DE3718336C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung von fein- und feinstkörniger Wirbelschichtasche, die insbesondere bei der Verbrennung von ballasthaltigen Steinkohlen unter Kalkzugabe mit den Verbrennungsgasen aus dem Fluidbett ausgetragen wird und an den Wärmetauschern bzw. den Filtern anfällt, durch Mischung mit Zement u. a. Material und anschließender Verwendung als Leichtzuschlagstoff.

Durch die spezielle Art der Schwefeleinbindung in Wirbelschichtfeuerungsanlagen durch die Zugabe von Kalk, vorzugsweise in Form von gemahlenem Calciumcarbonat, in den Feuerungsraum, ist die Flugasche, besonders die an den Staubfiltern anfallende Asche, mit den Reaktionsprodukten vorwiegend CaSO₄ und entsäuerten Kalk belastet. Bei Wasserzu­ tritt aktiviert der ablöschende Branntkalk die stark ent­ wässerten Anhydritanteile, so daß die Verarbeitung derartiger Aschen in Zementbindung, sofern ein dichtes Mörtel- oder Betongefüge angestrebt wird, Probleme aufwirft. Schwierig­ keiten entstehen besonders durch verzögerte Abbindereaktionen des Zementes und durch Quellvorgänge, die ggf. die Zement­ steinstruktur beeinträchtigen. Die damit gegebene Verwendungs­ beeinträchtigung der Wirbelschichtasche zwang bisher dazu, die anfallende Asche auf besonderen Deponien einzulagern. Probleme entstehen insbesondere dadurch, daß der Anteil der Körnung kleiner 63µm 70 Gew.-% beträgt und die Wirbelschichtasche daher zum Fließen neigt und nur mit hohem Aufwand zu transportieren und zu lagern ist. Die rauhe Kornoberfläche und der inerte Zustand des Abbrandes bietet die Voraussetzungen, die Asche zu einem Leichtzuschlag zu verarbeiten, der im Bereich der Leichtbetontechnik sowohl als Ortbeton wie auch im Bereich präfabrizierter Bauteile und Steine eingesetzt werden kann. In dieser Industrie wird für den Zuschlag ein Schüttgewicht im Bereich einer Dichte zwischen 0,5 und 1,0 kg/dm³ gewünscht. Dafür eingesetzt wird bisher in der Regel Naturbims, weil dieser ein sehr hohes Porenvolumen und eine niedrige Rohdichte aufweist. Er zeichnet sich außerdem durch eine hohe Kornstabilität aus und ist daher für die Herstellung großformatiger Steine bestens geeignet. Naturbims ist vulkanischen Ursprungs und wird im Tagebau gewonnen und aufbereitet. In der BR-Deutschland liegen die umfangreichsten Bimsvorkommen in der Eifel. Die Belastung der Landschaft und der Umwelt durch die Tagebaugewinnung, die Erschöpfung guter Lagerstätten, der zunehmende Aufbereitungsaufwand wegen der Verunreinigung der noch vorhandenen Lagerstätten, sowie die hohe Vorkostenbelastung aufgrund langer Transportwege geben Veranlassung, für derartige Zuschlagstoffe ein Substitut zu suchen. Schlacken, Schlackengranulate o. ä. Materialien haben eine relativ hohe Rohdichte und eignen sich aus anderen Gründen, beispielsweise aufgrund ihrer Zusammensetzung nicht als Zuschlagstoff für die Herstellung von Hohlblöcken o. ä. Steinen.

