AT516906A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Granulieren von schmelzflüssigem Material - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Granulieren von schmelzflüssigem Material, insbesondere Schlacken, bei welchem das schmelzflüssige Material in eine Granulierkarnmer eingebracht wird, in der Wasser als Kühlflüssigkeit vorgehalten wird, wobei das schmelzflüssige Material bevorzugt unter Verdampfen des Wassers abgeschreckt und granuliert wird, wird der pH-Wert des Was~ers durch Zugabe einer Säure gesenkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Granulieren von schmelzflüssigem Material, insbesondere Schlacken, bei welchem das schmelzflüssige Material in eine Granulierkammer eingebracht wird, in der Wasser als Kühlflüssigkeit vorgehalten wird, wobei das schmelzflüssige Material bevorzugt unter Verdampfen des Wassers abgeschreckt und granuliert wird.

Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Mineralische Schmelzen, beispielsweise Hochofenschlacken, werden üblicherweise mit Hilfe von Wasser granuliert, um ein amorphes Produkt zu erhalten, welches in der Glasphase, d.h. einer metastabilen Phase erstarrt. Nach einem Mahlvorgang kann ein derartiges Produkt als hydraulisch aktive Komponente Zementen zugemischt werden. Die Schmelzwärme des Schmelzflusses wird bei einer derartigen Verfahrensweise in eine Niedertemperaturwärme von Wasser übergeführt und ist nicht weiter nutzbar.

Mineralische Schmelzen, beispielsweise Hochofenschlacken, müssen extrem rasch (etwa 103K/sec) unter deren Rekristallisationspunkt (je nach Basizität zwischen etwa 600 und 850°C) gekühlt werden, um ein zementgängiges amorphes Produkt zu erhalten. Unter dieser Rekristallisationstemperatur kann mit einem wesentlich geringeren Kühlgradienten das Auslangen gefunden werden.

Um den Schlacken-Glas-Gehalt des Granulats zu erhöhen und die Schlackenmahlbarkeit gegenüber einer Kaltwassergranulation zu verbessern, ist in der WO 01/051674 Al eine Siedewassergranulation vorgeschlagen worden, bei der die schmelzflüssige Schmelze in ein mit Siedetemperatur vorgelegtes Kühlwasser eingebracht wird. Dadurch steht die latente Verdampfungsenthalpie des Kühlwassers zur raschen Abkühlung zur Verfügung, wodurch der Schlacken-Glas-Gehalt maximiert wird. Das Granulat hat überraschender Weise eine sehr geringe scheinbare Dichte und schwimmt auf dem siedenden Wasser auf, wodurch die Schlackenmahlbarkeit wesentlich gegenüber der Mahlbarkeit bei Verwendung von Kaltwassergranulation verbessert wird. Das Granulat selbst wird mit einer die Siedetemperatur des Wassers übersteigenden Temperatur aus dem siedenden Wasser ausgetragen, wobei das Haftwasser während des Granulataustrages bereits abdampft, sodass unmittelbar ein trockenes Granulat entsteht. Da Wasser gemeinsam mit dem Granulat lediglich in Dampfform ausgetragen wird, besteht auch kein Abwasserproblem. Dampf wird in der Folge kondensiert und gemeinsam mit Zusatzwasser zur Deckung der Wasserdampfverluste dem Granulator rückgeführt. Die bei der Schlacke-Wasser-Reaktion entstehenden Nebenprodukte, wie z.B. H2S verbleiben bei der Kondensation des Wassers in der Gasphase und liegen hier in konzentrierter Form vor, sodass eine sinnvolle und wirtschaftliche Aufarbeitung gelingt.

Neben Hochofenschlacken weisen diverse Schlacken wie z.B. Stahlwerksschlacken, nichteisenmetallurgische Schlacken, künstliche Schlacken wie z.B. Schlacken aus der Primär-Al-Elektrolyse (Spent Potliner mit Kalkträger verschlackt) Störstoffe auf. Dies gilt insbesondere auch für hochproblematische Stäube aus der Metallurgie, der Zementherstellung (Zementofen-Bypassstäube) und der Abfallverbrennung, welche verschlackt werden sollen.

Diese Störstoffe verunmöglichen einerseits die Verwendung als aktives Bindemittel (z.B. in Zementen), andererseits sind diese umweltproblematisch und können teilweise nur in Sondermülldeponien abgelagert werden. Derartige Störstoffe sind z.B. Verbindungen von F, CI, Alkalien, S,

Schwermetalle (z.B. Cr, V, Ni, Mo, Cu, Sn, Zn, Cd, Hg), aber auch Fe und Freikalk bzw. unreagiertes CaO sowie MgO.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, schmelzflüssiges Material, insbesondere Schlacken in energieeffizienter Weise zu granulieren, wobei die genannten Störstoffe in einfacher Art und Weise abgetrennt oder in verwertbare Stoffe umgewandelt werden sollen. Gleichzeitig soll das erhaltene Granulat eine besonders hohe Reaktivität erhalten, um beispielsweise in der Zementindustrie Verwendung finden zu können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannte Art im Wesentlichen vor, dass der pH-Wert des Wassers durch Zugabe einer Säure gesenkt wird. Als Säure kann bevorzugt eine mineralische Säure, insbesondere Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure oder Phosphorsäure, oder eine organische Säure, insbesondere Ameisensäure, Essigsäure, Fettsäure (z.B. Stearinsäure) oder Ligninsulfonsäure, oder Mischungen davon eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Schwefelsäure. Weiters eist eine Mischung wenigstens einer mineralischen Säure mit wenigstens einer organischen Säure bevorzugt.

Die Granulation erfolgt somit unter Verwendung eines Säurebades, wobei sich bei den unterschiedlichsten schmelzflüssigen Einsatzstoffen zahlreiche vorteilhafte Wirkungen ergeben.

Beispielsweise wird durch das Vorhandensein von Schwefelsäure im Granulierwasser eine sulfatisierende Granulation erreicht, bei welcher eine Sulfatisierung auf Mikroebene der erstarrenden Partikel erfolgt. Damit geht eine Erhöhung von Fehlstellen in der Mikrostruktur des granulierten Materials, d.h. der Einbau von Fremdkörpern auf molekularer Ebene einher, wobei die Sulfatisierung zu einer drastischen Steigerung der hydraulischen Aktivität im Rahmen des Einsatzes des Granulats als hydraulisches Bindemittel bzw. als Mischkomponente in Zementen führt. Dadurch kann die Frühfestigkeit des Bindemittels signifikant erhöht werden.

Durch die Wasserverdampfung, welche äußerst energiedicht ist, wird die Schmelze mit über 103 K/sec überaus schnell unter die Rekristallisationstemperatur (je nach Basizität zwischen etwa 600 und 850°C) gekühlt, wodurch das Granulat amorph bzw. nanokristallin (bei einer Basizität CaO/Si02 von größer 1,8) anfällt, was zu optimalen zementtechnologischen Eigenschaften führt.

