EP0912454A2 - Verfahren zum herstellen von isolierwolle - Google Patents

Verfahren zum herstellen von isolierwolle

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Publication number
EP0912454A2
EP0912454A2 EP98909209A EP98909209A EP0912454A2 EP 0912454 A2 EP0912454 A2 EP 0912454A2 EP 98909209 A EP98909209 A EP 98909209A EP 98909209 A EP98909209 A EP 98909209A EP 0912454 A2 EP0912454 A2 EP 0912454A2
Authority
EP
European Patent Office
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slag
slags
steam
liquid
weight
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98909209A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Edlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Holcim Ltd
Original Assignee
Holderbank Financiere Glarus AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Holderbank Financiere Glarus AG filed Critical Holderbank Financiere Glarus AG
Publication of EP0912454A2 publication Critical patent/EP0912454A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00—Fibre or filament compositions
    • C03C13/06—Mineral fibres, e.g. slag wool, mineral wool, rock wool
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/0203—Cooling non-optical fibres drawn or extruded from bushings, nozzles or orifices
    • C03B37/0206—Cooling non-optical fibres drawn or extruded from bushings, nozzles or orifices by contacting of the fibres with liquid or mist
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/0203—Cooling non-optical fibres drawn or extruded from bushings, nozzles or orifices
    • C03B37/0213—Cooling non-optical fibres drawn or extruded from bushings, nozzles or orifices by forced gas cooling, i.e. blowing or suction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/06—Manufacture of glass fibres or filaments by blasting or blowing molten glass, e.g. for making staple fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/002—Use of waste materials, e.g. slags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00—Fibre or filament compositions

Definitions

  • the invention relates to a method for producing insulating wool and in particular to a method with which it is possible to dispose of residual slag and waste slag, the disposal of which was previously relatively complex, in a particularly simple manner for a new use.
  • Steel slags such as LD slags, usually have a high basicity.
  • CaO / SiO 2 the slag basicity, is usually close to 3 in the case of steel slags, such steel slags generally also being able to contain relatively high iron oxide contents of 20 to 25% by weight.
  • the Al2O3 content is also low, so that slags of this kind are unsuitable for the production of insulating wool for many reasons.
  • Basalt has traditionally been used for insulating wool, and in order to ensure favorable thermal insulation values and simple processing, the starting products for the production of insulating wool must have a slag basicity which is far below 1.
  • Waste incineration slags such as those produced by complete oxidation of household waste or RESH, usually contain SiO 2 in amounts of over 40% by weight, Al 2 O 3 in amounts of 7 to 15% by weight and CaO in amounts of 10 to 15% by weight.
  • SiO 2 in amounts of over 40% by weight
  • Al 2 O 3 in amounts of 7 to 15% by weight
  • CaO in amounts of 10 to 15% by weight.
  • more or less high proportions of non-ferrous metal oxides and Fe2 ⁇ 3 are present in quantities of 5 to 10% by weight in waste incineration slags.
  • Waste incineration slags are to be referred to as acidic slags, the previous proposal to continue using such slags being limited to the acidic slags of the strongly basic steel slag to achieve a synthetic blast furnace slag.
  • refuse incineration slag can generally not be used directly, and it has already been proposed to subject refuse incineration slag to a reduction for its use in mixed cement production after the complete oxidation, in particular in order to reduce the excessive proportions of chromium, zinc, nickel, copper and partially reduce iron oxide levels that are too high accordingly.
  • Such a slag, freed from non-ferrous metals, represents a cheap starting slag for the production of insulating wool, and the invention aims in particular to bring the relatively high amounts of such acidic slags to a sensible and new use for the production of insulating wool.
  • the process according to the invention consists essentially in the fact that liquid acidic slags, such as garbage slags, slags from the combustion of RESH or slags from non-ferrous metallurgy with a basicity CaO / SiO 2 between 0.15 and 0.5 and one Al2 ⁇ 3 ⁇ content of 10 to 25 wt.% And 2 to 15 wt.% Iron oxides, based on the total weight of the slag, are passed over a centrifugal wheel and / or jet nozzles driven by gas or steam and then cooled in a controlled manner.
