DE4442563A1 - Treating by-pass dust produced in mfr. of cement - Google Patents

Treating by-pass dust produced in mfr. of cement

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DE4442563A1 DE19944442563 DE4442563A DE4442563A1 DE 4442563 A1 DE4442563 A1 DE 4442563A1 DE 19944442563 DE19944442563 DE 19944442563 DE 4442563 A DE4442563 A DE 4442563A DE 4442563 A1 DE4442563 A1 DE 4442563A1
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Karl-Heinz Bender
Eduard Baatz
Klaus-Dieter Dr Ellwanger
Wilfried Hotopp
Joachim Dr Kieser
Bernd Gruner
Manuela Oberthuer
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NORDCEMENT AG, 30159 HANNOVER, DE IBU-TEC GMBH & C
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NORDCEMENT AG
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/60—Methods for eliminating alkali metals or compounds thereof, e.g. from the raw materials or during the burning process; methods for eliminating other harmful components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05D—INORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C; FERTILISERS PRODUCING CARBON DIOXIDE
    • C05D1/00—Fertilisers containing potassium
    • C05D1/02—Manufacture from potassium chloride or sulfate or double or mixed salts thereof

Abstract

Treating and evaluating bypass dust produced in the mfr. of cement, in which the dust is enriched with alkali chlorides and alkali sulphates, comprises: (a) extracting the dust using an aq. medium with solid-liq. sepn.; (b) extracting the solids produced by adding fresh water and drying the solids; (c) adding a CaCl2 soln. to the sols produced in (a), where the amt. of CaCl2 soln. depends on the concn. ratios of K, Na, S and Cl in the sols, which is adjusted to give a stoichiometric ratio of alkali and chloride concns. and Ca and sulphate concns., the CaSO4.2H2O (gypsum) produced on filtering is dried to CaSO4.0.5H2O (Bassanite) and the solns. produced on filtering are fractionally crystallised; and (d) feeding the dried solids to the extn. step (b) and the pptd. Bassanite as binding regulator to the cement grinding.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung und Verwertung von Bypass-Stäuben aus dem Zementherstellungsprozeß, wobei der aus dem Zementherstellungsprozeß abgezogene Staub mit Alkalichloriden und -sulfaten angereichert ist.The invention relates to a method for treating and recycling bypass dusts from the cement manufacturing process, the one from the cement manufacturing process extracted dust is enriched with alkali chlorides and sulfates.

Beim Brennen von Zementklinker in Anlagen nach dem Trockenverfahren, bestehend aus Wärmetauscher, Drehofen, Kühler und eventuell Calcinatorstufe, werden Alkalien, Schwefel und Chlor aus Brenngut und Brennstoff durch Zersetzung bzw. Verdampfung mobilisiert. Durch Rücktrag im Rauchgasstrom aus der Drehofensinterzone in kältere Anlagenbereiche, Akkumulation, Kondensation und Abscheidung in Form von Alkalichloriden und -sulfaten, vorzugsweise im unteren Wärmetauscherbereich, entstehen Salzschmelzen, die betriebsstörende Ansatzbildungen verursachen.When burning cement clinker in plants using the dry process, consisting of Heat exchanger, rotary kiln, cooler and possibly calciner stage, become alkalis, sulfur and chlorine from fuel and fuel is mobilized by decomposition or evaporation. By return in the flue gas stream from the rotary furnace sintering zone to colder areas of the plant, Accumulation, condensation and separation in the form of alkali chlorides and sulfates, preferably in the lower heat exchanger area, salt melts occur cause disruptive build-ups.

Stand der Technik ist das Betreiben eines Teilgasabzuges (Bypass), mit dessen Hilfe im Drehofen-Wärmetauscher-System eine Entlastung der Alkalikreisläufe erfolgt und Ansatzbildungen reduziert bzw. verhindert werden.State of the art is the operation of a partial gas exhaust (bypass), with the help of Rotary kiln heat exchanger system relieves the pressure on the alkali circuits and Formations are reduced or prevented.

Der mittels Bypass-Technik dem System entzogene Staub ist teilweise hoch mit Alkalichloriden und -sulfaten angereichert. Für diesen Reststoff existiert bislang keine befriedigende Verwertungstechnologie.The dust extracted from the system by bypass technology is sometimes high Enriched with alkali chlorides and sulfates. So far, there is no such residue satisfactory recycling technology.