Dadurch, dass die Schmelze erfindungsgemäß durch verdampfendes Wasser abgeschreckt wird, kommt die Schmelze in geringerem Ausmaß in Kontakt mit flüssigem Wasser, welches zur unerwünschten Vorhydratation von zementtechnologisch hydraulisch aktiven amorphen Schlacken führt (C-S-H- Phasenbildung).

Weiters führt die Zugabe von Schwefelsäure zum Granulierwasser dazu, dass die in der Schlacke enthaltenen

Halogene, insbesondere F und CI, und die enthaltenen Schwefelverbindungen (Sulfite, Sulfide) in die Säureanhydridform (HF, HCl, H2S) umgewandelt werden, welche mit den Dampfbrüden abgezogen und anschließend zur entsprechenden Säure kondensiert werden können. Besonders Flusssäure hat einen hohen Marktwert und kann daher in wirtschaftlich vorteilhafter Weise verwertet werden.

Ein weiterer Effekt der Schwefelsäure ist der, dass in der Schmelze vorhandener Freikalk mit der Schwefelsäure in weitgehend unlöslichen Gips (bevorzugt als Hemihydrat) reagiert, der im Zement als Erstarrungsregler benötigt wird. Es wird somit ein Granulat erhalten, das im Wesentlichen frei von Freikalk ist. Im Falle der Verwendung des Granulats als hydraulisches Bindemittel ist die Anwesenheit von Freikalk aus zementtechnologischer Sicht unerwünscht, weil der Freikalk in Anwesenheit von Wasser expandiert und damit den erwünschten Verbund sprengen würde.

Das vorliegende Verfahren eignet sich nicht nur für die Granulation von Hochofenschlacke, sondern insbesondere auch für die Granulation von Stahlwerksschlacken. Stahlwerksschlacken enthalten in der Matrix eingebettete Alit- und Belit-Anteile, die durch die Wirkung der im Granulierwasser enthaltenen Säure, insbesondere Schwefelsäure, aufgeschlossen bzw. freigelegt werden. Alit (Tricalciumsilicat, kurz C3S) und Belit (Dicalciumsilicat, kurz C2S) sind wichtige Bestandteile von Portlandzementklinker. Das erfindungsgemäß erhaltene Granulat enthält erhöhte Anteile von Alit und Belit und eignet sich daher besonders als hydraulisches Bindemittel bzw. als Bestandteil von Kompositzementen.

Stahlwerksschlacken enthalten weiters hohe Anteile an Eisen- und Schwermetallverbindungen. Schwermetalle, insbesondere Chrom, insbesondere Chrom(VI)-oxid, sind im Zement unerwünscht. Die enthaltenen Schwermetalle sind gut säurelöslich und lösen sich daher ohne Weiteres in dem Säurebad, insbesondere in dem mit Schwefelsäure versetzten Granulierwasser. Eisen geht ebenfalls in Lösung und es entsteht Eisensulfat. Bei Anwesenheit von Na entsteht Natriumsulfat. Eisensulfat und Natriumsulfat können in vorteilhafterweise einer weiteren Nutzung zugeführt werden. Eisensulfat wird beispielsweise in der Abwasseraufarbeitung zur Phosphatfällung eingesetzt.

Stahlwerksschlacken werden oftmals mit Dolomit als Basenbildner versetzt. Aus diesem Grund können Stahlwerksschlacken freies MgO enthalten, das in der Granulierkammer mit der Schwefelsäure zu Magnesiumsulfat reagiert, welches in der Folge abgetrennt werden kann.

Analog können auch eingeschmolzene Stahlwerksstäube granuliert werden, wobei die enthaltenen Schwermetalle sich wie oben beschrieben im Säurebad lösen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich weiters für die Aufarbeitung und das Granulieren von Sekundärschlacken, wie z.B. Pfannenschlacken, Abdeckschlacken- und

Feinungsschlacken. Solche Schlacken sind in der Regel nicht verwertbar und müssen daher deponiert werden. Die Schlacken weisen einen hohen Fluorid-Anteil auf, weil Flussspat zugesetzt wurde, um die Schlacke zu verflüssigen. Im Schwefelsäurebad wird Fluor als Flusssäure freigesetzt, welches in die Gasphase geht und nach einer Kondensation in einfacher Weise abgeschieden werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich weiters für die Aufarbeitung von verbrauchtem kohlenstoffhaltigen Kathodenmaterial, insbesondere verbrauchten Kathodenwannen aus der Aluminiumproduktion. Verbrauchte Kathodenwannen, auch Spent Potliners genannt, fallen in der

Aluminiumproduktion nach dem Hall-Heroult-Prozess in großen Mengen an und stellen aufgrund ihrer hohen Gehalte an Giftstoffen seit jeher ein Problem bei der Entsorgung dar. Spent Potliners werden in einem Vorprozess mit Kalk versetzt und eingeschmolzen. Die Schmelze wird anschließend von Kohlenstoff befreit (z.B. in einem Schachtofen vergast oder in einem Eisenbad aufgelöst) und es entsteht Schlacke, die im Wesentlichen Calciumfluoraluminat enthält. Bei der erfindungsgemäßen Granulierung einer solchen Schlacke unter Verwendung eines Säurebades, insbesondere Schwefelsäure, wird Calciumfluoraluminat in amorphes Calciumsulfoaluminat umgewandelt, wobei weiters Flusssäure entsteht. Calciumsulfoaluminat ist hydraulisch hochreaktiv und wird beispielswiese als Frühfestigkeitsbeschleuniger in Kompositzementen eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Granulation von Entschwefelungsschlacken, die wie folgt entstehen. Roheisen, das aus dem Hochofen kommt, hat einen hohen Schwefelgehalt und wird daher eine Entschwefelung unterzogen. Das Roheisen wird zu diesem Zweck auf Pfannen aufgegeben und mit Calciumcarbid und Calciumoxid versetzt. Das Calcium reagiert mit dem Eisensulfid (FeS) und der Schwefel wird als Calciumsulfid (CaS) in die Schlacke überführt. Die Schlacke wird dann entfernt. Problematisch hierbei ist, dass Calciumsulfid teilweise wasserlöslich ist und damit eine Gefahr für das Grundwasser darstellt. Aus diesem Grund muss die Entschwefelungsschlacke üblicherweise in „abgedichteten Sonderdeponien entsorgt werden. Weiters ist die Entschwefelungsschlacke gefährlich, weil der verbleibende Calciumcarbid-Anteil mit Wasser zu dem leicht entzündlichen Gas Acetylen reagiert.