  • liquid acidic slags such as garbage slags
  • Iron oxides based on the total weight of the slag
  • slags from non-ferrous metallurgy have the most favorable conditions in terms of basicity, these slags being generally subjected to a slag reduction known per se in a first process step in order to reduce non-ferrous metals accordingly .
  • a slag reduction known per se in a first process step in order to reduce non-ferrous metals accordingly .
  • the here Slag is passed over a centrifugal wheel and / or a jet nozzle driven with gas or steam and then solidified.
  • the slag basicity is advantageously chosen to be between 0.2 and 0.4 in order to facilitate processing into fibers or insulating wool (“continuous fiber formation”).
  • the process according to the invention is carried out in such a way that the acidic slags have a composition of 40 to 55% by weight SiO 2, 10 to 20% by weight CaO, 10 to 20% by weight Al 2 O 3 r remainder iron oxides and customary impurities, is set.
  • the acidic slags have a composition of 40 to 55% by weight SiO 2, 10 to 20% by weight CaO, 10 to 20% by weight Al 2 O 3 r remainder iron oxides and customary impurities, is set.
  • liquid slags can be mixed with water, water vapor and / or air / water mixtures and the evaporated water can be expelled together with the solidifying slag via nozzles.
  • the desired most favorable composition for the acidic starting slag, which is subsequently processed into wool, can also be produced in a simple manner by adding basalt in amounts of 5 to 50% by weight to the molten slags.
  • a particularly advantageous implementation of the method according to the invention can be achieved in that the liquid slag is discharged into a shaft by blowing water vapor at a pressure between 1.5 and 15 bar, preferably 2 to 10 bar, under the influence of gravity in the form of a pipe that the jacket is pressurized with low-pressure water, preferably with a pressure between 1 and 6 bar, and that the cooled and fibrous material is drawn off and discharged from the shaft via a reel.
  • Such a procedure allows the liquid slag to be discharged, as it were, with a core of low-pressure water vapor and / or compressed air, an annular nozzle for supplying low-pressure water opening immediately after the outlet, for example at the slag outlet of a slag tundish, which cools the jacket and simultaneously cools the jacket Fiber centered.
  • This additional application of low-pressure water in particular in the pressure range between 1 and 6 bar, makes it possible in particular if, as corresponds to a preferred development of the method according to the invention, the liquid slag is subjected to gases before the slag discharge with water vapor and / or compressed air and preferably saturated, to increase the porosity, which results in a particularly fine-fiber structure when cooling. stand.
  • the porous glass-like structure of the fiber is permeable to water vapor and impermeable to water, so that as a result the insulating capacity is significantly increased and the removal of moisture in the insulating material is further improved.
  • the structure of the fiber is initially produced in a disordered manner and can be improved by a corresponding pull on the fiber strands or by an appropriately directed gas flow.
  • the procedure is advantageously such that a downward steam flow is maintained in the shaft by sucking off the steam near the exit of the fibrous material from the shaft.
  • the structure of the fiber in the not yet fully hardened state can also be significantly improved by braking and stretching the fibrous material in front of the reel.
  • chopping can then also be carried out with the formation of a fiber stack.
  • Al2 ⁇ 3 carriers such as, for example, comminuted used catalysts and, in particular, embroidery catalysts are used.
  • the aluminum-containing grinding dusts which are problematic in terms of waste technology, as they occur in motor production, are also suitable for The required aluminum oxide content, preferably proceeding in such a way that the AI2O3 content of the slag is adjusted by adding used catalysts to the extent of up to 25% by weight or grinding dust containing Al and the liquid slag thus formed is placed over a metal bath for reduction of metal oxides are reduced before they are discharged with steam.
  • the addition of grinding dusts which may contain more than 50% by weight of AI2O3 due to the high corundum content, the addition of about 10% by weight to the slag is sufficient to bring the AI2O3 content to the desired values.
  • the target basicity is not reached, it can be adjusted with quicklime, steel slag or blast furnace slag, whereby the addition of the liquid copper shaft slag as well as additives containing aluminate, such as old catalysts and grinding dusts, directly into an iron bath reactor or a metal bath reactor with a corresponding liquid metal template , which enables the desired reduction.
