DE3830392C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entsorgen von schadstoffhaltigem Schüttgut, insbesondere Filterstäu­ ben und Schlämmen, bei dem das Entsorgungsgut in eine schmelzflüssige Ofenschlacke eingetragen und in der Schlacke verglast wird.

Bei einer Vielzahl großtechnischer Verfahren fallen bei­ spielsweise in der Abgasreinigung erhebliche Mengen an Fil­ terstäuben und Schlämmen an, die neben Wertstoffen zumeist auch eine Reihe von nicht deponiefähigen Schadstoffen ent­ halten. Dabei wird sich der Anfall solcher Stäube und Schlämme und deren Schadstoffbelastung noch in dem Maße erhöhen, wie sich die Bestimmungen zur Reinerhaltung der Luft verschärfen und immer mehr verunreinigte Altmateria­ lien, beispielsweise verzinktes Stahlblech bei der Gußei­ sen- oder Stahlherstellung eingesetzt werden. Schon heute beträgt die Menge der allein in der Stahl- und der Gießerei­ industrie anfallenden, Zink, Blei, Cadmium, Schwefel, Phos­ phor, Natrium und Kalium als Schadstoffe enthaltenden Stäu­ be und Schlämme mehrere Millionen Tonnen, von denen allen­ falls die Hälfte für eine metallurgische Nutzung infrage kommen. Der Grund dafür sind die Schadstoffe und die sehr stark schwankende Zusammensetzung sowie die zum Teil äußerst geringe Teilchengröße, die eine Handhabung sehr erschweren.

Soweit der Wertstoffanteil Konzentrationen erreicht, die eine wirtschaftliche Wiedergewinnung erlauben, kann das Ab­ fallgut entweder repetiert oder einem speziellen Verfahren zur Wiedergewinnung der Wertstoffe zugeführt werden. Bei zahlreichen staub- oder schlammförmigen Abfallstoffen ist die Wertstoffkonzentration jedoch so gering und/oder die Schadstoffkonzentration so hoch, daß aus wirtschaftlichen Gründen oder aus Gründen des Umweltschutzes ein Repetieren oder eine Wiederaufbereitung nicht in Frage kommt. Derartige Abfallstoffe müssen dann deponiert werden, was, wenn ihre Gehalte an wasserlöslichen Schadstoffen die gesetzlich vor­ geschriebenen Höchstgrenzen übersteigen, Sonderdeponien er­ fordert. Damit sind jedoch zunehmend höhere Kosten verbun­ den, da der zur Verfügung stehende Deponieraum immer knap­ per wird und gleichzeitig der Staubanfall wegen der schär­ feren Bestimmungen zur Luftreinhaltung und der verbesserten Abgasreinigung immer größer wird.

Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, Stäube und Schläm­ me metallurgisch zu nutzen. So wurde beispielsweise bereits vorgeschlagen, Stäube aus der Abgasreinigung durch die Wind­ düsen in einen produzierenden Schachtofen einzublasen. Das ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß die Schachtofen­ schmelze mit den im Staub enthaltenen Schadstoffen in Be­ rührung kommt und sich außerdem mit der Zeit eine Aufkon­ zentration der Schadstoffe im Staub der Abgasreinigung des betreffenden Schachtofens ergibt.

Andere Verfahren zielen darauf ab, die äußerst feinkörnigen Abfallstoffe mit einer Teilchengröße von beispielsweise un­ ter 10 µm zu agglomerieren, um sie alsdann im Schachtofen einzusetzen. Das ist jedoch zumeist ohne einen erheblichen Energieaufwand nicht möglich und setzt eine ausreichende Festigkeit des Agglomerats voraus, löst aber nicht das Schadstoffproblem, da die Schadstoffe, wie insbesondere Zink und Blei, leicht flüchtig sind und daher beim Agglome­ rieren, beispielsweise Sintern und beim Einschmelzen ver­ dampfen; sie finden sich dann angereichert erneut im Staub der Abgasreinigung.