Beim Granulieren der Entschwefelungsschlacke unter Verwendung eines insbesondere mit Schwefelsäure angesäuerten Granulierwassers und unter oxidierenden Bedingungen wird der Kohlenstoffanteil aus dem Calciumcarbid-Anteil der Schlacke in Wassergas und Ca(0H)2/Ca0 umgewandelt. CaS wird in Ca(0H)2/Ca0 und H2S umgesetzt. H2S kann beispielsweise im Claus-Prozess zu elementarem Schwefel umgesetzt werden oder es kann auf Grund des hohen H2S-Partialdrucks zu Schwefelsäure oxidiert und hydrolysiert werden.

Wie bereits erwähnt können an Stelle von Schwefelsäure auch verschiedene organische Säuren eingesetzt werden, wobei der Carboxylgruppe der jeweiligen organischen Säure offenbar eine positive komplexierende Wirkung auf die Erdalkaliionen (Ca, Mg) zukommt, welche die Anzahl der Fehlstellen im Schlackenglas erhöhen. Außerdem wird dadurch auch die hydrolisierende Wirkung des Granulierwassers weiter herabgesetzt und damit die Schlackenreaktivität im Zement erhöht.

Im Rahmen der Erfindung wird der pH-Wert des Granulierwassers durch Zugabe einer Säure oder eines Säuregemisches reguliert. Mit Rücksicht auf die während der Granulation ablaufenden, oben beschriebenen chemischen

Reaktionen ist der entsprechende Säureverbrauch hierbei durch Nachführung von neuer Säure in das Granulierwasser zu ersetzen. Dabei kann bevorzugt so vorgegangen werden, dass der pH-Wert des Wassers gemessen und die Zufuhr der Säure geregelt wird, um einen vorgegebenen pH-Wert des Wassers zu halten. Es wird somit ein pH-Wert Regelkreis geschaffen, um einen vorgegeben pH-Wert zu gewährleisten. Die pH-Wert Vorgabe orientiert sich an den jeweiligen Umständen. Beispielsweise kann die Stöchiometrie der Salzbildungsreaktionen über die pH-Wert gesteuerte Säurezugabe eingestellt werden.

Bei einer herkömmlichen Wassergranulation weist das Granulierwasser einen pH-Wert von ca. 8-11 auf. Dieser basische Wert entsteht durch die teilweise Hydratisierung der Schmelze im Wasserbad, wobei Ca(OH)2 entsteht. Die Zugabe einer Säure erfolgt im Falle der Granulation von Hochofenschlacke bevorzugt in einer solchen Menge, dass der pH-Wert des Granulierwassers auf einen Wert von ungefähr 6-8 gesenkt wird. Im Falle der Zugabe von Schwefelsäure wird Ca(OH)2 durch die Schwefelsäure abgebunden und dadurch neutralisiert, wobei eine dünne Gipshaut auf der Schlackenpartikeloberfläche entsteht.

Bei der Granulation von Stahlwerksschlacke ist im Vergleich zur Granulation von Hochofenschlacke eine größere Menge von Säure, insbesondere Schwefelsäure erforderlich, um den pH-Wert des Granulierwassers abzusenken. Stahlwerksschlacke enthält freies CaO und FeO, welches mit Schwefelsäure reagiert, sodass lediglich eine Teilmenge der zugeführten Schwefelsäure tatsächlich für die pH-Wert Absenkung nutzbar ist. Bevorzugt wird der pH-Wert durch die Säurezugabe auf einen Wert von ungefähr 5-6 abgesenkt und mittels des oben beschriebenen pH-Wert Regelkreises auf diesem Wert gehalten.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt eine Temperaturabsenkung der mineralischen Schmelze unter deren Rekristallisationstemperatur und Salzzersetzungstemperatur durch die Verdampfung von Wasser, wobei hier der Wasserverdampfungsenthalpie ausschlaggebende Bedeutung zukommt. Das schmelzflüssige Material wird bevorzugt mit einer Temperatur von 1.250 - 1.700°C in die Granulierkammer aufgegeben und schlagartig abgekühlt.

Zur Verbesserung der Kühlleistung kann zusätzlich zur Wasserverdampfung auch die stark endotherme heterogene Wassergasreaktion genutzt werden. Das Verfahren wird in diesem Zusammenhang bevorzugt so durchgeführt, dass Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltige Verbindungen, wie z.B. Kohlenwasserstoffe, in die Granulierkammer eingebracht werden, um eine Wassergasreaktion zu bewirken. Neben dem Vorteil der verbesserten Kühlung bewirkt die Wassergasreaktion die Entstehung von wirtschaftlich verwertbaren gasförmigen Produkte wie insbesondere CO und H2. Hier wird also die fühlbare Schlackenwärme (etwa 450 kWh/t) in sehr vorteilhafter Weise teilweise in chemische Energie umgewandelt.

Die unterstützende Wassergasreaktion ist auch dann sehr vorteilhaft, wenn gewisse Schlackenanteile "in situ" reduziert werden sollen. Die Wassergasreaktion bewirkt beispielsweise ein Reduktion von Chrom(VI)—oxid zu Chrom(III)-oxid. Weiters können eine Zn-Metallisierung, eine Nickelsalzreduktion und eine Phosphatreduktion erfolgen.

Das in der Granulierkammer vorgehaltene Granulierwasser kann als Wasserbad ausgebildet sein, in welches das schmelzflüssige Material hineingegossen wird. Das Wasserbad wird hierbei mit einer solchen Temperatur vorgehalten, dass die durch das schmelzflüssige Material eingebrachte thermische Energie zu einer Verdampfung des Granulierwassers unter gleichzeitgier Abschreckung der Schmelze führt. Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass das schmelzflüssige Material in ein mit Siedetemperatur vorgelegtes Wasserbad eingebracht wird. Die Einbringung der Schmelze erfolgt bevorzugt durch das Innere eines in das Wasserbad eintauchenden, unten offenen Tauchrohrs.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass das flüssige Granulierwasser lediglich in einem unteren Bereich der Granulierkammer in einem Sumpf vorgehalten wird. Das schmelzflüssige Material wird in diesem Fall bevorzugt oberhalb des bevorzugt mit Siedetemperatur vorgelegten Wassersumpfes eingebracht, d.h. nicht unmittelbar ins Wasser gegossen.

Um möglichst feine Partikel zu erreichen, kann die Granulation der Schmelze bevorzugt so durchgeführt werden, dass das schmelzflüssige Material in der Granulierkammer einer mechanischen Desintegration mittels eines Desintegrators unterworfen wird. Der expandierende Wasserdampf unterstützt hierbei die Mahlarbeit zusätzlich. Bevorzugt wird das schmelzflüssige Material dabei unmittelbar auf den Desintegrator aufgebracht. Die mechanische Desintegration wird mit Vorteil mittels eines Rotors vorgenommen, der bevorzugt unmittelbar unter der Aufgabestelle des schmelzflüssigen Materials angeordnet ist, sodass das Material im schmelzflüssigen Zustand auf den Rotor auftrifft. Der Rotor kann hierbei so angeordnet sein, dass seine Rotationsachse mit dem eingebrachten Schmelzestrahl im Wesentlichen fluchtet. Weiters ist es bevorzugt, wenn die Stelle des Auftreffens der Schmelze auf den Rotor von flüssigem Granulierwasser im Wesentlichen freigehalten wird, insbesondere durch das genannte Tauchrohr.