  • an iron-nickel alloy or another metal bath depending on the proportion of metal oxides to be reduced, can be present in the metal bath, whereby a particularly valuable metal regulation can be obtained when old catalysts are used, since this regulator also contains platinum in accordance with the amount of catalyst introduced.
  • the metal regulation obtained can be worked up in appropriate smelters, the correspondingly cleaned slag melt being able to be spun in a particularly simple manner by means of steam nozzles to form slag wool, filament or staple fiber.
  • the removal of copper, nickel, chromium, zinc, lead and other pollutants from waste incineration slags or slags from non-ferrous metallurgy is achieved in a particularly simple manner in a metal bath reactor, it being possible, for example, to use iron bath reactors.
  • the reduction achieved in such a reactor reduces the respective oxidic metal oxides to metals, so that metal alloys and a high-purity acidic slag are obtained, which are immediately used for the production of insulating wool can be used.
  • a suitable composition with respect to SiO 2 - CaO and FeO is generally obtained directly from waste slags.
  • the required settings are usually limited to a CaO and AI2O3 addition, since the desired slag basicity is immediately available.
  • slightly basic blast furnace slag can also be added in small quantities. Blast furnace slags have a much lower basicity than steel slags, so that the addition of smaller amounts of blast furnace slag still results in a sufficiently acid slag.
  • copper shaft furnace slag was processed in molten form with the following composition immediately after the shaft furnace.
  • the denitrification catalysts had the following chemical composition:
  • the desired basicity and the desired Al 2 O 3 content could be set by using grinding dusts of this composition in an amount of about 10% by weight, the fiber production preferably being carried out in a device as shown schematically in the drawing.
  • 1 shows a first schematic view of the device, partly in section, and FIG. 2 shows a modified embodiment.
  • Fig. 1, 1 schematically denotes a melt tundish in which a gas-saturated Fayalitic slag was introduced after the reduction of the heavy metals or non-ferrous metals. Due to the conversion of the SiO 2 components with the FeO to fayalite, the melt did not contain any free SiO 2 and therefore immediately led to a harmless material in which SiO 2 was bound by Fayalite.
  • the molten slag was pressed out in the form of a calibration nozzle 3 by blowing water vapor or wet steam through a nozzle 2 at a pressure between 2 and 10 bar, the slag jet leaving the calibration nozzle 3 in tubular form and entering a spinning shaft 4.
  • an annular nozzle 5 is provided, via which low-pressure water for fiber centering and for cooling the jacket of the tubular slag jet is introduced, the measure maximizing the porosity of the material in the case of gas-saturated Fayalitic slags.
  • the fibers subsequently formed in the shaft 4 by glass-like solidification were male-oriented by means of a gas flow which was markedly set in the direction of the arrow 6, the vapors being withdrawn at 7 via a steam generator for heat recovery.
  • the still plastic, but largely solidified material was drawn off via a deflection roller 8 onto a reel, brake rollers 9 being provided in order to still stretch the fibrous material (filament) between the brake rollers 9 and the take-off reel 10.
  • acceleration rollers 11 can be formed for stretching.
  • 4 radial or long slot nozzles 12 for water are additionally arranged on the spinning shaft.
  • the water can be supplied to the nozzles 12 as low-pressure water or under pressure in the range up to 20 bar, which increases the tendency to form threads.
  • gravity and steam jet act as acceleration forces. The longer these forces (especially the steam jet) can act on the still slag tube, the thinner it becomes. It is therefore important that as little heat as possible is dissipated in the calibration nozzle.
  • the melt must still be liquid here so that an impulse effect (impulse exchange) on the slag tube is possible via the steam jet (compressed air) impulse via frictional forces. Steam (compressed air) has a very low heat capacity compared to liquid water. This means that only an extremely small amount of heat is transferred to the propellant water vapor (compressed air) in the calibration nozzle. The actual heat dissipation then takes place using the low-pressure water.
  • the number of threads formed depends on the diameter of the calibration nozzle and the blowing agent flow rate.
  • a large diameter of the calibrating nozzle and a turbulent blowing agent flow result in a relatively high number of threads.
  • a high vapor pressure (propellant pressure) as well as a long calibration nozzle result in a relatively fine titer.
