückstände mit dem kurzen elektrischen
Bogen weist gegenüber den vorbekannten reduzierenden Schmelzverfah
ren (getauchte oder gedeckte Elektroden; Einleiten von Stickstoff)
mehrere Vorteile auf. Zum einen gelingt es mit dem kurzen Bogen
reproduzierbar definierte Reduktionsbedingungen in der Schmelze
einzustellen, unabhängig vom Kohlenstoffgehalt der eingesetzten
festen Rückstände. Zum anderen bewirkt der kurze elektrische Bogen
eine große Austauschfläche der Schmelze, insbesondere für die ver
dampfenden Stoffe und ggf. für die Gase des Ofenraumes, beispiels
weise für Reste Luft; weiterhin schafft der kurze elektrische
Bogen eine höhere Ofenraumtemperatur, die sich wiederum für
die Zerstörung verdampfender organischer Verbindungen, z. B. Dioxine,
vorteilhaft auswirkt.
Die reduzierende Schmelzphase führt einerseits zum Verdampfen der
bei Schmelztemperatur flüchtigen Stoffe und andererseits zur Bil
dung eines sich unterhalb der silicatischen Schmelze sammelnden
Metallbades. Vorhandene organische Verbindungen, beispielsweise
Dioxine, werden beim reduzierenden Schmelzen mit dem kurzen elek
trischen Bogen ausgetrieben und zerstört.
Durch die oxydierende Schmelzphase und/oder die oxydierende Be
handlung wandelt sich die silicatische Schmelze, wonach diese un
mittelbar in an sich bekannter Weise zu Glaserzeugnissen oder po
rösen bzw. dichten Keramiken weiterverarbeitet werden kann. Wäh
rend die chemischen Vorgänge beim reduzierenden Schmelzen weit
gehend beschrieben wurden, sind die Vorgänge beim oxydierenden
Schmelzen und/oder der oxydierenden Behandlung in allen Einzel
heiten noch nicht bekannt. Es kann aber davon ausgegangen werden,
daß die oxydierende schmelze/Behandlung nicht einfach eine Ent
gasung der Schmelze bewirkt, sondern auch eine darüberhinaus ge
hende Homogenisierung und Reinigung, beispielsweise dem Abbau
von in situ bei der Reduktion gebildeten Spezies. Es hat sich ge
zeigt, daß derartige Spezies die Weiterverarbeitung der reduzie
rend erzeugten Schmelze unmittelbar zu Glaserzeugnissen und mehr
noch zu Keramiken behindern. Jedoch, es ist nicht für jeden Zweck
der Weiterverarbeitung der reduzierend erzeugten Schmelze zwin
gend erforderlich, daß die gesamte Schmelze durchgehend oxydiert
wird. Bei Erzeugnissen mit vergleichsweise hoher spezifischer
Oberfläche (Oberfläche pro Masseeinheit), beispielsweise Glaswol
le oder hochporöse Erzeugnisse, reicht erfindungsgemäß die oxydie
rende Behandlung bei der Formgebung der Schmelze aus. Hierbei
werden die oberflächennahen Schichten des Formkörpers in der ge
nannten Weise homogenisiert und gereinigt.
Unter festen Rückständen der Müllverbrennung und der Rauchgasrei
nigung werden erfindungsgemäß die bei der Verbrennung von Haus-
und Sondermüll anfallenden Schlacken, Aschen und Flugstäube oder
Gemische derselben verstanden. Die chemische Zusammensetzung die
ser Rückstände teilt u. a. Faulstich, M.: Inertisierung fester
Rückstände aus der Abfallverbrennung. Abfallwirtschaftsjournal
1 (1989), Nr. 7/8, S. 20 bis 57, mit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können den festen
Rückständen bis zu 50 Masse-% an sich bekannter Stoffe, vorteil
hafterweise Feldspäte, gebrannter Kalk, Tonerde u. a., zugesetzt
werden. Hierdurch gelingt es, die Palette der Glaserzeugnisse
oder porösen bzw. dichten Keramiken zu erweitern, ohne die Inerti
sierung in den Hintergrund zu drängen. Auf Einzelheiten dieser
Variante wird im Anspruch 5 hingewiesen. Darin bedeutet
das R in R₂O einwertige Kationen, das R in RO
zweiwetige Kationen und das R in R₂O₃ dreiwertige Kationen.
Die Erfindung wird durch nachfolgende Beispiele näher erläutert,
wobei die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
Fester Rückstand
Elektrofilterstaub der chemischen Zusammensetzung (in Masse-%):
40,3 SiO₂; 16,3 Al₂O₃; 11,9 CaO; 3,74 Fe₂O₃; 3,91 K₂O; 3,75 Na₂O; 2,98 MgO; 2,97 ZnO; 1,40 TiO₂; 6,83 SO₃; 1,26 P₂O₅; 0,29 PbO; 0,27 SnO₂; 0,09 NiO und 0,05 CdO (im folgenden Rohstoff).
Elektrofilterstaub der chemischen Zusammensetzung (in Masse-%):
40,3 SiO₂; 16,3 Al₂O₃; 11,9 CaO; 3,74 Fe₂O₃; 3,91 K₂O; 3,75 Na₂O; 2,98 MgO; 2,97 ZnO; 1,40 TiO₂; 6,83 SO₃; 1,26 P₂O₅; 0,29 PbO; 0,27 SnO₂; 0,09 NiO und 0,05 CdO (im folgenden Rohstoff).