Der Desintegrator ist vorgesehen, um unter anderem Scherkräfte auf die eingebrachte Schmelze auszuüben. Bei einer Ausbildung des Desintegrators als Rotor wird die Schmelze durch die Rotation radial nach außen geschleudert und auf diese Weise weiter zerteilt. Der Desintegrator, insbesondere Rotor weist bevorzugt Leitelemente, wie z.B. Schaufeln auf, an denen eine Kavitation induziert wird. Die Kavitation wird einerseits durch die Scherkräfte begünstigt, welchen die Schlacke auf Grund der Zentrifugalkräfte ausgesetzt wird, andererseits durch die schlagartige Verdampfung des Granulierwassers. Es entstehen im Mikrobereich Dampf-Explosionen gefolgt von Implosionen, wodurch eine überaus intensiver Zerkleinerung der sich bildenden Granulatpartikel erzielt wird. Die hohe Mahlfeinheit der auf diese Art und Weise erhaltenen Schlackenpartikel erhöht das hydraulische Aktivitätspotential, sodass eine zementtechnologische Nutzung begünstigt wird.

Um die hohe thermische Belastung des Rotors insbesondere im Bereich der Aufgabe des schmelzflüssigen Materials zu verringern, sieht eine bevorzugte Verfahrensführung vor, dass das Wasser durch axiale Durchbrechungen des Rotors oder durch wenigstens einen sich in radialer Richtung erstreckenden Kanal des Rotors geleitet wird, wodurch eine Kühlung des Rotors erreicht werden kann. Außerdem wird dadurch eine zusätzliche Kühlwirkung auf das schmelzflüssige Material ausgeübt, weil das durch den Rotor geleitete Wasser nach seinem Austritt in die Granulierkammer als zusätzliches Granulierwasser zur Verfügung steht, dessen Verdampfungsenthalpie eine zusätzliche Kühlwirkung mit sich bringt.

Das Schlackengranulat kann in der Granulierkammer auf eine Temperatur von ca. 150-300°C abgekühlt werden, wobei das dampfförmige Granulierwasser gemeinsam mit dem gebildeten, meist porösen Granulat im ggf. siedenden Wasserbad nach oben geleitet wird. Das dampfförmige Granulierwasser kann gemeinsam mit den Reaktionsgasen, wie z.B. HF, CO, H2 und S02, über einen Gasabzug abgezogen werden. Weiters kann ein Teil des ggf. siedenden Granulationswassers (Granulatlauge) gemeinsam mit dem oben aufschwimmenden Granulat kontinuierlich über einen Überlauf abgezogen werden. Die überhitzten Schmelzepartikel werden durch Abtropf- und Verdampfungsvorgänge vom Haftwasser befreit, was zu einer weiteren Hydraulizitätssteigerung führt, da diese nicht hydratisieren können. Die abgezogene Granulatlauge kann der Granulierkammer als Rücklaufwasser wieder zugeführt werden. Die Granulatlauge enthält gelöste feste Bestandteile, wie z.B. Schwermetalle, FeS04, Na2S04 und dgl., die sich auf Grund der Kreislaufführung des Wassers aufkonzentrieren. Erforderlichenfalls werden die genannten gelösten Bestandteile mittels eines geeigneten Trennaggregats, wie z.B. einem Filter, Sieb, Zyklon, einer Zentrifuge oder dgl. abgetrennt und aus dem Kreislauf ausgeschleust.

Ebenso kann gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante vorgesehen sein, dass das verdampfte Granulierwasser nach einer Kondensation im Kreislauf geführt wird und nach der Rückführung auf Siedetemperatur gebracht wird.

Eine besonders bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die Granulierkammer als Mahlkörpermühle ausgebildet ist und das schmelzflüssige Material mit metallischen Mahlkörpern der Mahlkörpermühle abgeschreckt und die erstarrten Materialpartikel durch die Wirkung der Mahlkörper gemahlen werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen umfassend eine Granulierkammer mit einem Wasserbecken zur Aufnahme eines Wasserbades oder -sumpfes, eine Aufgabeeinrichtung für das schmelzflüssige Material, einen in das Wasserbecken mündenden Wasserzulauf, eine Zufuhr für die Säure und eine Austragsöffnung für das granulierte Material.

Eine bevorzugte Ausbildung sieht vor, dass ein Sensor zur Bestimmung des pH-Werts des im Wasserbecken vorgehaltenen Wassers vorgesehen ist, der mit einer Mengenregelung der Säurezufuhr zusammenwirkt, um den pH-Wert des Wassers auf einem vorgegebenen Wert zu halten.

Die Aufgabeeinrichtung für das schmelzflüssige Material umfasst mit Vorteil ein in die Granulierkammer ragendes Tauchrohr.

Eine bevorzugte Ausbildung sieht vor, dass in der Granulierkammer im Bereich der Materialaufgabe ein

Desintegrator, insbesondere ein Rotor angeordnet ist. Der Desintegrator, insbesondere der Rotor ist hierbei bevorzugt im Wasserbad oder an den Wassersumpf angrenzend angeordnet.

Weiters kann vorgesehen sein, dass der Rotor axiale Durchbrechungen oder wenigstens einen sich in radialer Richtung erstreckenden Kanal zum Durchleiten von Wasser aufweist. Insbesondere kann der Rotor einen bevorzugt in den Aufgabebereich des schmelzflüssigen Materials mündenden Kanal für die Einleitung reaktiver Gase und/oder Wasserdampf aufweisen.

Eine besonders bevorzugte Ausbildung sieht vor, dass an Stelle eines gesonderten, in der Granulierkammer angeordneten Desintegrators, metallische Mahlkörper für die unterstützende Desintegration der erstarrenden Partikel verantwortlich sind. Die Ausführung ist hierbei so getroffen, dass die Granulierkammer als mit metallischen Mahlkörpern gefüllte Mahlkörpermühle ausgebildet ist. Das schmelzflüssige Material wird somit in eine Mahlkörpermühle eingebracht und im Kontakt mit metallischen Mahlkörpern der Mahlkörpermühle abgeschreckt und die erstarrten Materialpartikel werden durch die Wirkung der Mahlkörper gemahlen. Vorzugsweise weist die Mahlkörpermühle ein von einer rotierend antreibbaren Trommel gebildetes Gehäuse auf und ist insbesondere als Kugelmühle, Sturzmühle, Trommelmühle, Rohrmühle oder Siebtrommelmühle ausgebildet.