  • RESH slag was also used in such a device.
  • RESH has a relatively high calorific value of 10,000 to 16,000 kJ / kg, since RESH contains a high proportion of organic substances such as waste oils, plastic, wood or the like.
  • RESH contains highly toxic heavy metal compounds and especially copper, zinc and lead. Due to the high calorific value, approximately the same amount of basalt can be melted when such light shredder fractions are melted, whereby the additives required to adjust the basicity and the aluminum oxide content can also be slagged. Limestone can ratures are added immediately as calcium carbonate and is calcined at the same time as melting.
  • Scrapped RESH typically contains 44% by weight of inorganic components and 56% by weight of combustible components as well as water.
  • a typical RESH analysis is given below:
  • the oxidized slag melt was then further treated in an iron-nickel bath reactor, with all metals which are more noble than iron being reduced into the metal bath. Iron, what remains in the slag is divalent and is dissolved in the Fayalitic slag.
  • This Fayalitic slag leads to a substantial lowering of the melting point and thus a substantial improvement in the slag handling.
  • the slag melt was then spun with the steam nozzle into insulating wool and conventionally processed into insulating mats. These fibers can e.g. textured as "filament” (continuous fibers) and woven into mats. However, "staple fibers" can also be produced, which are then spun conventionally.
  • the third advantageous possibility is the production of fleece mats. Since the material obtained does not contain any free silica, since SiO 2 is bound in the fayalite, the resulting insulating fiber is physiologically harmless. The water vapor that is used in the spinning process leads to a porous glass-like structure of the fiber, as a result of which particularly good insulating properties have been achieved.
  • the insulating mats produced had excellent thermal insulation properties up to approx. 800 ° C, whereby the mats also have fire-retardant properties.
  • the mats are also suitable for low-temperature insulation.
  • a very advantageous further possible use is to process the drawn continuous filament on special weaving machines into refractory fabrics. These tissues are then e.g. evaporated (coated) in a vacuum and at elevated temperature using metallic aluminum. Such fabrics are e.g. used as fire protection barriers (fire protection suits, hoses, etc.) with advantage.
  • the material described can also be used as a high-temperature filter material for dust separation at gas temperatures up to 800 ° C.

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Abstract

In einem Verfahren zum Herstellen von Isolierwolle werden flüssige saure Schlacken, wie z.B. Müllschlacken, Schlacken aus der Verbrennung von RESH oder Schlacken aus der NE-Metallurgie mit einer Basizität CaO/SiO2 zwischen 0,15 und 0,5 und einem Al2O3-Gehalt von 10 bis 25 Gew.-% sowie 2 bis 15 Gew.-% Eisenoxiden bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlacke über ein Schleuderrad und/oder mit Gas oder Dampf getriebene Strahldüsen geleitet und anschließend kontrolliert gekühlt.

Description

Verfahren zum Herstellen von Isolierwolle
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Isolierwolle und insbesondere auf ein Verfahren, mit welchem es gelingt, Restschlacken und Abfallschlacken, deren Entsorgung bisher relativ aufwendig war, in besonders einfacher Weise einer neuen Verwendung zuzuführen.
Stahlschlacken, wie beispielsweise LD-Schlacken, weisen übli- cherweise eine hohe Basizität auf. CaO/Siθ2, die Schlackenbasi- zität, liegt bei Stahlschlacken üblicherweise nahe 3, wobei derartige Stahlschlacken in der Regel auch relativ hohe Eisenoxidgehalte im Ausmaß von 20 bis 25 Gew.% enthalten können. Auch der AI2O3 -Gehalt ist gering, sodaß sich derartige Schlacken aus vie- len Gründen nicht für die Herstellung von Isolierwolle eignen. Für Isolierwolle wurde bisher üblicherweise Basalt eingesetzt und um günstige thermische Isolationswerte und eine einfache Verarbeitung sicherzustellen, müssen die Ausgangsprodukte für die Herstellung von Isolierwolle eine Schlackenbasizität auf- weisen, welche weit unter 1 liegt.