Dieser Nachteil läßt sich vermeiden, wenn die Stäube oder Schlämme lediglich kaltpelletiert oder mit Hilfe eines här­ tenden Zusatzes agglomeriert werden. Die Grünfestigkeit sol­ cher Pellets ist jedoch für die weitere Handhabung und insbesondere für einen Einsatz im Schachtofen zumeist nicht ausreichend, während die Verwendung härtender Zusatzstoffe mit erheblichen Kosten verbunden ist. Hinzu kommt, daß die Schadstoffe auf diese Weise nicht aus dem Produktionskreis­ lauf entfernt werden, sich vielmehr in zunehmendem Maße im Staub oder Schlamm der Abgasreinigung anreichern. Um das zu vermeiden, bietet es sich zwar an, die Stäube und Schlämme zunächst zum Entfernen der Schadstoffe zu laugen, die damit verbundenen Kosten sind jedoch erheblich, zumal die bei der Laugung anfallende Schadstofflösung ihrerseits aufbereitet werden muß.

Bekannt ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 29 46 408 auch ein Verfahren zum Beseitigen pulverförmiger Abfall­ stoffe durch Eintragen in eine Schmelze aus silikathaltigem Material, beispielsweise eine metallurgische Schlacke. Ein ähnliches, jedoch auf der Verwendung vorgewärmter Schad­ stoffe basierendes Verfahren beschreibt die europäische Offenlegungsschrift 1 86 224, während nach einem in der deutschen Offenlegungsschrift 37 24 563 beschriebenen Ver­ fahren beim thermischen Behandeln von Abfallstoffen anfal­ lender Flugstaub in die bei demselben Verfahren anfallende, gegebenenfalls mittels Gasbrennern nachgeheizte Schlacke beispielsweise durch Aufblasen eingetragen wird. Ein wesent­ licher Nachteil dieser Verfahren besteht jedoch darin, daß das Aufnahmevermögen der Schlacke für das in aller Regel kalte, allenfalls vorgewärmte Entsorgungsgut begrenzt ist und beim Eintragen zu großer Schadstoffmengen die Gefahr eines Einfrierens besteht. Dies ist um so gravierender, als bei allen metallurgischen Prozessen, insbesondere aber im Hüttenwerk und in der Gießerei, die Schlacke ohnehin nur in begrenzter Menge, teilweise aber auch nur kalt zur Verfü­ gung steht. Kommt es zu einem Einfrieren, dann ist damit ein erheblicher Arbeits- und Zeitaufwand verbunden, da sich eine einmal eingefrorene, zumindest aber nicht mehr fluide Schlacke kaum noch aufschmelzen läßt; denn die geringe Wärmeleitfähigkeit der Schlacke läßt ein Aufschmelzen mit­ tels Brennern innerhalb vernünftiger Zeiten nicht zu. Das dürfte der Grund dafür sein, daß sich die Schadstoffentsor­ gung mit Hilfe flüssiger Schlacken bislang nicht durchge­ setzt hat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zu schaffen, das es erlaubt, schadstoffhaltiges Entsor­ gungsgut bei verhältnismäßig geringem Energieaufwand in ei­ ner Weise zu stabilisieren und damit deponiefähig zu ma­ chen, die ein Entsorgen auf Sonderdeponien erübrigt und bei großem Schluckvermögen die Gefahr eines Einfrierens der Schlacke vermeidet.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem Ver­ fahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß das Ent­ sorgungsgut in eine sich oberhalb eines Eisensumpfs in einem Elektroofen befindende Schlackenschicht eingetragen wird. Die Schlacke kann unmittelbar aus einem metallurgi­ schen Aggregat stammen oder verflüssigt werden. In jedem Falle dient der Eisensumpf nicht nur als elektrischer Lei­ ter bzw. Wärmelieferant, sondern auch als Wärmereservoir, was insofern von erheblicher Bedeutung ist, als beim Eintra­ gen des Entsorgungsguts je nach dessen Zusammensetzung, Konsistenz und zeitlicher Menge zur Schlacken­ menge die Gefahr eines Einfrierens besteht. Der Eisensumpf verhindert dies in Anbetracht des im Vergleich zur Schlacke hohen Schmelzpunkts des Eisens, da im Falle einer zu star­ ken Abkühlung des Systems Eisensumpf/Schlacke zunächst das Eisen seine Dünnflüssigkeit verliert und gegebenenfalls er­ starrt; dem läßt sich jedoch ohne weiteres durch ein ver­ stärktes Nachheizen begegnen, ohne daß die Schlacke bis unterhalb der zulässigen Grenztemperatur abkühlt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Teilchen des Entsorgungsguts in einer verhältnismäßig wasserundurchlässi­ gen Bettungsmasse aus der Schlacke eingekapselt. Der hohe Wärmeinhalt und die Fluidität der Schlacke gewährleisten eine vollständige Aufnahme und eine gute Ver­ teilung der Entsorgungspartikeln; dies insbesondere wenn das Entsorgungsgut in eine fließende Schlacke, beispielsweise in unmittelbarer Nähe des Schlackenabstichs eines Schacht- oder Herdofens eingetragen wird.