Auf Grund der Abschreckung des schmelzflüssigen Materials an metallischen Mahlkörpern gelingt eine überaus rasche Abkühlung der Schmelze unter die

Rekristallisationstemperatur, sodass ein hydraulisch aktives, amorphes Produkt mit besonders hoher zementtechnologischer Aktivität entsteht. Die rasche Abkühlung wird dadurch erreicht, dass die metallischen Mahlkörper eine überaus große Oberfläche zur Verfügung stellen, sodass beim Kontakt der Schmelze eine rasche Vergrößerung der spezifischen Oberfläche des Schmelzevolumens stattfindet, um die Wärme möglichst rasch abführen zu können. Ein weiterer Grund für die rasche Abkühlung liegt in der hohen Wärmespeicherzahl, d.h. der auf das Volumen bezogenen Wärmekapazität, der Mahlkörper auf Grund deren Materials, nämlich Metall.

Gleichzeitig werden die erstarrenden Schmelzepartikel durch die mahlende Wirkung der Mahlkörper zerkleinert, wodurch ebenfalls eine Vergrößerung der für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Oberfläche stattfindet.

Die gleichzeitige Abschreckung und Zerkleinerung durch die Mahlkörper führt weiters dazu, dass bereits ein wesentlicher Teil der Zerkleinerungsarbeit im schmelzflüssigen Zustand stattfindet, sodass sich die spezifische Mahlarbeit im Vergleich zur Zerkleinerung im festen Zustand auf etwa die Hälfte reduziert.

Die Schlackenschmelze wird schlagartig an den kalten Mahlkörpern abgekühlt (gequencht) und kommt daher nicht in Kontakt mit flüssigem Wasser, welches zur bekannten Vorhydratation von zementtechnologisch hydraulisch aktiven amorphen Schlacken führt (C-S-H- Phasenbildung). Darüber hinaus aktiviert der im Mahlraum ggf. vorhandene stark überhitzte, drucklose Wasserdampf das zementtechnologische Potential. Die oben beschriebene Mahlwirkung der Mahlkörper, insbesondere die durch diese hervorgerufenen Scherkräfte, vermindern die molekularen Nahordnungszustände signifikant, was zur weiteren Erhöhung des metastabilen Systemzustandes der Schlacke führt. Insbesondere kann eine starke und sehr vorteilhafte Erhöhung der Schlackenzement-Frühfestigkeit festgestellt werden. Somit kann der Zementklinkeranteil von Mischzementen drastisch gesenkt werden und auch die sehr vorteilhafte klinkerfreie, sulfatische Zementanregung („Sulfathüttenzement") durchgeführt werden.

Die zur Abschreckung des eingebrachten schmelzflüssigen Materials erforderliche Kühlleistung wird durch die Verdampfung von Wasser erzeugt, dem erfindungsgemäß eine Säure zugegeben wurde. Die Kühlung erfolgt hierbei durch die Verdampfungswärme an der Oberfläche der Mahlkörper, sodass die Mahlkörper entsprechend gekühlt werden. Die für die Abschreckung des schmelzflüssigen Materials erforderliche Kühlleistung wird somit indirekt, nämlich unter Vermittlung der Mahlkörper, durch Verdampfungswärme zur Verfügung gestellt. Die Mahlkörper werden hierbei als „Zwischenträger" genutzt, welche die erforderliche Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit, die erforderliche Oberfläche und das erforderliche Volumen zur Erhöhung der Wärmeübertragung zur Verfügung stellen. Dabei werden die metallischen Mahlkörper einerseits durch die Verdampfungswärme des Wassers gekühlt und nehmen die entsprechende Wärmemenge andererseits im Kontakt mit dem schmelzflüssigen Material zur Kühlung derselben wieder auf.

Zur Kühlung der Mahlkörper unter Nutzung der Verdampfungswärme ist bevorzugt vorgesehen, dass das erfindungsgemäß pH-Wert regulierte Wasser bzw. der Dampf über eine Vielzahl von Durchbrechungen in den Mahlraum der Mahlkörpermühle eingebracht wird, die in einem den Mahlraum begrenzenden Innenmantel ausgebildet sind. Die Mühle ist hierbei vorzugsweise doppelwandig ausgebildet, wobei zwischen dem Innenmantel und einem Außenmantel ein ringförmiger Hohlraum ausgebildet wird, der mit Wasser beschickbar ist. Es bildet sich hierbei ein Wasserbad, dessen Niveau so gewählt ist, dass ein unterer Teilbereich des Mahlkörperbettes im Wasserbad angeordnet ist. Auf Grund der Wärmeeinwirkung wird das in dem ringförmigen Hohlraum befindliche Wasser zur Verdampfung gebracht und tritt dabei über die im Innenmantel ausgebildeten Durchbrechungen in den Mahlraum ein, wo die benötigte Verdampfungswärme den Mahlkörpern Wärme entzieht und diese kühlt. Auf Grund der Durchbrechungen ergibt sich ein über das Mahlkörperbett (insbesondere in axialer Richtung des Mahlraums) gleichmäßiger Wasser- bzw. Dampfeintrag. In bevorzugter Weise können die Durchbrechungen im Querschnitt gesehen zum Mahlraum hin konvergierend ausgebildet sein bzw. Düsen, insbesondere sich über die axiale Länge des Mahlraums erstreckende Schlitzdüsen, ausbilden, was zur einer Druckverteilung und daher zu einer Vergleichmäßigung des Wasser- bzw. Dampfeintritts in den Mahlraum führt.

Ein bevorzugter Nebeneffekt der Wasser- bzw. Dampfeinbringung über den mit Durchbrechungen versehenen Innenmantel liegt darin, dass die Mahlkörper dadurch zur Vibration gebracht werden können, wodurch der Mahleffekt verbessert und das Auftreten des Leidenfrost-Effekts verringert wird.

Eine weitere bevorzugte Ausbildung sieht vor, dass als Mahlkörper Metallkugeln, insbesondere Stahlkugeln, eingesetzt werden, deren Durchmesser bevorzugt mindestens 15mm, insbesondere mindestens 20mm, beträgt. Auf diese

Weise stellen die Kugeln eine ausreichende Masse zur Verfügung, um die geforderte Mahlleistung sicherzustellen. Weiters wird dadurch eine einfache größenmäßige Unterscheidung zwischen den Mahlkörpern und dem gemahlenen Einsatzmaterial ermöglicht, was z.B. nachfolgende Trennungsschritte erleichtert.