Für Stahlwerksschlacken ebenso wie für Hochofenschlacken wurde bisher als Entsorgung in erster Linie vorgeschlagen, entsprechende Gemische mit anderen Schlacken herzustellen, welche in der Folge für die Klinkerherstellung, und insbesondere für die Herstellung von Zementzuschlagsstoff Verwendung finden konnten.
Müllverbrennungsschlacken, wie sie durch vollständige Oxidation von Haushaltsmüll oder RESH entstehen, enthalten üblicherweise Siθ2 in Mengen von über 40 Gew.%, AI2O3 in Mengen von 7 bis 15 Gew.% und CaO in Mengen von 10 bis 15 Gew.%. Neben diesen erwähnten Bestandteilen sind in Müllverbrennungsschlacken allerdings mehr oder minder hohe Anteile von Nichteisenmetalloxiden sowie Fe2θ3 in Mengen von 5 bis 10 Gew.% vorhanden. Müllverbren- nungsschlacken sind als saure Schlacken anzusprechen, wobei der bisherige Vorschlag, derartige Schlacken weiter zu verwenden sich darauf beschränkte, die sauren Schlacken der stark basi- schen Stahlschlacke zur Erzielung einer synthetischen Hochofenschlacke beizumengen. Müllverbrennungsschlacken können aber in der Regel nicht unmittelbar eingesetzt werden, und es wurde bereits vorgeschlagen, Müllverbrennungsschlacken für ihre Ver- wendung bei der Mischzementherstellung nach der vollständigen Oxidation einer Reduktion zu unterwerfen, um insbesondere die zu hohen Anteile an Chrom, Zink, Nickel, Kupfer und teilweise auch zu hohe Eisenoxidanteile entsprechend zu reduzieren. Eine derartige, von Nichteisenmetallen befreite Schlacke stellt eine günstige Ausgangsschlacke für die Herstellung von Isolierwolle dar, und die Erfindung zielt insbesondere darauf ab, die relativ hohen Mengen derartiger saurer Schlacken einer sinnvollen und neuen Verwendung zur Herstellung von Isolierwolle zuzuführen.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß flüssige saure Schlacken, wie z.B. Müllschlacken, Schlacken aus der Verbrennung von RESH oder Schlacken aus der NE-Metallurgie mit einer Basizität CaO/Siθ2 zwischen 0,15 und 0,5 und einem Al2θ3~Gehalt von 10 bis 25 Gew.% sowie 2 bis 15 Gew.% Eisenoxiden bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlacke über ein Schleuderrad und/oder mit Gas oder Dampf getriebene Strahldüsen geleitet und anschließend kontrolliert gekühlt werden. Neben Müllschlacken bzw. Schlacken aus der Verbrennung von RESH haben vor allen Dingen Schlacken aus der Nichteisenmetallurgie die günstigsten Voraussetzungen in bezug auf die Basizität, wobei diese Schlacken in aller Regel in einem ersten Verfahrensschritt einer an sich bekannten Schlackenreduktion unterworfen werden, um Nichteisenmetalle entsprechend zu reduzieren. Nach Einstellung der geforderten Basizität zwi- sehen 0,15 und 0,5 und Einstellen des geforderten AI2O3-Gehaltes sowie ggf. der Einstellung des Eisenoxidgehaltes lassen sich derartige Schlacken nun unmittelbar in der entsprechenden Weise in Form von Fasern oder Wolle verspinnen, wobei hier die Schlacke über ein Schleuderrad und/oder eine mit Gas oder Dampf getriebene Strahldüse geleitet und anschließend erstarrt wird. Hohe Mengen an Abfallschlacke können auf diese Weise einer wirtschaftlichen Verwendung zugeführt werden, wobei die Voraussetzung für die wirtschaftliche Verwendbarkeit zunächst darin zu erblicken ist, daß eine hinreichend saure Schlacke vorliegt, de- ren Reduktion unmittelbar ein hinreichend reines Produkt ergibt, welches sich in der Folge durch einfache Mischschritte auf die gewünschte Zusammensetzung für die Herstellung von Isolierwolle einstellen läßt.
Mit Vorteil wird erfindungsgemäß die Schlackenbasizität zwischen 0,2 und 0,4 gewählt, um die Verarbeitung zu Fasern oder Isolierwolle zu erleichtern ( "Endlos-Faser-Bildung" ) .
