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WO2004041734A1 - Verfahren zur herstellung einer mineralischen schmelze - Google Patents

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Publication number
WO2004041734A1
WO2004041734A1 PCT/EP2003/012393 EP0312393W WO2004041734A1 WO 2004041734 A1 WO2004041734 A1 WO 2004041734A1 EP 0312393 W EP0312393 W EP 0312393W WO 2004041734 A1 WO2004041734 A1 WO 2004041734A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
residues
mineral
combustion
production
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2003/012393
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guido Nykiel
Andreas Leismann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rockwool AS
Original Assignee
Rockwool International AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rockwool International AS filed Critical Rockwool International AS
Priority to HR20050459A priority Critical patent/HRP20050459A2/xx
Priority to AU2003301849A priority patent/AU2003301849A1/en
Priority to US10/534,009 priority patent/US20060042319A1/en
Priority to EP03810444A priority patent/EP1558532A1/de
Priority to CA2506769A priority patent/CA2506769C/en
Publication of WO2004041734A1 publication Critical patent/WO2004041734A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00—Fibre or filament compositions
    • C03C13/06—Mineral fibres, e.g. slag wool, mineral wool, rock wool
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B1/00—Preparing the batches
    • C03B1/02—Compacting the glass batches, e.g. pelletising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/002—Use of waste materials, e.g. slags
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    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/097—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing phosphorus, niobium or tantalum

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a mineral melt for the production of mineral fibers, in particular rock wool for thermal and / or acoustic insulation and for fire protection, substrates for plant breeding, reinforcing fibers and fibers for filtration purposes, in which at least from Production-derived residues as well as correction materials for setting the required composition and viscosity of the melt are crushed and pressed with a binder to form stones and the stones are fed to a melting unit.
  • Stone wool insulation materials are used for heat, sound and / or fire protection. Stone wool products are also used to breed plants or to strengthen e.g. Coating materials or other products or also used as fibers for filtration purposes. In the following, the rock wool products listed as examples are collectively referred to as mineral fiber products.
  • glass wool is commonly distinguished from rock wool.
  • Stone wool is mainly produced from mixtures of broken effusion stones, such as basalt or diabase, and small amounts of limestone, dolomite and magnesite as supplements, as well as from broken effusion stones and coarse blast furnace slags and, if necessary, additional small quantities of limestone, dolomite and magnesite.
  • These supplements can be added to the batches individually or in different mixtures with one another.
  • the broken raw materials are increasingly being replaced by artificially manufactured bodies of the appropriate size, shape and strength, which are composed of various raw and residual materials as well as suitable binders. These bodies are referred to below as shaped stones.
  • the shaped stones can contain fine-grained, broken natural stones.
  • Production-related residues are added as additional components, for example the coarser constituents that inevitably arise during the manufacturing process, such as melting pearls, the solidified melt resulting from the regular emptying of the melting furnaces together with the partially melted rock remnants and parts of the furnace lining made of refractory building materials as well as the insulation materials or substrates. that occur when trimming an endlessly produced fiber web.
  • Other production-related residues are leftovers, defective products or used insulation materials or substrates to be melted.
  • the production-related residues are prepared for the production of shaped blocks, ie crushed, ground and then mixed with correction substances. With the help of these correction substances, the required composition of the batch is achieved, which causes a uniform and rapid melting in the melting unit. At the same time, the temperature and viscosity of the resulting melt are influenced to such an extent that the most efficient, evenly running defibration process is achieved.
  • Correction materials are, for example, slags from the steel industry such as converter or ladle slags or melting chamber granules from coal-fired power plants. Substances containing aluminum in oxidic and / or metallic form are also considered to be essential correction substances here. Suitable carriers are raw bauxite or calcined bauxite, as well as alumina cement, which of course can also function as a binder.
  • DE 101 02 615 A1 discloses the use in this regard of catalysts which are no longer usable from the petroleum industry.
  • Correction substances which contain both Al 2 O 3 and metallic aluminum are the slags described in WO 99/28252 A1 which occur when aluminum is recovered from Al scrap. These slags also contain small amounts of Na sulfates and Na fluorides.
  • correction substances are ores, such as hematite (Fe 2 O 3 ) or magnetite (Fe 3 O 4 ).
  • the granular and fibrous components, the internal residues and the correction substances are predominantly mixed with inorganic binders, mostly with the addition of water, and then pressed into shaped bodies.
  • inorganic binders are to be understood to mean hydraulically setting cements such as standardized Portland cements, but also all types of special cements, as well as the alumina melt cements already mentioned.
  • the proportions of the binders in the shaped blocks are approximately 9 to 15% by mass.