Grundsätzlich können alle Metallkugeln die gleiche Größe aufweisen. Eine Optimierung der Mahlwirkung kann bevorzugt jedoch dadurch erreicht werden, dass die Metallkugeln eine vorbestimmte Größenverteilung aufweisen. Dabei ist eine Größenbandbreite bevorzugt, bei welcher der Kugeldurchmesser zwischen 15 und 30 mm liegt.

Um eine effiziente Mahlwirkung zu gewährleisten, ist die Ausbildung bevorzugt derart weitergebildet, dass die Metallkugeln zur Ausbildung eines bewegten Kugelbetts in Bewegung versetzt werden. Die Ausbildung des bewegten Kugelbetts kann hierbei in verschiedenster Weise erfolgen. Die Kugeln können beispielsweise durch die Wirkung der Strömung eines gasförmigen Mediums, wie z.B. Luft oder Dampf bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Bewegung der Metallkugeln dadurch erzeugt werden, dass die Kugeln von bewegten Mitnehmern in Bewegung versetzt werden, beispielsweise von einem Rührwerk, Schaufeln, Leitplatten oder dgl. mitgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Mahlraum von einer rotierend angetriebenen Trommel gebildet sein, an deren Wand die Kugeln aufsteigen und auf Grund der Schwerkraft danach herabfallen. Die Erfindung sieht in diesem Zusammenhang bevorzugt vor, dass die Mahlkörpermühle als Kugelmühle, Sturzmühlen, Trommelmühle, Rohrmühle, Rührwerkskugelmühle oder Siebtrommelmühle ausgebildet ist. Wie bei allen Mahlkörpermühlen werden in der Kugelmühle Mahlkörper und Mahlgut bewegt. Dadurch kommt es zu Stößen zwischen den Mahlkörpern untereinander und zwischen Mahlkörpern und Wänden. Das Mahlgut wird zerkleinert, wenn es sich zwischen den Körpern befindet.

Die Zerkleinerung der Partikel geschieht somit durch Prall-, Scher- und Stoßbeanspruchung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine erste Ausbildung einer Granuliervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ein zweite Ausführung einer Granuliervorrichtung, Fig. 3 einen Querschnitt einer als Kugelmühle ausgebildeten Granuliervorrichtung, Fig. 4 einen Längsschnitt der Vorrichtung gemäß Fig. 3 und Fig. 5 eine vergrößerte Detaildarstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 3 und 4.

In Fig. 1 ist eine Granuliervorrichtung 1 dargestellt, die eine als Tauchrohr 2 ausgebildete Aufgabeeinrichtung für schmelzflüssiges Material 3 aufweist. Im Inneren der Granuliervorrichtung 1 ist eine Granulierkammer 4 ausgebildet, in der ein Wasserbad mit einer

Wasseroberfläche 5 aufgenommen ist. In das Wasserbad mündet ein Wasserzulauf 6. Der Austrag des granulierten Materials erfolgt über eine Austragsöffnung 7.

Das Tauchrohr 2 taucht bis knapp über einen als Rotor 8 ausgebildeten Desintegrator in das Wasserbad ein, sodass der durch das Tauchrohr 2 eingebrachte Schmelzestrahl 3 unmittelbar auf den Rotor 8 trifft oder lediglich eine geringe Wasserschicht durchsetzt, die jedoch schlagartig verdampft. Der Rotor 8 ist um eine Rotationsachse 9 drehbar gelagert und zur Rotation gemäß dem Pfeil 10 angetrieben. Der Schlackenstrahl 3 wird bevorzugt, wie in Fig. 1 dargestellt, zentral eingebracht, d.h. im Bereich der Rotationsachse 9 des Rotors 8. Im Zentrum 11 des Rotors 8 wiest dieser einen abgerundeten bzw. konvexen Bereich auf, auf welchen der Schmelzestrahl 3 auftrifft und von dort auf Grund der Rotation nach außen geschleudert wird. Der Rotor 8 ist im Wesentlichen am Boden der Granulierkammer 4 angeordnet. Im einem radial inneren, zentralen Teilbereich des Rotors 8 ist unterhalb des Rotors 8 jedoch ein Sumpf bzw. eine Mischkammer 12 ausgebildet, die einen vertieften Bereich der Granulierkammer 4 ausbildet und mit Wasser gefüllt ist. Der Rotor 8 weist axiale Durchbrechungen 13 auf, durch welche das Wasser aus der Mischkammer 12 gesaugt wird.

Der Rotor 8 weist radial außerhalb der axialen Durchbrechungen 13 Leitflächen 14 auf, die als Kavitator wirken. Das Granulierwasser ist nämlich mit einer solchen Temperatur vorgelegt, dass es im Bereich der Einbringung des Schmelzestrahls 3 bzw. im Bereich des Rotors 8 auf Grund der mit der Schmelze eingebrachten thermischen Energie schlagartig verdampft. Der expandierende Dampf verursacht gemeinsam mit den durch den Rotor 8 verursachten mechanischen Kräften, insbesondere Scherkräften, eine Mahlwirkung auf die erstarrenden Schmelzepartikel, sodass ein überaus feinkörniges Granulat entsteht. An den Leitflächen 14 führt der expandierende Dampf im Zusammenspiel mit den genannten Kräften im Mikrobereich zu Dampf-Explosionen gefolgt von Implosionen, d.h. zu Kavitation, wodurch eine überaus intensiver Zerkleinerung der sich bildenden Granulatpartikel erzielt wird.

Zur Kühlung des zentralen Bereichs 11 des Rotors 8 ist ein Zuführkanal 15 vorgesehen, der im Inneren der Welle 16 des Rotors 8 verläuft und im zentralen Bereich 11 zur Ausbildung radialer Kanäle 17 radial umgelenkt wird. Über den Zufuhrkanal 15 und die radialen Kanäle 17 kann beispielsweise Wasser oder Dampf zur Kühlung des zentralen Bereichs 11 des Rotors 8 zugeführt werden. Weiters können über den Zufuhrkanal 15 und die radialen Kanäle 17 reaktive Gase, wie z.B. O2, Luft, Cl2, S02, CH4 und/oder Kohlestaub bzw. Kohlenwasserstoffe gemeinsam mit Luft/02 oder Wasser eingebracht werden.

Die erstarrten Schmelzepartikel 18 verlassen den Rotor 8 im radial äußeren Bereich desselben und steigen auf Grund ihrer geringen Dichte im, bevorzugt siedenden, Wasserbad nach oben. Dabei kann ein Leitapparat 25 vorgesehen sein, welcher beispielsweise Schaufelkörper umfasst. An der Badoberfläche 5 werden die erstarrten Schmelzepartikel 19 gemeinsam mit dem Granulierwasser über die als Überlauf ausgebildete Austragsöffnung 7 ausgetragen.

Die gasförmigen Bestandteile werden über einen schematisch mit 21 dargestellten Reaktionsgasabzug abgezogen, wobei es sich um Wasserdampf sowie beispielsweise HF, CO, H2 und S02 handelt.