Aus der DE-OS 22 04 175 ist es grundsätzlich bekannt, Wirbelschichtasche durch Verbrennung von Steinkohlenaufbereitungsabgängen unter Zugabe von Kalk herzustellen. Aus der DE-AS 12 28 984 ist es bekannt, Schlacke in Prallmühlen weitgehend zu zerkleinern und dann mit Filterasche zu mischen und als solche als Zuschlagstoff für Beton oder Mörtel zu verwenden. Es handelt sich allerdings im eigentlichen Sinne nicht um feinstkörnige und zum Fließen neigende Ausgangsprodukte, sondern vielmehr darum, Schmelzkammerschlacke für eine Verwendung als Zuschlagstoff für Beton o. ä. vorzubereiten. Aus der US-PS 43 44 796 ist zu ersehen, daß dort auch die fein- und feinstkörnige Wirbelschichtasche zweckmäßig verarbeitet werden soll. Hier wird davon ausgegangen, daß die in dieser fein- und feinstkörnigen Wirbelschichtasche enthaltenen Kalkbestandteile vorteilhaft durch eine entsprechende Verarbeitung mit bei der Verwendung benutzt werden können. Die so hergestellte Masse soll dann zu großvolumigen Blöcken vergossen werden, die als solche zur Uferbefestigung oder zur Vorgabe von Laichplätzen eingesetzt werden sollen. Eine andere Möglichkeit nach dieser Entgegenhaltung ist die Zerkleinerung dieser große Abmessungen aufweisenden Blöcke, um das Material dann entsprechend weiter zu verarbeiten. Auf die Besonderheiten des Materials, das Anhydritanteile mit negativen Eigenschaften enthält, ist in dieser Entgegenhaltung nicht eingegangen worden. Insbesondere fehlt es an Hinweisen, wie ein gezielter Leichtzuschlagstoff hergestellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verarbeitungsverfahren für die in Wirbelschichtanlagen anfallende, feinstkörnige Wirbelschichtasche zu schaffen, durch das ein einwandfrei verarbeitbares und gleichzeitig als Substrat für Naturims dienendes Produkt erzeugt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wirbelschichtasche mit unter 15% betragenden Anteil Zement intensiv gemischt und dann einem porigen Kernmaterial in Form von Kesselasche der Wirbelschichtanlage, Hüttensand, Schlackensand oder Schaumstoffgranulat oder gefasertem Material mit einer Korngröße von 1 bis 4 mm, das seinerseits vorher bis zur Sättigung durchfeuchtet worden ist, zugegeben und durchmengt wird, bis die vorgegebene Volumenvergrößerung eingetreten ist und daß das Mischprodukt anschließend zum Aushärten aus dem Mischer ausgetragen und gelagert wird.

Bei Anwendung eines derartigen Verfahrens erhält man ein Endprodukt, bei dem sich der automatisch vorhandene Anhydritanteil völlig unschädlich auswirkt, weil das Material gezielt einen harten Kern und eine sichere Schale aufweist. Durch das intensive Durchmengen und das Anlagern des feinstkörnigen Materials an dem aus Flugasche o. ä. Material bestehenden härteren Kern können so gezielt Enddurchmesser entsprechend vergrößertem Durchmesser erreicht werden. Erst hierdurch kann man die so erhaltenen Körper mit vergrößertem Volumen als Leichtzuschlagstoff einsetzen und damit anschließend aushärten, aus dem Mischer austragen, lagern und dann beispielsweise zu Steinen o. ä. verarbeiten. Je nach Einsatzstoff kann dabei vorteilhaft auch der Leichtzuschlagstoff gewichtsmäßig verändert und in jeweiligen Einsatzbedingungen entsprechend gewählt werden. Durch das frühzeitige Durchfeuchten des Kernmaterials kann die feinkörnige bis feinstkörnige Wirbelschichtasche gut und sicher angelagert werden, so daß sich auch die vorteilhafte harte Schale um das Kernmaterial bildet. Damit ist ein echter Naturbimsersatz geschaffen, bei dem wie erwähnt der enthaltene Anhydrit sich nicht nachteilig auswirken kann. Das sich dabei ergebende Kornband erleichtert die anschließende Weiterverarbeitung.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die noch warme Wirbelschichtasche mit dem Zement durch Verwirbelung gemischt und beim anschließenden Abbindeprozeß die Wärme als Beschleuniger ausgenutzt wird. Aufgrund der Temperatur der Wirbelschichtasche wird der Abbindevorgang durch Zementeinsparung begünstigt. Vorteilhaft ist weiter, daß das Material eine rauhe Oberfläche aufweist und auch dann noch porig bleibt, wenn es das grobstückigere Material umgibt. Auch dies begünstigt die spätere Verwendung als Leichtbauzuschlagsstoff.