  • the conveying and loading in general the shape stones reach a minimum compressive strength of approx. 3-5 MPa after 3 days, for example, they are added to the melting unit together with the other raw materials or alone, but always together with the lumpy fuels required for the melting process. This is where the melt required for fiber formation is produced, which is then fed to the defibration unit.
  • the defibration unit usually consists of several rollers rotating at high rotational speeds and staggered one above the other.
  • the temperature and the viscosity of the mineral melt have a considerable influence on the processability on the respective defibration unit.
  • the optimal processing range of the melt can therefore be specifically influenced by the choice of raw materials.
  • the chemical composition of the melt and the mineral fibers made from it affect their biosolubility, i.e. the dwell time in the human organism. Biosolubility results to a decisive degree from the proportions of the oxides and compounds of silicon, aluminum, titanium, sodium, magnesium, potassium, calcium, iron and their relationships to one another. For example, the levels of boron oxides are also important for bio-solubility.
  • a typical composition of a mineral melt for the production of commercially available, bio-soluble rock wool essentially consists of the following:
  • the invention is based on the task of developing a generic method for producing a mineral melt for the production of rockwool in such a way that, on the one hand, the costs for the raw materials are reduced, but at the same time the properties of the mineral fiber products to be produced be improved if possible.
  • the solution to this problem provides that constituents of the shaped blocks, in particular the correction substances and / or other batch constituents, are at least partially replaced by granular combustion residues, in particular ash or slag, from the combustion of preferably lignite and / or hard coal dust, paper sludge or wood chips ,
  • the correction substances mixed with the residues originating from the production for the production of the shaped blocks are partially substituted by combustion residues.
  • compositions of the ashes and slags usually vary within certain limits.
  • waste materials are burned in a fluidized bed at a temperature> 800 ° C.
  • Fuels are mixed in for the combustion of low calorific value waste materials.
  • the fluidized bed is created by adding fluidizing air through a nozzle bottom.
  • Fuel and / or the waste materials can be conveyed from above onto the fluidized bed by means of throwing feeders or also directly into the fluidized bed by means of screw conveyors.
  • the degassing and gasification of the fuel and the burning of the solid carbon take place in the fluidized bed.
  • Volatile components can be re-burned or the heat can be recovered using heat exchangers.
  • the process-related intensive mixing and combustion, the good heat transfer in the fluidized bed, as well as the residence time of the hot flue gases leave with regard to the moisture and chemical, mineralogical and granulometric composition of fluidized bed ash, which are highly uniform.
  • Such filter ash can now not only substitute a part of the correction substances in the production of molded blocks because of their chemical composition, but surprisingly also influence the development of strength of the molded blocks in a very favorable manner. This effect is due on the one hand to the latent hydraulic properties of some of the ashes mentioned, and / or to the reaction-accelerating effect on the binders used, and ultimately also to their particle sizes.
  • both the early strength and the final strength surprisingly increase. The final strength has no practical meaning here.
  • the CaO content in such ashes can be increased to 70% and the SO 3 content to 20%. This reduces the percentage of the other components accordingly.
  • the strength requirements can be reduced, which is usually done by reducing the proportion of binder. Saving potentials of, for example, approximately 5 to approximately 15 mass% of the binder contents normally used are possible.
  • the combustion residues described above in particular ashes and / or slags, preferably filter ashes, have chemical compositions which are particularly suitable for correcting the compositions of mineral melts for the production of mineral fibers.
  • the combustion residues reduce the viscosity of the mineral melt at the usual processing temperatures. This makes it possible, for example, to produce evenly finer mineral fibers, which in turn have a favorable influence on the performance properties of the mineral fibers and the mineral fiber products made from them. At the same time, such a melt has a material-saving effect on the defibration unit.
  • the relatively high proportion of Al 2 O 3 in some of the combustion residues enables the substitution of other alumina carriers.
  • the aluminum oxide itself promotes the bio-solubility of the mineral fibers.
  • ashes from the combustion of lignite and hard coal dust as well as paper sludge and wood chips have proven to be particularly suitable.
  • the method according to the invention also has the advantage that the combustion residues that are otherwise to be disposed of in the landfill can now be recycled.
  • the ingredients of the combustion residues have a glass-forming effect, otherwise they change glass. It is very important that actually undesirable components of the combustion residues are incorporated into the glasses in a poorly soluble form through the controlled manufacturing process.
  • this form of recycling also significantly reduces the burden on the environment. This applies even if the mineral fibers are not recycled again after the end of their use phase, but are instead disposed of.
  • combustion residues in particular filter ash from, for example, fluidized bed combustion processes, which result from the combustion of lignite and hard coal dust, paper sludge or wood chips, have advantageous properties with regard to the strength formation of the shaped stones due to their high fineness and their chemical composition for the production of shaped stones , At the same time, they have a positive effect on the melting behavior of these shaped stones when producing a mineral melt and offer the possibility of a targeted viscosity Control of the mineral melt. Finally, these combustion residues make a positive contribution to improving the biosolubility of the mineral fiber products made from these mineral melts.