Dem Wasserbad wird nun eine Säure, insbesondere Schwefelsäure zugegeben, um den pH-Wert des Granulierwassers abzusenken. Die Zugabe der Säure erfolgt über die Wasserzufuhr 6. Die Säure wird dem in die Mischkammer 12 zuzuführenden Wasser bei 19 zugesetzt. Die Mengenregelung der Säurezumischung erfolgt hierbei in Abhängigkeit von Messwerten eines pH-Sensors 20 in einer

Weise, dass ein vorbestimmter pH-Wert des Wasserbads erzielt oder gehalten wird.

Die Wasserzufuhr wird durch Rücklaufwasser gespeist, welches aus der Austragsöffnung 7 gewonnen wird. Die über die Austragsöffnung abgezogene Granulatlauge wird zu diesem Zweck wenigstens einem Abtrennungsschritt unterworfen, in dem das erhaltene Granulat abgetrennt wird. Das auf diese Art und Weise erhaltene Rücklaufwasser wird über die Leitung 22 rückgeführt. Zum Ausgleich von verdampftem Wasser wird dem rückgeführten Wasser bei 23 Zusatzwasser beigemischt.

Zur Abtrennung von im Rücklaufwasser enthaltenen, insbesondere dort gelösten Bestandteilen, wie z.B. FeS04, Na2SC>4 und verschiedene Schwermetalle, kann eine Teilmenge des Wassers bei 24 ausgeschleust werden.

Bei der abgewandelten Ausbildung gemäß Fig. 2 ist das Granulierwasser lediglich als Sumpf vorgelegt, und zwar in der Kammer 12 unterhalb des Rotors 8. In den Sumpf wird über die Leitung 26 Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoffe eingebracht, um in der Granulierkammer 4 zusätzlich zur Granulation (mit Hilfe des verdampfenden Wassers aus der Kammer 12) eine Wassergasreaktion zu bewirken. Die erstarrten Schmelzepartikel werden bei dieser Ausführung gemeinsam mit dem Wasserdampf und dem sich bildenden Wassergas über die Austragsöffnung 7 abgezogen und im Zyklonabscheider 27 wird das Schmelzegranulat 18 von den Reaktionsgasen (CO/H2) und vom H20-Dampf getrennt. Über den Kanal 15 kann Druckwasser eingebracht werden.

In Fig. 3 und 4 ist eine als Kugelmühle ausgebildete Granulationsvorrichtung dargestellt. In Fig. 3 ist eine Kugelmühle 28 im Querschnitt dargestellt, deren zylindrische Trommel 29 um die Rotationsachse 30 drehbar gelagert ist. Im Betrieb wird die Trommel 29 zu Rotation in Richtung des Pfeils 31 angetrieben. Die Trommel 29 weist einen Außenmantel 32 und einen den Mahlraum 33 begrenzenden Innenmantel 34 auf. Zwischen dem Außenmantel 32 und dem Innenmantel 33 wird ein ringförmiger Hohlraum 35 ausgebildet, der über eine Vielzahl von regelmäßig über den Umfang des Mahlraums 33 verteilten, vorzugsweise schlitzförmigen Durchbrechungen 36 mit dem Mahlraum 33 verbunden ist.

Koaxial zur Rotationsachse 30 mündet ein Schlackeneintrag 37 in den Mahlraum 33, wobei der Schlackeneintrag einen im Inneren des Mahlraums 33 zentrisch angeordneten Schlacken-Tundish 38 aufweist, dessen schlitzförmige Eintragsöffnung 39 sich in axialer Richtung der Trommel 29 erstreckt und innerhalb des Mahlraums 6 außermittig angeordnet ist.

Die Trommel 29 weist an der dem Schlackeneintrag 37 gegenüberliegenden Seite eine zur Rotationsachse 30 koaxiale Austragsöffnung 40 auf, an welche eine Austragsleitung 41 angeschlossen ist (Fig. 4).

An Stelle des mit Durchbrechungen versehenen Innenmantels 34 oder zusätzlich zu diesem ist im Inneren des Mahlraums 33 ein sich in axialer Richtung der Trommel 29 erstreckender Sprühbalken 42 angeordnet, dessen Sprühöffnungen nach unten gerichtet sind.

Im Inneren des Mahlraums 33 ist ein Metallkugelbett 43 vorgesehen, dessen Metall-, insbesondere Stahlkugeln, die Mahlkörper der Kugelmühle 28 bilden. Die Metallkugeln werden im Betrieb der Kugelmühle 28 durch die in Richtung des Pfeils 31 rotierende Trommel 29 wie in Fig. 3 gezeigt nach oben hin mitgenommen (Pfeil 44) und fallen nach Erreichen einer kritischen Höhe auf Grund der Schwerkraft wieder nach unten (Pfeil 45).

Im Betrieb der Kugelmühle 28 wird, wie mit 46 angedeutet, Wasser in eine in der Trommel 29 angeordnete Wasserzulauf-Ringkammer 20 geleitet, die durch ein Diaphragma 48 vom Mahlraum 33 getrennt ist. Das Diaphragma 48 ist nur im Bereich der Wasserzulauf-Ringkammer 47 flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet, sodass die Wasserzulauf-Ringkammer 47 ein in der Mahlraum 33 ausgebildetes Wasserbad 49 speist, das sich stets im Bodenbereich der Trommel 29 befindet. Insbesondere füllt das Wasser des Wasserbads 49 den ringförmigen Hohlraum 35 zwischen dem Außenmantel 32 und dem Innenmantel 34 der Trommel 29. Wie in der Detailansicht gemäß Fig. 5 ersichtlich, weist der ringförmige Hohlraum 35 eine Vielzahl von in axialer Richtung der Trommel 29 verlaufende Trennwände 50 auf, sodass im ringförmigen Hohlraum 35 eine Vielzahl von in Umfangsrichtung aneinander anschließenden Kammern 51 ausgebildet werden. Jede Kammer 51 ist hierbei über eine schlitzförmige Durchbrechung 36 mit dem Mahlraum 33 verbunden, wobei die schlitzförmigen Durchbrechungen 36 zum Mahlraum 33 hin konvergierende Wände 52 aufweisen, sodass sich ein Düseneffekt ergibt.