DE-OS 34 07 154 sieht vor, das mit Staub und Schadstoffen beladene Bypass-Gas dem Zementklinker einzuleiten. Dadurch kann zwar das Ofensystem auf einem niedrigen Schadstoffniveau gehalten werden, das Endprodukt hingegen, oder ein Teil von ihm, erfährt keine Schadstoffreduzierung. Weitere Lösungsvorschläge, so DE-OS 33 26 935 oder DE-OS 29 52 711, basieren auf dem Gedanken, das heiße Bypass-Gas durch Zugabe eines kalten Feststoffes, z. B. Zementrohmehl, abzukühlen. Das aus einer Reaktionszone austretende Gemisch mit einer Temperatur von nur noch 500-600°C muß noch entstaubt und das nunmehr thermisch vorbehandelte, jedoch schadstoffreiche Material einer weiteren Verwendung zugeführt werden.DE-OS 34 07 154 provides that the bypass gas loaded with dust and pollutants Initiate cement clinker. This allows the furnace system to be at a low level Pollutant levels are maintained, the end product, or part of it, experiences no pollution reduction. Further proposed solutions, such as DE-OS 33 26 935 or DE-OS 29 52 711, are based on the idea of hot bypass gas by adding a cold one Solid, e.g. B. raw cement flour to cool. The exiting from a reaction zone Mixture with a temperature of only 500-600 ° C still has to be dedusted and that now thermally pretreated but pollutant-rich material from another Use can be supplied.

Andere Lösungen wie US-PS 4173487 beschäftigen sich damit, den aus der Entstaubung des Bypass-Gases erhaltenen, schadstoffangereicherten Staub in reduzierender Gasatmosphäre und unter Zusatz von Koks thermisch so zu behandeln, daß sich die Schadstoffe zum größten Teil verflüchtigen und anschließend bei hohen Temperaturen ein Teil des Staubes vom Gas zu trennen, der in das Ofensystem zurückgeführt werden kann.Other solutions such as US-PS 4173487 deal with that from dedusting of the bypass gas, contaminated dust obtained in reducing To treat gas atmosphere and with the addition of coke thermally so that the  Most of the pollutants evaporate and then enter at high temperatures Separate part of the dust from the gas that can be returned to the furnace system.

Ein ähnlicher Gedanke wird in DE-OS 36 21 170 verfolgt, wonach der schadstoff­ angereicherte Staub unter Zugabe von Brennstoff in einer zirkulierenden Wirbelschicht so erhitzt wird, daß die Schadstoffe verdampfen und mit dem Abgas abgeführt werden.A similar idea is followed in DE-OS 36 21 170, according to which the pollutant enriched dust with the addition of fuel in a circulating fluidized bed like this is heated so that the pollutants evaporate and are removed with the exhaust gas.

Die beschriebenen Vorschläge erfordern nicht nur einen hohen apparativen Aufwand, sondern können scheitern, weil die hohen Alkali- und Chloridgehalte bei den notwendigen Temperaturen Ansätze bilden, die zu Verstopfungen oder Verklebungen führen.The proposals described not only require a high level of equipment, but can fail because the high alkali and chloride levels in the necessary Temperatures form approaches that lead to blockages or sticking.

Nach DE-OS 14 71 365 sollen sich die Alkaliverbindungen aus dem heißen Bypass-Abgas an gekühlten Sublimationskernen, z. B. Füllkörpern oder Sicromalstäben, niederschlagen. Auch hier sind störende Verklebungen und feste Ansätze zu erwarten, deren Beseitigung problematisch ist. Bekannt ist, den schadstoffangereicherten Bypass-Staub pelletisiert in einer Fließbettanlage oder in einem Drehofen extra zu brennen, gegebenenfalls zusammen mit zusätzlichem Rohmehl. Das Produkt ist aber ein stark alkalihaltiger Zementklinker mit eingeschränktem Anwendungsfeld.According to DE-OS 14 71 365, the alkali compounds from the hot bypass exhaust gas should cooled sublimation cores, e.g. B. packings or Sicromalstäcken, precipitate. Also Disruptive bonds and solid approaches are to be expected here, their removal is problematic. It is known that the pollutant-enriched bypass dust is pelletized in to burn in a fluid bed system or in a rotary kiln, if necessary together with additional raw flour. However, the product is a cement clinker with a high alkali content restricted field of application.