  • shaped stones are pressed which are made from 38 to 64% by mass of production-related residues, 5 to 20% by mass of melting chamber granulate, 0 to 11% by weight of converter slag, 0 to 14% by weight of ladle slag as correction substances , 10 to 25% by mass of Al 2 O 3 carriers, for example bauxite, 9 to 12% by mass of cements and 1 to 5% by mass of ashes from the combustion of paper sludge.
  • the proportion of converter slag and ladle slag as well as cement is reduced in comparison to a corresponding composition of shaped blocks according to the prior art. Accordingly, in this exemplary embodiment there is a substantial reduction in the proportion of cement, which results in a substantial reduction in the production costs of the shaped blocks.
  • the correction substances are contained in the composition of the shaped blocks as follows:
  • another exemplary embodiment provides that production-related residues in a proportion of 38 to 64% by mass with a proportion of melting chamber granules of 0 to 15% by mass, converter slag 0 to 15% by mass and ladle slag 0 to 18% by mass % as correction substances and an Al 2 0 3 carrier, for example bauxite, in a proportion of 5 to 20 mass% together with 1 1 to 13 mass% cements and a proportion of 5 to 25 mass% ash from the Braun - / Coal combustion can be mixed.
  • an Al 2 0 3 carrier for example bauxite
  • the correction substances are at least partially substituted by granular combustion residues, namely ashes from the brown / hard coal combustion, the sewage sludge combustion, the wood combustion or from the paper production. This results in a reduction in the cement requirement, namely the cost-intensive binder, and improved viscosity control.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfasern, insbesondere von Steinwolle zur Warme- und/oder Schalldämmung sowie fur den Brandschutz, von Substraten für die Pflanzenzucht, von Verstärkungsfasern und von Fasern Für Filtrationszwecke, bei dem zumindest aus der Produktion stammende Reststoffe sowie Korrekturstoffe zur Einstellung der erforderlichen Zusammensetzung und Viskosität der Schmelze zerkleinert und mit einem Bindemittel zu Formsteinen gepresst und die Formsteine einem Schmelzaggregat zugeführt werden. Um ein gattungsgemäbetaes Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze Für die Produktion von Steinwolle derart weiterzubilden, dass zum einen die Kosten Für die Rohstoffe gesenkt, gleichzeitig aber die Eigenschaften der herzustellenden Mineralfaserprodukte nach Möglichkeit verbessert werden, ist vorgesehen, dass Bestandteile der Formsteine, insbesondere die Korrekturstoffe und/oder sonstige Gemengebestandteile zumindest teilweise durch körnige Verbrennungsrückstände, insbesondere Aschen oder Schlacken aus der Verbrennung von vorzugsweise Braunkohlen und/oder Steinkohlenstauben, Papierschlamm oder Holzspänen substituiert werden.

Description

Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfasern, insbesondere von Steinwolle zur Wärme- und/oder Schalldämmung sowie für den Brandschutz, von Substraten für die Pflanzenzucht, von Verstärkungsfasern und von Fasern für Filtrationszwecke, bei dem zumindest aus der Produktion stammende Reststoffe sowie Korrekturstoffe zur Einstellung der erforderlichen Zusammensetzung und Viskosität der Schmelze zerkleinert und mit einem Bindemittel zu Formsteinen gepresst und die Formsteine einem Schmelzaggregat zugeführt werden.
Dämmstoffe aus Steinwolle dienen zum Wärme-, Schall- und/oder dem Brandschutz. Steinwolle-Produkte werden ferner zur Zucht von Pflanzen oder zur Ver- Stärkung von z.B. Beschichtungsmassen oder sonstigen Produkten oder auch als Fasern für Filtrationszwecke verwendet. Nachfolgend werden die beispielhaft aufgezählten Steinwolle-Produkte zusammenfassend als Mineralfaserprodukte bezeichnet.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von mineralischen Schmelzen für die Produktion von Mineralfaserprodukten zur Wärme- und/oder Schalldämmung sowie für den Brandschutz bekannt. Diese Mineralfaserprodukte bestehen aus glasig erstarrten anorganischen Mineralfasern, die mit Hilfe eines Schmelzprozesses hergestellt werden. In diesem Schmelzprozess werden geeig- nete Rohstoffe geschmolzen und anschließend die derart entstandene Schmelze in einem Zerfaserungsaggregat zerfasert. Das Zerfasern der Schmelze erfolgt beispielsweise in einem sogenannten Zieh-, Schleuder- oder Blasverfahren. Unmittelbar nach dem Zerfasern werden die Mineralfasern bei der Herstellung von Dämmstoffen oder Substraten entweder tröpfchenweise mit Binde- und/oder Im- prägniermitteln benetzt oder erhalten einen Überzug aus Binde- und/oder Imprägniermitteln, so dass sie nachfolgend punktweise miteinander verbindbar sind. Die auf diese Weise behandelte Fasermasse kann nachfolgend aufgesammelt, verformt und die resultierende Struktur durch Aushärtung der Bindemittel fixiert werden. Verstärkungsfasern und Fasern für Filtrationszwecke werden in der Regel nicht mit Binde- und/oder Imprägniermittel behandelt.