Bei rotierender Trommel 39 wird nun über den Schlacken-Tundish 38 Hochofenschlacke 53 mit einer Temperatur von 1300 - 1600°C in den Mahlraum 33 eingebracht, wobei die Hochofenschlacke 53 auf das Kugelbett 43 gelangt, welches eine Temperatur von höchstens 400 - 600°C aufweist. Die Schlacke wird an der Oberfläche der Metallkugeln des Kugelbetts 16 schlagartig abgekühlt. Gleichzeitig erfolgt auf Grund der Bewegung der Kugeln eine Zerteilung der Schlacke in erstarrende Partikel. Die erstarrenden Partikel werden durch den Mahleffekt des Kugelbetts 43 außerdem weiter zerkleinert, bis sie eine minimale Oberkorngrenze von z.B. 60pm aufweisen, um aus der Kugelmühle 28 ausgetragen werden zu können. Die Partikel werden in der Kugelmühle 28 so weit gekühlt, dass sie beim Austragen eine Temperatur von 600 - 800°C oder tiefer aufweisen. Die Kugelmühle 28 kann hierbei so ausgestaltet sein, dass sie wenigstens zwei in axialer Richtung aneinander anschließende Mahlräume aufweist, die durch eine Siebvorrichtung miteinander in Verbindung stehen, und deren Mahlkörper so bemessen sind, dass in jedem Mahlraum eine zum vorangehenden Mahlraum höhere Mahlfeinheit erzielt wird. Alternativ ist auch ein Mühlekaskade denkbar. Je länger die Verweildauer der Partikels in der Mühle ist, desto tiefer werden die gemahlenen Partikel gekühlt, sodass die exergetische Ausnutzung weiter verbessert werden kann.

Gleichzeitig mit der Abkühlung der Schlacke an den Kugeloberflächen erfolgt durch die Wirkung des Wasserbads 49 eine kontinuierliche Abkühlung der Metallkugeln. Das Wasser wird durch die mit der Schlacke eingebachte Wärme zur Verdampfung gebracht, wobei Verdampfungswärme benötigt wird, die den Metallkugeln zum Zwecke von deren Kühlung entzogen wird. Das verdampfende Wasser entweicht hierbei auf Grund der schlagartigen Volumsvergrößerung über die als Schlitzdüsen ausgebildeten Durchbrechungen 36 aus den

Kammern 51, wobei der Düseneffekt auf Grund des Druckgradienten zu einer axialen Vergleichmäßigung der ausströmenden Dampfmenge führt. Der aus den Kammern 51 ausströmende Dampf führt zu einer zusätzlichen mechanischen Einwirkung auf die Kugeln des Kugelbetts 43, sodass diese zu Vibrationen angeregt werden, was den Mahleffekt verbessert.

Im Inneren der Mahlkammer bildet sich ein Gemisch aus Heißdampf und dem Staub der gemahlenen Schlackenpartikel. Das Heißdampf/Staub-Gemisch wird über die Austragsöffnung 40 und die Austragsleitung 41 abgeführt.

Claims (22)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zum Granulieren von schmelzflüssigem Material, insbesondere Schlacken, bei welchem das schmelzflüssige Material in eine Granulierkammer eingebracht wird, in der Wasser als Kühlflüssigkeit vorgehalten wird, wobei das schmelzflüssige Material bevorzugt unter Verdampfen des Wassers abgeschreckt und granuliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des Wassers durch Zugabe einer Säure gesenkt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Säure eine mineralische Säure, insbesondere Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure oder Phosphorsäure, oder eine organische Säure, insbesondere Ameisensäure, Essigsäure, Fettsäuren (z.B. Stearinsäure) oder Ligninsulfonsäure, oder Mischungen hiervon eingesetzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des Wassers gemessen und die Zufuhr der Säure geregelt wird, um einen vorgegebenen pH-Wert des Wassers zu halten.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzflüssige Material in ein mit Siedetemperatur vorgelegtes Wasserbad oder oberhalb eines mit Siedetemperatur vorgelegten Wassersumpfes eingebracht wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzflüssige Material in der Granulierkammer einer mechanischen Desintegration mittels eines Desintegrators unterworfen wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Desintegration mittels eines Rotors vorgenommen wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Desintegrator zumindest teilweise in einem Wasserbad oder an einen Wassersumpf angrenzend angeordnet ist.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser durch axiale Durchbrechungen des Rotors oder durch wenigstens einen sich in radialer Richtung erstreckenden Kanal des Rotors geleitet wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das verdampfte Wasser nach einer Kondensation im Kreislauf geführt wird und nach der Rückführung auf Siedetemperatur gebracht wird.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulierkammer als Mahlkörpermühle ausgebildet ist und das schmelzflüssige Material mit metallischen Mahlkörpern der Mahlkörpermühle abgeschreckt und die erstarrten Materialpartikel durch die Wirkung der Mahlkörper gemahlen werden.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoff und/oder kohlenstoffhaltige Verbindungen, wie z.B. Kohlenwasserstoffe, in die Granulierkairimer eingebracht werden, um eine Wassergasreaktion zu bewirken.
12. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfassend eine Granulierkammer mit einem Wasserbecken zur Aufnahme eines Wasserbades oder -sumpfes, eine Aufgabeeinrichtung für das schmelzflüssige Material, einen in das Wasserbecken mündenden Wasserzulauf, eine Zufuhr für die Säure und eine Austragsöffnung für das granulierte Material.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Bestimmung des pH-Werts des im Wasserbecken vorgehaltenen Wassers vorgesehen ist, der mit einer Mengenregelung der Säurezufuhr zusammenwirkt, um den pH-Wert des Wassers auf einem vorgegebenen Wert zu halten.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgabeeinrichtung für das schmelzflüssige Material ein in die Granulierkammer ragendes Tauchrohr umfasst.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Granulierkammer im Bereich der Materialaufgabe ein Desintegrator, insbesondere ein Rotor angeordnet ist.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Desintegrator, insbesondere der Rotor im Wasserbad oder an den Wassersumpf angrenzend angeordnet ist.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor axiale Durchbrechungen oder wenigstens einen sich in radialer Richtung erstreckenden Kanal zum Durchleiten von Wasser aufweist.
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor einen bevorzugt in den Aufgabebereich des schmelzflüssigen Materials mündenden Kanal für die Einleitung reaktiver Gase und/oder Wasserdampf aufweist.
19. 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulierkammer als mit metallischen Mahlkörpern gefüllte Mahlkörpermühle ausgebildet ist.
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlkörpermühle ein von einer rotierend antreibbaren Trommel gebildetes Gehäuse aufweist, und insbesondere als Kugelmühle, Sturzmühlen, Trommelmühle, Rohrmühle oder Siebtrommelmühle ausgebildet ist.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlkörper von Metallkugeln, insbesondere Stahlkugeln, gebildet sind, deren Durchmesser bevorzugt mindestens 15mm, insbesondere mindestens 20mm, beträgt.
22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlkörpermühle einen den Mahlraum begrenzenden, mit Durchbrechungen versehenen Innenmantel und einen Außenmantel aufweist, wobei der Innen- und der Außenmantel einen ringförmigen Raum begrenzen, der das Wasserbecken ausbildet und mit dem Wasserzulauf verbunden ist.