Entsprechend der gewünschten Festigkeit des Mischproduktes bzw. des Leichtzuschlagstoffes wird erfindungsgemäß je nach späterem Einsatzbereich der Wirbelschichtasche 3 bis 15, vorzugsweise 10 Gew.-% Portland- oder Hochofen- oder Eisenportlandzement zugemischt. Wird beispielsweise eine hohe Endfestigkeit für das Produkt verlangt, dann wird durch regelmäßige Befeuchtung die Kieselsäure der Wirbelschichtasche gelöst, um die latenthydraulischen Eigenschaften voll auszunutzen. Auch dies zeigt die Vielseitigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine vorteilhaft gleichmäßige Durchmengung und damit Bildung gleichmäßiger Körper bzw. Körner ist gegeben, wenn die Wirbelschichtasche dem feuchten Material kontinuierlich während des Durchmengens zugeführt wird. Dabei kann durch eine geregelte Zugabe der Wirbelschichtasche nicht nur die Dicke, sondern gleichzeitig auch die Festigkeit der das grobstückigere Material umgebenden Mäntel beeinflußt werden. Als feuchtes, poriges Kernmaterial wird vorzugsweise die Kesselasche der Wirbelschichtanlagen in der Körnung 1 bis 4 mm verwendet. Durch die Rohdichte des Kernmaterials wird die Festigkeit und Schüttdichte eines sich nach dem Verfahren bildenden "Leichtkorns" beeinflußt, wobei der Herstellprozeß nach dem Schneeballsystem abläuft.

Insbesondere dann, wenn größere Mengen Wirbelschichtasche zur Erzeugung von entsprechend großen Körnern zugegeben werden, kann es von Vorteil sein, wenn das Mischprodukt während des Durchmengens mit Wasser bedüst wird. Dadurch erhält das Material die Möglichkeit, eine entsprechend dicke Schicht aufzubauen, die nicht nur von der vorher aufgenommenen Kern- und Oberflächenfeuchte des Kernmaterials abhängig ist.

Um ein gleichmäßiges Kornband zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Durchmengen überwacht und bei Erreichen der gewünschten oberen Korngröße abgebrochen und das Mischprodukt ausgetragen und gelagert wird. Entsprechend der Ausbildung des Zwangsmischers kann die Bildung des Kornbandes beeinflußt und vorgegeben werden, so daß das Produkt einen Leichtzuschlagstoff ergibt, der den jeweiligen Einsatzbedingungen entspricht.

Das Produkt wird über ein einfaches oder mehrstufiges Sieb zusammengetragen und klassiert. Der Siebdurchgang wird wieder zurückgeführt und der Materialaufgabe entweder als Kernmaterial oder als Streugut zugeführt. Das Mischprodukt wird nach dem Klassieren über eine Rollbahn abgeführt und dabei mit trockener Wirbelschichtasche/Zement bestäubt. Ein Zusammenbacken der einzelnen Körner ist so vorteilhaft verhindert, auch bevor das Material endgültig getrocknet ist.

Ein Korn mit hoher Festigkeit wird insbesondere dadurch hergestellt, daß das Mischprodukt mit langsam abbindenden Zementen abgebunden wird. Diese verzögerte Abbindung führt zu evtl. Ettringit-Bildung, die vor dem Aushärtevorgang abläuft und damit die Bildung der Zementsteinstruktur nicht beeinträchtigt.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein die Weiterverwertung von feinstkörniger Wirbelschichtasche ermöglichendes Verfahren geschaffen ist. Damit entfällt nicht nur die Notwendigkeit, dieses feinstkörnige Material abzulagern und aufzuhalden, sondern gleichzeitig ist die Möglichkeit gegeben, dieses Produkt dann als Leichtzuschlagstoff anderweitig einzusetzen. Dieser Leichtzuschlagstoff stellt ein Substrat zu Naturbims dar, so daß mit Anwendung des Verfahrens in doppelter Hinsicht eine Umweltschonung erreicht wird. Das Endprodukt ist ohne besondere Schutzmaßnahmen lagerfähig, weil vor allem ein Auswaschen von Schadstoffen sicher unterbunden ist.