Nach der Zusammensetzung der Glasfasern wird handelsüblich Glaswolle von Steinwolle unterschieden. Steinwolle wird hauptsächlich aus Gemengen aus gebrochenen Ergussgesteinen, wie beispielsweise Basalt oder Diabas, und geringen Mengen an Kalkstein, Dolomit und Magnesit als Ergänzungsstoffe, sowie aus gebrochenen Ergussgesteinen und grobstückigen Hochofenschlacken sowie ggfs. zusätzlichen geringen Mengen an Kalkstein, Dolomit und Magnesit hergestellt. Diese Ergänzungsstoffe können jeweils für sich allein oder in unterschiedlichen Mischungen miteinander den Gemengen beigefügt werden. In zunehmendem Maße werden die gebrochenen Rohstoffe durch künstlich hergestellte Körper entsprechender Größe, Form und Festigkeit ersetzt, die aus verschiedenen Roh- und Reststoffen sowie geeigneten Bindemitteln zusammengesetzt werden. Diese Körper werden nachfolgend als Formsteine bezeichnet.
Die Formsteine können feinkörnig gebrochene natürliche Gesteine enthalten. Als weitere Komponenten kommen produktionsbedingte Reststoffe hinzu, beispiels- weise die beim Herstellungsprozess zwangsläufig entstehenden gröberen Bestandteilen, wie Schmelzperlen, die bei der regelmäßigen Entleerung der Schmelzöfen anfallende erstarrte Schmelze mitsamt den teilweise aufgeschmolzenen Gesteinsresten und Teilen der Ofenauskleidung aus feuerfesten Baustoffen sowie den Dämmstoffen oder Substraten, die bei der Besäumung einer endlos hergestellten Faserbahn anfallen. Sonstige produktionsbedingte Reststoffe sind Verschnittreste, fehlerhafte Produkte oder aufzuschmelzende gebrauchte Dämmstoffe oder Substrate.
Die produktionsbedingten Reststoffe werden für die Herstellung von Formsteinen aufbereitet, d.h. zerkleinert, aufgemahlen und anschließend mit Korrekturstoffen gemischt. Mit Hilfe dieser Korrekturstoffe wird die erforderliche Zusammensetzung der Gemenge erreicht, die ein gleichmäßiges und rasches Aufschmelzen in dem Schmelzaggregat bewirkt. Gleichzeitig werden dadurch die Temperatur und die Viskosität der entstehenden Schmelze so weit beeinflusst, dass ein möglichst wir- kungsvoller, gleichmäßig ablaufender Zerfaserungsprozess erreicht wird.
Korrekturstoffe sind beispielsweise Schlacken aus der Stahlindustrie wie Konverter- oder Gießpfannenschlacken oder Schmelzkammergranulate aus Kohlekraftwerken. Als hier wesentliche Korrekturstoffe gelten auch Stoffe, die Aluminium in oxidischer und/oder in metallischer Form enthalten. Geeignete Trägerstoffe sind einmal Roh-Bauxit oder calcinierter Bauxit, sowie Tonerdeschmelzzemente, die naturgemäß auch die Funktion eines Bindemittels erfüllen können. Aus der DE 101 02 615 A1 ist die diesbezügliche Verwendung von nicht mehr gebrauchsfähigen Katalysatoren aus der Erdölindustrie bekannt.
Korrekturstoffe, die sowohl AI2O3 als auch metallisches Aluminium enthalten, sind die in der WO 99/28252 A1 beschriebenen, bei der Wiedergewinnung von Aluminium aus AI-Schrott anfallenden Schlacken. Diese Schlacken enthalten u.a. noch geringe Mengen an Na-Sulfaten und Na-Fluoriden.
Weitere Korrekturstoffe sind Erze, wie z.B. Hämatit (Fe2O3) oder Magnetit (Fe3O4).
Die körnigen und faserigen Komponenten, die internen Reststoffe und die Korrekturstoffe werden überwiegend mit anorganischen Bindemitteln, zumeist unter Zu- satz von Wasser, gemischt und anschließend zu Formkörpern verpresst.