Gemäß DD 2 74 022 wird das staubhaltige Bypass-Gas nach Kühlung auf zunächst ca. 800°C mittels Zyklon grobentstaubt. Das abgeschiedene Teil-Material enthält nur einen kleinen Teil der mit dem Bypass abgezogenen Schadstoffe. Da diese zusammen mit dem Grobstaub in das Ofensystem zurückgeführt werden, wird der Effekt der Schadstoff­ reduzierung geschmälert.According to DD 2 74 022, the bypass gas containing dust is initially cooled to approx. Coarse dedusted at 800 ° C using a cyclone. The separated partial material contains only one small part of the pollutants extracted with the bypass. Since this together with the Coarse dust can be returned to the furnace system, the effect of the pollutant reduction reduced.

Ein Einsatz als Zumahlstoff bei der Zementvermahlung wird limitiert durch die normgemäße Begrenzung des Chloridgehalts im Fertigzement.Use as an additive in cement grinding is limited by the standard Limiting the chloride content in the finished cement.

Für eine Deponieverbringung gelten die Kriterien für die Entsorgung von Sonderabfällen.The criteria for the disposal of special waste apply to a landfill transfer.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Behandlung und Verwertung von mit Alkalichloriden und -sulfaten angereicherten Bypass-Stäuben zu entwickeln, das eine Auftrennung der in den Bypass-Stäuben enthaltenen Inhaltsstoffe sowie deren umweltfreundliche Verwertung ermöglicht.The object of the invention is a method for treatment and recovery of bypass dusts enriched with alkali chlorides and sulfates, the a separation of the ingredients contained in the bypass dusts and their enables environmentally friendly recycling.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.The object is achieved according to the invention with the measures of claim 1. In the dependent claims are advantageous refinements of the method according to the invention specified.

Erfindungsgemäß wird der Bypass-Staub einer wäßrigen Extraktion unterworfen, wobei in zwei Extraktionsstufen, jeweils abgeschlossen durch eine Fest-Flüssig-Trennung über Filtration, aus dem Bypass-Staub die Chloride quantitativ und die leichtlöslichen Sulfatanteile bis zu ca. 80% abgetrennt werden. According to the bypass dust is subjected to an aqueous extraction, wherein in two extraction stages, each completed by a solid-liquid separation Filtration, from the bypass dust the chlorides quantitative and the easily soluble Sulfate fractions up to approx. 80% can be separated.  

Der extrahierte Staub wird nach Trocknung als Zumahlstoff bei der Zementmahlung eingesetzt. Er kann wahlweise auch dem Zementrohmehl zudosiert werden.After drying, the extracted dust is used as an additive in cement grinding used. It can also be added to the raw cement meal.

In der verbleibenden Sole I wird mit CaCl₂-Lösungszugabe erreicht, alle enthaltenen Alkalianteile chloridisch zu binden und Sulfat als schwerlösliches CaSO₄ · 2H₂O (Gips) auszufällen. Die Menge an zuzugebendem CaCl₂ orientiert sich an den jeweils vorliegenden Konzentrationsverhältnissen an K, Na, S und Cl in der Sole.In the remaining brine I is achieved with CaCl₂ solution addition, all contained Bind alkali parts chloridically and sulfate as sparingly soluble CaSO₄ · 2H₂O (plaster) to fail. The amount of CaCl₂ to be added is based on the present Concentration ratios of K, Na, S and Cl in the brine.

Der ausgefällte Gipsanteil wird nach Wäsche und Filtration getrocknet. Das dabei entstehende Halbhydrat CaSO₄ · 0,5 H₂O (Bassanit) dient als Abbinderegler im Zement. Die sulfat- und chloridhaltige Restsole (Sole II) wird einer fraktionierten Kristallisation unterworfen. Das als erste Fraktion anfallende Mischkristallisat, Sulfate und Chloride enthaltend, wird in die 1. Extraktionsstufe rückgeführt. Die Endfraktionen stellen reine Alkalichloride, vorzugsweise KCl dar, die Verwendung in anderen Industriezweigen (z. B. Düngemittelindustrie, Al-Metallurgie) finden.The precipitated gypsum fraction is dried after washing and filtration. That included resulting hemihydrate CaSO₄ · 0.5 H₂O (bassanite) serves as a setting regulator in the cement. The sulfate and chloride-containing residual brine (brine II) becomes a fractional crystallization subject. The mixed crystals, sulfates and chlorides obtained as the first fraction containing, is returned to the 1st extraction stage. The final fractions are pure Alkali chlorides, preferably KCl, for use in other industries (e.g. Fertilizer industry, Al metallurgy).