Anhand einer einzigen Figur wird das Verfahrensschema des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Mit (1) ist der Filterasche-Bunker bezeichnet, aus dem die Filterasche dem Bedarf entsprechend abgezogen und mit dem aus dem Zement­ bunker (2) kommenden Zement gemischt wird. Das Vermischen von Filterasche und Zement erfolgt im Verwirbler (3) von dem dieses Produkt dann in den Zwangsmischer (4) chargenweise weitergeleitet wird.

Im Zwangsmischer (4) ist zuvor ein poriges, grob­ stückigeres Material geringer Schüttdichte vorzugsweise Hüttensand, Schlackensand oder geschäumtes oder gefasertes Material oder Bett- bzw. Kesselasche intensiv mit Wasser in Berührung gebracht bzw. in Wasser gesättigt worden. Dieses Material kommt aus dem Kernmaterialbuner (5) und wird ggf. auch beim Durchmengen mit dem Filterasche/Zementgemisch über Wasserdüsen (6) mit einem Wasserschleier bedüst.

Nach Abschluß des "Pelletiervorganges" in dem Zwangs­ mischer (4) wird das entsprechende Mischprodukt über das oder die Siebe (7) aus dem Zwangsmischer (4) ausgetragen. Der Siebdurchgang (8) wird zu einem Vorratsbunker (9) geführt und dem Mischvorgang erneut zugeleitet. Gröberer Siebdurchgang (8 a) wird zum Kernmaterialbunker (5) zurückge­ führt. Das Fertigprodukt gelangt zum Materialplatz (10) wo es, möglichst in dünner Schichtung gelagert aushärtet, um dann abgefahren und beispielsweise für die Lochsteinherstel­ lung als Leichtzuschlagsstoff Verwendung zu finden. Statt des "Pelletiervorganges" ist auch der Einsatz einer Ein­ richtung in Form eines Fleischwolfes denkbar. Die so herge­ stellten Körper haben eine höhere Dichte und darüber hinaus ein enges Kornband. Das Kornband wird durch die Lochplatte oder Kopfplatte bestimmt, die beispielsweise ein Kornband von 1,6-4 mm vorgibt. Über die Umdrehungsgeschwindigkeit eines Abstreifers werden unterschiedliche und in der Größe zu beeinflussende Körner erzeugt.

Ein Kochversuch mit den durch "Pelletieren" erzeugten Körnern hat eine Differenz von nur 0,685% ergeben.

Claims (8)

1. Verfahren zur Nutzung von fein- und feinstkörniger Wirbelschichtasche, die insbesondere bei der Verbrennung von ballasthaltigen Steinkohlen unter Kalkzugabe mit den Verbrennungsgasen aus dem Fluidbett ausgetragen wird und an den Wärmetauschern bzw. den Filtern anfällt, durch Mischung mit Zement u. a. Material und anschließender Verwendung als Leichtzuschlagstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschichtasche mit unter 15% betragendem Anteil Zement intensiv gemischt und dann einem porigen Kernmaterial in Form von Kesselasche der Wirbelschichtanlage, Hüttensand, Schlackensand oder Schaumstoffgranulat oder gefaserten Material mit einer Korngröße von 1 bis 4 mm, das seinerseits vorher bis zur Sättigung durchfeuchtet worden ist, zugegeben und durchmengt wird, bis die vorgegebene Volumenvergrößerung eingetreten ist und daß das Mischprodukt anschließend zum Aushärten aus dem Mischer ausgetragen und gelagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die noch warme Wirbelschichtasche mit dem Zement durch Verwirbelung gemischt und beim anschließenden Abbindeprozeß die Wärme als Beschleuniger ausgenutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtasche je nach späterem Einsatzbereich 3-15%, vorzugsweise 10 Gew.% Portland - oder Hochofen- oder Eisenportlandzement zugemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschichtasche dem feuchten Material kontinuier­ lich während des Durchmengens zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischprodukt während des Durchmengens mit Wasser bedüst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmengen überwacht und bei Erreichen der gewünschten oberen Kerngröße abgebrochen und das Mischprodukt ausgetragen und gelagert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischprodukt nach dem Durchmengen über eine Rollbahn abgeführt und dabei mit trockener Wirbelschichtasche/Zement bestäubt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischprodukt mit langsam abbindenden Zementen abgebunden wird.