Unter anorganischen Bindemitteln sind allgemein hydraulisch abbindende Zemente wie genormte Portlandzemente, aber auch alle Arten von Sonderzementen, wie auch die bereits erwähnten Tonerdeschmelzzemente zu verstehen. Die Anteile der Bindemittel in den Formsteinen betragen ca. 9 bis 15 Masse-%.
Nach Erreichen einer für die Lagerung im Haufwerk, der Förderung und Beschickung ausreichenden Festigkeit der Formsteine, im Allgemeinen sollen die Form- steine nach beispielsweise 3 Tagen eine Mindest-Druckfestigkeit von ca. 3-5 MPa erreichen, werden diese zusammen mit den anderen Rohstoffen oder allein, jedoch immer zusammen mit für den Schmelzvorgang erforderlichen stückigen Brennstoffen, dem Schmelzaggregat aufgegeben. In diesem wird die für die Faserbildung erforderliche Schmelze hergestellt, die sodann dem Zerfaserungsag- gregat zugeführt wird. Das Zerfaserungsaggregat besteht in der Regel aus mehreren, mit hoher Rotationsgeschwindigkeit umlaufenden und versetzt übereinander angeordneten Walzen.
Die Temperatur und die Viskosität der mineralischen Schmelze haben einen erheblichen Einfluss auf die Verarbeitbarkeit auf dem jeweiligen Zerfaserungsaggregat. Der optimale Verarbeitungsbereich der Schmelze lässt sich demzufolge durch die Wahl der Rohstoffe gezielt beeinflussen. Darüber hinaus wirkt sich die chemische Zusammensetzung der Schmelze und der daraus hergestellten Mineralfasern auf deren Biolöslichkeit, d.h. der Verweilzeit im menschlichen Organismus aus. Die Biolöslichkeit ergibt sich in einem entscheidenden Maße aus den Anteilen der Oxide und Verbindungen des Siliziums, Aluminiums, Titans, Natriums, Magnesiums, Kaliums, Kalziums, Eisens sowie deren Verhältnisse zueinander. Für die Biolöslichkeit sind beispielsweise auch die Gehalte an Boroxiden bedeutsam.
Eine typische Zusammensetzung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von handelsüblicher, biolöslicher Steinwolle setzt sich im wesentlichen wie folgt zusammen:
Figure imgf000006_0001
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die A u f g a b e zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Steinwolle derart weiterzubilden, dass zum einen die Kosten für die Rohstoffe gesenkt, gleichzeitig aber die Eigen- schatten der herzustellenden Mineralfaserprodukte nach Möglichkeit verbessert werden.
Die L ö s u n g dieser Aufgabenstellung sieht vor, dass Bestandteile der Formsteine, insbesondere die Korrekturstoffe und/oder sonstige Gemengebestandteile zumindest teilweise durch körnige Verbrennungsrückstände, insbesondere Aschen oder Schlacken, aus der Verbrennung von vorzugsweise Braunkohlen- und/oder Steinkohlenstäuben, Papierschlamm oder Holzspänen substituiert werden.
Demzufolge ist bei der Erfindung vor allem vorgesehen, dass die mit den aus der Produktion stammenden Reststoffen vermischten Korrekturstoffe für die Herstellung der Formsteine durch Verbrennungsrückstände teilweise substituiert werden.
Die Zusammensetzungen der Aschen und Schlacken variieren üblicherweise in bestimmten Grenzen.
Bei der Wirbelschichtverbrennung werden Abfallstoffe in einem Wirbelbett bei Temperatur > 800° C verbrannt. Zur Verbrennung heizwertarmer Abfallstoffe werden Brennstoffe zugemischt. Das Wirbelbett wird durch Zugabe von Fluidisie- rungsluft durch einen Düsenboden erzeugt. Brennstoff und/oder die Abfallstoffe können mittels Wurfbeschickung von oben auf das Wirbelbett oder auch mittels Förderschnecken direkt in das Wirbelbett gefördert werden. Im Wirbelbett findet die Ent- und Vergasung des Brennstoffes und der Abbrand des festen Kohlenstoffes statt. Flüchtige Bestandteile können nachverbrannt bzw. die Wärme mittels Wärmeaustauschern rückgewonnen werden. Die prozessbedingte intensive Mischung und Verbrennung, der gute Wärmeübergang im Wirbelbett, sowie die Verweilzeit der heißen Rauchgase lassen hinsichtlich der Feuchte und chemischen, mineralogischen sowie granulometrischen Zusammensetzung Wirbelschichtaschen entstehen, die eine hohe Gleichmäßigkeit aufweisen.