Um die Einstellung der gewünschten Zusammensetzung für die Her- Stellung der Isolierwolle zu erleichtern und insbesondere das
Verfahren auch an anderen Orten als Müllverbrennungs- oder nichteisenmetallurgischen Anlagen wirtschaftlich durchführen zu können, wird mit Vorteil die vorreduzierte, flüssige saure
Schlacke zunächst in Stangen oder Brammen erstarrt und auf Stücke mit 50 bis 150 mm Kantenlänge zerkleinert. Derartige stückige Schlacke kann in der Folge aufgeschmolzen und auf den jeweilig für die Zusammensetzung der Steinwolle geforderten
Gehalt von CaO, AI2O3 und/oder Eisenoxiden gebracht werden, so- daß die Herstellung der Isolierwolle nicht notwendigerweise un- mittelbar an die Orte gebunden ist, an welchen die flüssige
Schlacke anfällt.
In besonders vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren hierbei so durchgeführt, daß die sauren Schlacken auf eine Zusammensetzung von 40 bis 55 Gew.% Siθ2 , 10 bis 20 Gew.% CaO, 10 bis 20 Gew.% AI2O3 r Rest Eisenoxide und übliche Verunreinigungen, eingestellt wird. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß Schlacken mit dieser geforderten Zusammensetzung bei der Verarbeitung zu Isolierwolle nicht nur ein hohes Maß an Reinheit und Unbedenklichkeit sondern auch die gewünschte Isolationseigenschaf gewährleisten, sodaß große Mengen an Abfallstoffen sicher und wirtschaftlich entsorgt werden können. Zur Herstellung der Isolierwolle kann mit Vorteil so vorgegangen werden, daß das Schleuderrad mit 300 bis 600 min~l und einem Durchmesser von 400 bis 800 mm betrieben wird bei spezifischen Schlackeflüssen zwischen 0,5 und 2 t/h. Alternativ können flüssige Schlacken mit Wasser, Wasserdampf und/oder Luft-Wassergemischen vermischt und das verdampfte Wasser gemeinsam mit der erstarrenden Schlacke über Düsen ausgestoßen werden.
Die gewünschte günstigste Zusammensetzung für die saure Aus- gangsschlacke, welche in der Folge zu Wolle aufgearbeitet wird, kann in einfacher Weise auch dadurch hergestellt werden, daß den schmelzflüssigen Schlacken Basalt in Mengen von 5 bis 50 Gew.% beigemengt wird.
Eine besonders vorteilhafte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich dadurch erzielen, daß die Flüssigschlacke durch Aufblasen von Wasserdampf mit einem Druck zwischen 1,5 und 15 bar, vorzugsweise 2 bis 10 bar unter Einwirkung der Schwer- kraft in Gestalt eines Rohres in einen Schacht ausgebracht wird, daß der Mantel mit Niederdruckwasser, vorzugsweise mit einem Druck zwischen 1 und 6 bar zur Kühlung beaufschlagt wird, und daß das gekühlte und faserige Material über eine Haspel aus dem Schacht abgezogen und ausgebracht wird. Eine derartige Verfah- rensweise erlaubt es, die Flüssigschlacke gleichsam mit einer Seele aus Niederdruckwasserdampf und/oder Preßluft auszubringen, wobei unmittelbar nach dem Austritt, beispielsweise an den Schlackenauslaß eines Schlackentundish, eine Ringdüse zur Zuführung von Niederdruckwasser mündet, welche den Mantel kühlt und gleichzeitig die Faser zentriert. Durch dieses zusätzliche Beaufschlagen mit Niederdruckwasser, insbesondere im Druckbereich zwischen 1 und 6 bar, gelingt es insbesondere dann, wenn, wie es einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht, die flüssige Schlacke vor dem Schlacken- austrag mit Wasserdampf und/oder Preßluft mit Gasen beaufschlagt und vorzugsweise gesättigt wird, die Porosität zu erhöhen, wodurch eine besonders feinfasrige Struktur beim Abkühlen ent- stehe. Die poröse glasartige Struktur der Faser ist wasserdampfdurchlässig und wasserundurchlässig, sodaß in der