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Inhaltsstoffe der mit Alkalichloriden und -sulfaten angereicherten Bypass-Stäube in ihre einzelnen Bestandteile aufgetrennt werden und somit einer umweltfreundlichen Verwertung zugeführt werden können.The advantage of the method according to the invention is that the ingredients of the Bypass dusts enriched with alkali chlorides and sulfates in their individual components be separated and thus disposed of in an environmentally friendly manner can.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The invention is described in more detail using an exemplary embodiment.

In dem nachfolgenden Fließschema ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung und Verwertung der aus dem Zementherstellungsprozeß abgeschiedenen Bypass-Stäube, die einen hohem Anteil an Alkalichloriden und -sulfaten aufweisen, dargestellt.The process according to the invention is for treatment in the following flow diagram and recycling of the bypass dusts separated from the cement manufacturing process, which have a high proportion of alkali chlorides and sulfates.

Der Bypass-Staub wird mittels eines wäßrigen Mediums einer ersten Extraktion mit einer Fest-Flüssig-Trennung unterworfen. Die dabei entstandenen Feststoffe werden unter Zugabe von Frischwasser einer zweiten Extraktion zugeführt. Die abgeschiedenen Feststoffe werden anschließend getrocknet und der gereinigte Bypass-Staub wird als Zementzumahlstoff oder als Rohmehlkomponente beim Zementherstellungsprozeß verwendet.The bypass dust is extracted using an aqueous medium Subject to solid-liquid separation. The resulting solids are under Addition of fresh water to a second extraction. The secluded Solids are then dried and the cleaned bypass dust is called Cement cement or as raw meal component in the cement manufacturing process used.

Die in der zweiten Extraktion abgetrennte Waschlösung wird der ersten Extraktion als wäßriges Medium zugeführt. The washing solution separated in the second extraction is called the first extraction aqueous medium supplied.  

Der bei der ersten Extraktion entstandenen Sole wird eine Calciumchloridlösung zugeführt. Die Menge der zugegebenden Calciumchloridlösung ist abhängig von den in der Sole vorliegenden Konzentrationsverhältnissen an K, Na, S, und Cl. Es wird eine solche Menge an Calciumchloridlösung zugegeben, das ein stöchiometrisches Verhältnis der Alkali- und Chloridkonzentration sowie der Calcium- und Sulfatkonzentrationen entsteht. Das bei der anschließenden Filtration entstandene CaSO₄ · 2H₂O (Gips) wird zu CaSO₄ · 0,5H₂O (Bassanit) getrocknet, der als Abbinderegler der Zementvermahlung zugeführt wird.A calcium chloride solution is added to the brine formed during the first extraction. The amount of calcium chloride solution to be added depends on that in the brine existing concentration ratios of K, Na, S, and Cl. There will be such a lot added to calcium chloride solution, which has a stoichiometric ratio of the alkali and Chloride concentration and calcium and sulfate concentrations arise. That at the subsequent filtration CaSO₄ · 2H₂O (gypsum) becomes CaSO₄ · 0.5H₂O (Bassanit) dried, which is used as a setting regulator for cement grinding.

Die bei der Filtration entstandene Sole wird einer fraktionierten Kristallisation unterworfen.The brine formed during the filtration is subjected to a fractional crystallization.

Die in der ersten Fraktion anfallenden Mischkristallisate, die Sulfate und Chloride enthalten, werden der ersten Extraktion zugeführt. Die in der Endfraktion entstehenden Alkalichloride werden in anderen Industriezweigen z. B. in der Düngemittelindustrie oder in der Aluminiummetallurgie verwendet.The mixed crystals obtained in the first fraction, which contain sulfates and chlorides, are fed to the first extraction. The alkali chlorides formed in the final fraction are used in other industries e.g. B. in the fertilizer industry or in the Aluminum metallurgy used.

In Fällen, in denen hohe Anteile an Ca-Ionen aus der partiellen Lösung von Freikalk (CaO) bzw. Klinkerphasen in die Extraktionssole gelangen, kann durch Zugabe von CO₂ mittels Abgasverwendung aus einer Zementofenlinie in die 1. Extraktionsstufe eine Ausfällung des Calciums als Calciumcarbonat CaCO₃ erfolgen.In cases where high levels of Ca ions from the partial solution of free lime (CaO) or clinker phases get into the extraction brine, by adding CO₂ Exhaust gas use from a cement kiln line in the 1st extraction stage is a precipitation of the Calcium as calcium carbonate CaCO₃.