Hierbei sind direkt ausgetragene Bettaschen mit einem Durchmesser dso von ca. 0,3 mm und feinstkörnige Filteraschen mit einem Durchmesser d50 von ca. 0,01 mm zu unterscheiden, die in Elektro- oder Gewebefiltern aus den bei der Verbrennung entstehenden Rauchgasen abgeschieden werden. Durch die Entschwefelung der Rauchgase können die Aschen entsprechende gebildete Verbindungen enthalten.
Gleiches gilt bei der Verbrennung von Braun- und Steinkohlenstäuben sowie Holzmehlen zur Energienutzung und für Herstellungsprozesse mit häufig oder kontinuierlich anfallenden heizwertarmen Nebenprodukten, wie beispielsweise Papierschlamm, die in einem nachgeschalteten Verfahrensschritt verbrannt wer- den, um beispielsweise die verbliebene Energie zu nutzen oder das Volumen für eine spätere Entsorgung zu reduzieren.
Bei der Verbrennung der Brennstoffe, insbesondere salzhaltiger Kohlen und von Abfällen werden nahezu regelmäßig Sorptionsmittel wie beispielsweise Kalkstein zur Direktentschwefelung zugesetzt werden. Hierdurch kommt es zu einer Anreicherung von Erdalkalisulfaten in der Asche. Vergleichbare Erdalkalisulfatgehalte in der Asche bzw. Filterrückständen stellen sich ein, wenn die Rauchgasreinigung durch nachgeschaltete Trockenadditivanlagen erfolgt.
Derartige Filteraschen können nun nicht nur wegen ihrer chemischen Zusammensetzung einen Teil der Korrekturstoffe bei der Herstellung von Formsteinen substituieren, sondern beeinflussen überraschenderweise auch die Festigkeitsentwicklung der Formsteine überaus günstig. Diese Wirkung ist einmal auf latenthydraulische Eigenschaften einiger der genannten Aschen, und/oder auf die reaktionsbe- schleunigende Wirkung auf die eingesetzten Bindemittel, sowie letztlich auch auf ihre Korngrößen zurückzuführen. So steigen bei den mit Portlandzementen gebundenen Formsteinen überraschenderweise sowohl die Frühfestigkeit als auch die Endfestigkeit an. Die Endfestigkeit hat hier keine praktische Bedeutung. Durch die schnell erreichte Frühfestigkeit ist es aber möglich, die Lagerungszeit der Formsteine vor ihrer Verwendung zu verkürzen, somit die dafür benötigen Lagerflächen deutlich zu verringern. Sofern die Frühfestigkeit aus verfahrenstechnischen Gründen nicht in dem erreichbaren Ausmaß erforderlich ist, kann andererseits der Bindemittel-Anteil in den Formsteinen gesenkt werden. Beide Effekte, nämlich die Verkürzung der Lagerungszeit und/oder die Verringerung des Bindemittelanteils wirken sich direkt kostensenkend aus.
Nachfolgend ist eine bevorzugte Aschezusammensetzung ohne Absorbens dargestellt:
Figure imgf000009_0001
Durch die Verwendung von CaO als Absorbens kann der CaO-Gehalt in einer solchen Asche auf 70 % und der SO3-Gehalt auf 20% angehoben werden. Dadurch verringern sich die prozentualen Anteile der anderen Komponenten entsprechend.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung der Aschen sind die aufgrund des feinkörnigen Aufbaus wesentlich verbesserte Misch- und Verpreßbar- keit der den Formsteinen zugrundeliegenden Stoffe. Die Korngrößenverteilung der Aschen und der sonstigen Reststoffe lassen angesichts der anderen Komponenten der Formsteine dennoch mit ca. 1 ,4 bis ca. 1 ,9 kg/dm3 relativ hohe Rohdichten der Formsteine erreichen, was in Zusammenwirken mit den Bindemitteln zu hohen Endfestigkeiten führt. Diese Masse-Konzentrationen in den Formsteinen führen naturgemäß zu höheren Nutzungsgraden der Schmelzaggregate. Die hohen inneren Festigkeiten der Formsteine lassen die Anteile an Abrieb oder Abplatzungen durch die Lagerungen im Haufwerk, bei dem Transport und der Beschickung in die Schmelzaggregate gering bleiben. In den häufig verwendeten Schachtöfen bleibt dadurch die hohe Durchströmbarkeit der gesamten Schüttung erhalten, wodurch der Schmelzvorgang gleichmäßig und schnell abläuft. Beide Effekte wirken sich ebenfalls positiv auf die Effektivität des nachgeschalteten Zerfaserungsaggregats, insbesondere die Vergleichmäßigung des Faserbildungsprozesses aus.
Wenn die Formsteine sehr schonend behandelt werden können, bis sie letztlich in dem Schmelzaggregat gelangt sind, können die Anforderungen an die Festigkeiten gesenkt werden, was üblicherweise durch Reduktion der Bindemittel-Anteile geschieht. Hierbei sind Einsparpotentiale von beispielsweise ca. 5 bis ca. 15 Mas- se-% der üblicherweise verwendeten Bindemittelgehalte möglich.