Da die Schlackenmenge bei den herkömmlichen Schachtofenver­ fahren etwa 50 bis 80 kg/t beträgt und die Staubmenge je Tonne Eisen etwa 7-10 kg ausmacht, reicht die fühlbare Wärme der Schlacke in jedem Falle für eine Vollentsorgung des Staubs aus der Abgasreinigung aus.

Im einzelnen kann das Entsorgungsgut mit Hilfe eines Träger­ gases oder mechanisch in die Schlacke eingetragen werden, beispielsweise mit Hilfe eines Injektors, einer Tauchlanze, eines Schneckenförderers oder eines Rührwerks. Um die Hand­ habung zu erleichtern, kann das Entsorgungsgut auch zu­ nächst kompaktiert, beispielsweise pelletiert oder verpreßt werden. Die damit verbundene höhere Dichte des Entsorgungs­ guts erlaubt ein besseres Verhältnis Entsorgungsgut/ Schlacke und erhöht damit die Wirtschaftlichkeit des Verfah­ rens.

Um ein Aufschmelzen des Entsorgungsguts und damit ein beson­ ders gutes Einbinden in die Schlacke zu gewährleisten, kann es sich empfehlen, dem Entsorgungsgut ein Flußmittel, bei­ spielsweise Natrium- oder Kaliumoxid, Borax, Basaltmehl oder Soda zuzusetzen. Auf diese Weise läßt sich der Schmelz­ punkt auf etwa 700 bis 800°C senken. Übliche Hüttenstäube bestehen im wesentlichen aus Kieselsäure, Tonerde, Kalzium­ oxid, Eisenoxid, Zinkoxid, Cadmiumoxid, Kaliumoxid, Natrium­ oxid und Kohlenstoff; sie besitzen einen Schmelzpunkt von 850 bis 950°C. Um das Einbringen und die Verteilung in der Schlacke zu verbessern, kann im Bereich der Eintragsstelle aber auch ein Brenner angeordnet sein, dessen Flamme eine lokale Überhitzung der Schlacke bewirkt. Auf diese Weise läßt sich gleichzeitig auch das Entsorgungsgut vorwärmen, um ein allzuschnelles, insbesondere lokales Abkühlen der Schlacke zu vermeiden.

Eine weitere Erleichterung des Einbringens und der Vertei­ lung des Entsorgungsguts in dem Schlackenbad ergibt sich, wenn das Entsorgungsgut mit einem Netzmittel beispielsweise versetzt ist.

Sofern die Schlacke freien Kalk enthält, empfiehlt sich ein Zusatz kieselsaurer Stoffe, insbesondere Abfallstoffe, um den freien Kalk stabil abzubinden.