Schmelzaggregat
Für die Beispiele wurde der in der DE-PS 41 24 101 beschriebene Lichtbogenofen benutzt.
Für die Beispiele wurde der in der DE-PS 41 24 101 beschriebene Lichtbogenofen benutzt.
50 kg Rohstoff wurden im Lichtbogenofen mit dem kurzen elektrischen
Bogen reduzierend aufgeschmolzen und nach Beendigung der Gasentent
wicklung kurze Zeit weiter geschmolzen. Nunmehr erfolgte das Gießen
der Schmelze dergestalt, daß die Schmelze unmittelbar nach Verlas
sen des Ofens von einem Preßluftstrahl mit 6 bar erfaßt, durch die
sen zerteilt und in einem 6 m langen Kanal verfasert wird. Es ent
standen Glasfaserknäuel, die sich anstelle von Mineralwolle als
Isoliermaterial verwenden ließen.
Nach Auslaugen der silicatischen Fasern gemäß dem Deutschen Ein
heitsverfahren S 4 und dem Schweizer Auslaugtest lagen im Eluat die
Konzentrationen der umweltrelevanten Metalle signifikant unter den
Grenzwerten der Trinkwasserverordnung.
75 kg Rohstoff werden im Trockenmischer mit 10 kg Al₂O₃und 5 kg
CaO gemischt, das erhaltene Gemenge im Lichtbogenofen wie im Bei
spiel 1 aufgeschmolzen, kurz beruhigen gelassen und unmittelbar
weiterverarbeitet. Das erhaltenen Glasfasererzeugnis entspricht
in seinem Isolierverhalten und in seiner chemischen Resistenz dem
Erzeugnis, hergestellt in Beispiel 1.
75 kg des Gemenges nach Beispiel 2 wurden im Lichtbogenofen bei
kurzem elektrischen Bogen aufgeschmolzen bis die Gasentwicklung
beendet war. Nunmehr erfolgte durch Anheben der Elektroden der
kontinuierliche Übergang zur oxydierenden Schmelzphase. Während
der oxydierenden Schmelze wurde durch den Ofenraum Luft durchge
leitet. Nach Beendigung der oxydierenden Schmelze erfolgte der
Gießvorgang. Ein Teil der Schmelze wurde in Formen gegossen, die
Formen anschließend getempert und die Steine entnommen. Der letzte
Teil der Schmelze wurde unmittelbar nach Verlassen des Ofens
wie in Beispiel 1 mit Reinststickstoff eines Druckes von 6 bar
verfasert.
Die chemische Resistenz der erhaltenen Erzeugnisse entsprechen
denen des Beispieles 1.
Die Temperatur der Schmelze an der Ausgießöffnung des Lichtbogen
ofens wurde kurz nach Gießbeginn pyrometrisch gemessen und betrug:
im Beispiel 1 = 1300°C; im Beispiel 2 = 1400°C und im Beispiel 3
= 1450°C.
Claims (5)
1. Verfahren zur Inertisierung fester Rückstände, insbesondere
aus der Abfallverbrennung und Rauchgasreinigung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die festen Rückstände in einem Lichtbogenofen mit dem
kurzen elektrischen Bogen reduzierend aufgeschmolzen und
dann entweder oxidierend weitergeschmolzen oder oxidierend
behandelt und jeweils zu Glaserzeugnissen oder porösen oder
dichten Keramiken weiterverarbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das oxidierende Schmelzen mit dem langen elektrischen
Bogen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergang vom kurzen elektrischen Bogen zum langen
elektrischen Bogen durch Anheben der Elektroden, insbesondere
beim gleichzeitigen Anheben der Elektroden auf nahezu
den minimalen Teilkreisdurchmesser, bevorzugt bei gleich
zeitigem stufenlosem oder schrittweisem Anlegen einer Stromdichte
nahe der oberen Grenze der spezifischen Belastbarkeit
der Elektroden, erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die oxidierende Behandlung dadurch erfolgt, daß die
Schmelze mittels sauerstoffhaltigen Gasen, vorzugsweise
Luft, zu Glaserzeugnissen, die sich zur Weiterverarbeitung
zu Dämm- und Isolierstoffen eignen, verfasert werden.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die festen Rückstände mit bis zu 50 Masse-% Zusatzstoffen
gemischt werden, so daß nach dem oxidierenden
Schmelzen oder der oxidierenden Behandlung ein Erzeugnis
entsteht, das zusätzlich zu den Anteilen der aus den
festen Rückständen verbleibenden Schmelze
bis zu 15 Masse-% R₂O, bevorzugt Na₂O, und/oder
bis zu 15 Masse-% CaO und/oder
bis zu 10 Masse-% RO (außer CaO) und/oder
bis zu 20 Masse-% Al₂O₃ und/oder
bis zu 5 Masse-% R₂O₃ (außer Al₂O₃), bevorzugt B₂O₃, und/oder
bis zu 5 Masse-% Farboxide und/oder
bis zu 3 Masse-% andere Komponenten enthält.
bis zu 15 Masse-% R₂O, bevorzugt Na₂O, und/oder
bis zu 15 Masse-% CaO und/oder
bis zu 10 Masse-% RO (außer CaO) und/oder
bis zu 20 Masse-% Al₂O₃ und/oder
bis zu 5 Masse-% R₂O₃ (außer Al₂O₃), bevorzugt B₂O₃, und/oder
bis zu 5 Masse-% Farboxide und/oder
bis zu 3 Masse-% andere Komponenten enthält.
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