Die wesentlichen Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Die voranstehend beschriebenen Verbrennungsrückstände, insbesondere Aschen und/oder Schlacken, vorzugsweise Filteraschen weisen chemische Zusammensetzungen auf, die zur Korrektur der Zusammensetzungen mineralischer Schmelzen für die Produktion von Mineralfasern besonders geeignet sind. Die Verbren- nungsrückstände bewirken bei den üblichen Verarbeitungstemperaturen eine Verringerung der Viskosität der mineralischen Schmelze. Dadurch lassen sich beispielsweise gleichmäßig feinere Mineralfasern herstellen, die wiederum die Gebrauchseigenschaften der Mineralfasern und der daraus hergestellten Mineralfaserprodukte günstig beeinflussen. Gleichzeitig wirkt sich eine derartige Schmel- ze materialschonend auf das Zerfaserungsaggregat aus.
Weiterhin ermöglicht der relativ hohe Anteil von AI2O3 in einigen der Verbrennungsrückstände die Substitution anderer Aluminiumoxidträger. Das Aluminium- oxid selbst begünstigt die Biolöslichkeit der Mineralfasern. Es haben sich insbesondere Aschen aus der Verbrennung von Braunkohlen- und Steinkohlenstaub sowie Papierschlamm und Holzspänen als besonders geeignet erwiesen.
Neben den voranstehend genannten Auswirkungen auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfaserprodukten hat das erfindungsgemäße Verfahren darüber hinaus den Vorteil, dass die ansonsten der Deponierung zuzuführenden Verbrennungsrückstände nunmehr stofflich verwertet werden können.
Die Inhaltsstoffe der Verbrennungsrückstände wirken zum Teil glasbildend, ansonsten glaswandelnd. Ganz wesentlich ist, dass eigentlich unerwünschte Bestandteile der Verbrennungsrückstände durch den kontrollierten Herstellungspro- zess in schwer löslicher Form in den Gläsern eingebunden werden.
Neben dem eigentlich angestrebten Nutzen der Verbrennungsrückstände bei der Herstellung von Mineralfasern wird durch diese Form der Verwertung auch zusätzlich die Umwelt erheblich entlastet. Das gilt selbst dann noch, wenn die Mineralfasern nach Ende ihrer Nutzungsphase nicht wieder recycelt, sondern deponiert werden.
Weiterhin ist wesentlich, dass derartige Verbrennungsrückstände in der Regel kostenfrei erworben werden können, so dass die Produktionskosten derartiger Mineralfaserprodukte deutlich gesenkt werden.
Die voranstehend beschriebenen Verbrennungsrückstände, insbesondere Filteraschen aus beispielsweise Wirbelschichtverbrennungsverfahren, die bei der Verbrennung von Braunkohlen- und Steinkohlenstaub, Papierschlamm oder Holzspänen entstehen, weisen aufgrund ihrer hohen Feinheit und ihrer chemischen Zusammensetzung für die Herstellung von Formsteinen vorteilhafte Eigenschaften in Bezug auf die Festigkeitsbildung der Formsteine auf. Gleichzeitig wirken sie positiv auf das Aufschmelzverhalten dieser Formsteine bei der Erzeugung einer mineralischen Schmelze und bieten die Möglichkeit einer gezielten Viskositäts- Steuerung der mineralischen Schmelze. Schließlich liefern diese Verbrennungsrückstände einen positiven Beitrag für die Verbesserung der Biolöslichkeit der aus diesen mineralischen Schmelzen hergestellten Mineralfaserprodukte.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgend dargestellten Beispielen einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Formsteine ge- presst, die aus 38 bis 64 Masse-% produktionsbedingter Reststoffe, 5 bis 20 Mas- se-% Schmelzkammergranulat, 0 bis 11 Masse-% Konverterschlacke, 0 bis 14 Masse-% Gießpfannenschlacke als Korrekturstoffe, 10 bis 25 Masse-% AI2O3- Träger, beispielsweise Bauxit, 9 bis 12 Masse-% Zemente sowie 1 bis 5 Masse-% Asche aus der Verbrennung von Papierschlamm besteht. Bei dieser Zusammen- setzung ist im Vergleich zu einer entsprechenden Zusammensetzung von Formsteinen gemäß dem Stand der Technik insbesondere der Anteil von Konverterschlacke und Gießpfannenschlacke sowie von Zement reduziert. Demzufolge ergibt sich bei diesem Ausführungsbeispiel eine wesentliche Reduzierung des Zementanteils, woraus sich eine wesentliche Reduzierung der Herstellungskosten der Formsteine ergibt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel die Korrekturstoffe wie folgt in der Zusammensetzung der Formsteine enthalten sind:
Schmelzkammergranulat 5 bis 18 Masse-% Konverterschlacke 0 bis 10 Masse-% und
Gießpfannenschlacke 0 bis 16 Masse-%.