Das Einbringen des Entsorgungsguts in die Schlacke kann in einem geschlossenen, mit einer Gasabsaugung versehenen Raum, beispielsweise in einer mit einem Deckel versehenen Pfanne oder auch in einem Durchlaufbehälter geschehen. Auf diese Weise lassen sich beim Einbringen des Entsorgungsguts entstehende Dämpfe absaugen. Das Entstehen solcher Dämpfe läßt sich aber auch vermeiden, wenn dem Entsorgungsgut vor dem Eintragen zunächst einzelne Komponenten, beispielsweise die Schadstoffe, entzogen werden. Das kann durch Rösten, Laugen oder Flotieren geschehen.

Ein Aufheizen der Schlackenschmelze durch innere Verbren­ nung ist möglich, wenn das Entsorgungsgut mit Brennstoffen, beispielsweise Kohlenstaub versetzt ist. Da die Schlacke bei hoher Temperatur ein erhebliches Oxidationspotential be­ sitzt, verbrennt der Kohlenstaub in der Schlacke. Mit der Verbrennung ist eine Desoxidation der Schlacke verbunden, die zu einer Erhöhung der Festigkeit und der Dichte der erstarrten Schlacke führt. Die Kohlenstaubverbrennung läßt sich durch Einblasen von Luft oder Sauerstoff noch verbes­ sern.

Zusatzwärme läßt sich jedoch auch mit dem Entsorgungsgut selbst in die Schlackenschmelze einbringen, wenn das Ent­ sorgungsgut vorgewärmt oder auch aufgeschmolzen wird.

Insgesamt bietet somit das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, ein feinkörniges, gegebenenfalls zerkleinertes Entsorgungsgut lösungsbeständig in eine deponiefähige Schlacke einzubinden, ohne daß damit ein hoher apparativer Aufwand oder Energieverbrauch verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels des näheren erläutert.

Im Rahmen eines Laborversuches wurden feingemahlene Schlacke und Filterstaub eines Kupolofens im Verhältnis 100 : 15 gemischt und das Gemisch eingeschmolzen sowie etwa 10 min bei 1400°C gehalten. Nach dem Abkühlen auf Raumtem­ peratur ergab sich eine glasig-grüne Schlacke, in die der Staub vollständig eingebunden war.

Bei einer Eluatanalyse mit entsalztem Wasser 1 + 10 gemäß DIN 38 414-S 4 ergaben sich die folgenden Werte:

Wie sich aus einem Wertevergleich ergibt, übersteigt die Schadstoffkonzentration in keinem Falle die für Deponien der Klasse 1 (Bodenaushub) nach den Bestimmungen des Landes Nordrhein-Westfalen zulässigen Grenzwerte; sie lag in allen Fällen unter der Nachweisgrenze.

Claims (10)

1. Verfahren zum Entsorgen von schadstoffhaltigem Schütt­ gut, insbesondere Filterstäuben und Schlämmen, bei dem das Entsorgungsgut in eine schmelzflüssige Ofenschlacke eingetragen und in der Schlacke verglast wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Entsorgungsgut in eine sich oberhalb eines Eisensumpfs in einem Elektroofen befindende Schlackenschicht eingetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entsorgungsgut mit Hilfe eines Trägergases in die Schlacke eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entsorgungsgut mechanisch in die Schlacke ein­ getragen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entsorgungsgut vor dem Einbringen in die Schlacke kompaktiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Entsorgungsgut vor dem Einbrin­ gen in die Schlacke ein Fluß- und/oder ein Netzmittel zugesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Entsorgungsgut einzelne Kompo­ nenten entzogen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Entsorgungsgut mit Brennstof­ fen versetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Entsorgungsgut vorgewärmt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff in die Schlacke einge­ blasen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entsorgungsgut zunächst ge­ trocknet wird.