Das Fällungsprodukt wird Inhaltsstoff des abgereinigten Bypass-Staubs, der in den Zementherstellungsprozeß als Zumahlstoff oder Rohmehlkomponente zurückgeführt wird.The precipitated product becomes part of the cleaned bypass dust, which is in the Cement manufacturing process is recycled as additive or raw meal component.

Claims (5)

1. Verfahren zur Behandlung und Verwertung von Bypass-Stäuben aus dem Zement­ herstellungsprozeß, wobei der aus dem Zementherstellungsprozeß abgezogene Staub mit Alkalichloriden und -sulfaten angereichert ist, gekennzeichnet dadurch, daß
  • a) der Bypass-Staub mittels eines wäßrigen Mediums einer ersten Extraktion mit einer Fest- Flüssig-Trennung unterworfen wird,
  • b) die dabei entstandenen Feststoffe unter Zugabe von Frischwasser einer zweiten Extraktion unterworfen und die Feststoffe anschließend getrocknet werden,
  • c) der bei der ersten Extraktion entstandenen Sole eine Calciumchloridlösung zugeführt wird, wobei die Menge der zugegebenen Calciumchloridlösung derart abhängig von den in der Sole vorliegenden Konzentrationsverhältnissen an K, Na, S, und Cl ist, das ein stöchiometrisches Verhältnis der Alkali-, und Chloridkonzentration sowie der Calcium- und Sulfatkonzentrationen eingestellt wird, und daß das bei der Filtration entstandene CaSO₄ · 2H₂O (Gips) zu CaSO₄ · 0,5H₂O (Bassanit) getrocknet und die bei der Filtration entstandene Sole einer fraktionierten Kristallisation unterworfen wird,
  • d) die getrockneten Feststoffe der zweiten Extraktion und der abgeschiedene Bassanit als Abbinderegler der Zementvermahlung zugeführt werden.
1. A process for the treatment and recycling of bypass dusts from the cement manufacturing process, the dust removed from the cement manufacturing process being enriched with alkali metal chlorides and sulfates, characterized in that
  • a) the bypass dust is subjected to a first extraction with a solid-liquid separation by means of an aqueous medium,
  • b) the resulting solids are subjected to a second extraction with the addition of fresh water and the solids are then dried,
  • c) a calcium chloride solution is supplied to the brine formed in the first extraction, the amount of calcium chloride solution added being dependent on the concentration ratios of K, Na, S, and Cl present in the brine, which is a stoichiometric ratio of the alkali and chloride concentrations as well as the calcium and sulfate concentrations, and that the CaSO₄.2H₂O (gypsum) formed in the filtration is dried to CaSO₄ · 0.5H₂O (bassanite) and the brine formed in the filtration is subjected to a fractional crystallization,
  • d) the dried solids of the second extraction and the separated bassanite are fed as setting regulators of the cement grinding.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die in der zweiten Extraktion abgetrennte Waschlösung der ersten Extraktion als wäßriges Medium zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that in the second extraction separated washing solution of the first extraction is fed as an aqueous medium. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die in der fraktionierten Kristallisation in der ersten Fraktion anfallenden Mischkristallisate, die Sulfate und Chloride enthalten, der ersten Extinktion zugeführt werden, und daß die in der Endfraktion entstehenden Alkalichloride z. B. in der Düngemittelindustrie oder in der Aluminium­ metallurgie verwendet werden.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that in the fractionated Crystallization in the first fraction of mixed crystals, the sulfates and chlorides contain the first absorbance and that in the final fraction resulting alkali chlorides such. B. in the fertilizer industry or in aluminum metallurgy can be used. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die getrockneten Feststoffe der zweiten Extraktion dem Zementherstellungsprozeß als Rohmehlkomponente zugeführt wird. 4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the dried Solids of the second extraction the cement manufacturing process as raw meal component is fed.   5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der ersten Extraktionsstufe bei hohen Anteilen löslicher an Ca-Ionen CO₂-haltiges Abgas einer Zementofenlinie zugeführt wird und das dabei entstehende CaCO₃ als Rohmehlkomponente dem Zementherstellungsprozeß zugeführt wird.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the first Extraction stage with high proportions of more soluble in Ca ions CO₂-containing exhaust gas Cement kiln line is supplied and the resulting CaCO₃ as Raw meal component is fed to the cement manufacturing process.
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