Anstelle der Asche aus der Verbrennung von Papier bzw. von Papierschlamm ist bei dieser Zusammensetzung die Verwendung von 1 bis 5 Masse-% Asche aus der Holzverbrennung vorgesehen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine wesentliche Reduzierung des Zementanteils vorgesehen, so dass auch hier der voranstehend genannte Effekt bei der Kosteneinsparung eintritt.
Schließlich sieht ein weiteres Ausführungsbeispiel vor, dass wiederum produkti- onsbedingte Reststoffe in einem Anteil von 38 bis 64 Masse-% mit einem Anteil Schmelzkammergranulat von 0 bis 15 Masse-%, Konverterschlacke 0 bis 15 Mas- se-% und Gießpfannenschlacke 0 bis 18 Masse-% als Korrekturstoffe und einem Al203-Träger, beispielsweise Bauxit, in einem Anteil von 5 bis 20 Masse-% zusammen mit 1 1 bis 13 Masse-% Zementen und einem Anteil von 5 bis 25 Masse- % Asche aus der Braun-/Steinkohlenverbrennung gemischt werden. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel findet eine Rohstoffsubstitution durch die Asche und einhergehend eine Reduzierung des Zementanteils statt.
Bei den Ausführungsbeispielen werden die Korrekturstoffe zumindest teilweise durch körnige Verbrennungsrückstände, nämlich Aschen aus der Braun-/Stein- kohleverbrennung, der Klärschlammverbrennung, der Holzverbrennung oder aus der Papierherstellung substituiert. Hieraus resultieren eine Reduzierung des Zementbedarfs, nämlich des kostenintensiven Bindemittels sowie eine verbesserte Viskositätssteuerung.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfasern, insbesondere von Steinwolle zur Herstellung von Dämmstoffen für den Wärme-Schall- und Brandschutz, von Substraten für die Pflanzenzucht, von Verstärkungsfasern und von Fasern für Filtrationszwecke, bei dem zumindest aus der Produktion stammende Reststoffe sowie Korrekturstoffe zur Einstellung der erforderlichen Zusammensetzung und Viskosität der Schmelze zerkleinert und mit einem Bindemittel zu Formsteinen gepresst und die Formsteine einem Schmelzaggregat zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteile der Formsteine, insbesondere die Korrekturstoffe und/oder sonstige Gemengebestandteile zumindest teilweise durch körni- ge Verbrennungsrückstände, insbesondere Aschen oder Schlacken aus der Verbrennung von vorzugsweise Braunkohlen- und/oder Steinkohlen- stäuben, Papierschlamm oder Holzspänen substituiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reststoffe aus erstarrten Schmelzen, abgeschiedenen kugeligen oder stengeligen Glaspartikeln und/oder fehlerhaften, bzw. recycelten Produkten, Filterstäuben aus dem Herstellungsprozeß, Gemengeresten und Teilen einer feuerfesten Ofenauskleidung bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reststoffe zerkleinert und mit den Korrekturstoffen sowie dem Bindemittel gemischt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Formsteine gemeinsam mit Ergussgesteinen, beispielsweise Ba- salt und/oder Diabas und/oder Hochofenschlacken dem Schmelzaggregat zugeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsrückstände durch eine Wirbelschichtverbrennung entstehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsrückstände fein- bis feinstkörnig, insbesondere mit einer Korngröße < 0,05 mm ausgebildet sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsrückstände folgende Zusammensetzung aufweisen:
Figure imgf000015_0001
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Formsteine anorganische Bindemittel, insbesondere Zemente in Anteilen von 9 bis 15 Masse-% enthalten.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturstoffe im Umfang von 2 bis 25 Masse-%, insbesondere im Umfang von 2 bis 5 Masse-% durch Verbrennungsrückstände substituiert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturstoffe aus körnigen Erzen, beispielsweise Hämatit oder Magnetit und/oder Reststoffen aus der Kraftwerks- und/oder Metallhüttenwirtschaft bestehen und vorzugsweise in einem Umfang von 20 bis 50 Masse-% in den Formsteinen enthalten sind.
11. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturstoffe eine Körnung von 0 bis 20 mm, insbesondere von 3 bis 7 mm aufweisen.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturstoffe Erdalkalien zur Verringerung der Viskosität und/oder AI2O3 zur Steigerung der Biolöslichkeit aufweisen.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsrückstände Bestandteile aus einer Rauchgasentschwefelung enthalten.
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