Folge das Isoliervermögen wesentlich erhöht und auch die Abführung von Feuchtigkeit im Isolationsmaterial weiter verbessert wird. Die Struktur der Faser wird zunächst ungeordnet hergestellt und kann durch entsprechenden Zug auf die Faserstränge bzw. durch eine entsprechend gerichtete Gasführung verbessert werden. Mit Vorteil wird zu diesem Zwecke so vorgegangen, daß im Schacht eine abwärts gerichtete DampfStrömung durch Absaugen des Dampfes nahe dem Austritt des faserigen Materials aus dem Schacht aufrechterhalten wird. Die Struktur der Faser im noch nicht vollständig erhärteten Zustand läßt sich auch noch dadurch wesentlich verbessern, daß das faserige Material vor der Haspel gebremst und gereckt wird. Neben der Herstellung von Endlosfa- sern bzw. Filamenten kann aber auch anschließend ein Häckseln unter Ausbildung eines Faserstapels vorgenommen werden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es als besonders vorteilhaft zu bezeichnen, daß auch eine Reihe von Problem- Stoffen und Schadstoffen sicher entsorgt werden können. Neben dem beim Shreddern von Altautos entstehenden RESH, nämlich der Shredderleichtfraktion, welche neben dem Stahlschrott gebildet wird und Schlacken aus der Müllverbrennung bzw. aus der Aufarbeitung von Müllverbrennungsschlacken sind in in erster Linie nichteisenmetallurgische Schlacken, wie beispielsweise Bleischlacken, Schlacken aus Kupferflammöfen oder auch Kupferkonvertern als Einsatzmaterial geeignet, wobei naturgemäß die Buntmetallgehalte entsprechend vor dem Ausbilden der Fasern durch entsprechende Reduktion verringert werden müssen. Um in Fällen derartiger Schlacken den AI2O3 -Gehalt entsprechend zu erhöhen und auf die Art und Weise die nachfolgende Reduktion zum Abtrennen der Bunt- bzw. Nichteisenmetalle zu erleichtern, können als Al2θ3-Träger eine Reihe weiterer Problemstoffe, wie beispielsweise zerkleinerte Gebrauchtkatalysatoren und insbesondere Ent- stickungskatalysatoren eingesetzt werden. Auch die abfalltechnisch problematischen aluminiumhaltigen Schleifstäube, wie sie bei der Motorenfertigung anfallen, eignen sich für die Einstel- iung des geforderten Aluminiumoxidgehaltes, wobei vorzugsweise so vorgegangen wird, daß der AI2O3 -Gehalt der Schlacke durch Zusatz von Gebrauchtkatalysatoren im Ausmaß von bis zu 25 Gew.% oder Al-haltigen Schleifstäuben eingestellt und die so gebilde- ten flüssigen Schlacken über einem Metallbad zur Reduktion der Metalloxide reduziert werden, bevor sie mit Dampf ausgetragen werden. Im Falle der Zugabe von Schleifstäuben, welche aufgrund des hohen Korundgehaltes über 50 Gew.% AI2O3 enthalten können, genügt die Zugabe von etwa 10 Gew.% zur Schlacke, um den AI2O3- Gehalt auf die gewünschten Werte zu bringen. Wenn die Zielbasi- zität nicht erreicht wird, kann diese mit Branntkalk, Stahl- schlacke oder Hochofenschlacke eingestellt werden, wobei die Zugabe der flüssigen Kupferschachtofenschlacken sowie aluminat- haltiger Additive, wie beispielsweise von Altkatalysatoren und Schleifstäuben direkt in einen Eisenbadreaktor oder einen Metallbadreaktor mit entsprechender Flüssigmetallvorlage, welche die gewünschte Reduktion ermöglicht. Im Metallbad kann neben Eisen eine Eisennickellegierung oder auch je nach Anteil der zu reduzierenden Metalloxide ein anderes Metallbad vorliegen, wobei beim Einsatz von Altkatalysatoren ein besonders wertvoller Metallregulus erhalten werden kann, da dieser Regulus entsprechend der eingebrachten Katalysatormenge auch Platin enthält.
Der erhaltene Metallregulus kann in entsprechenden Hütten aufge- arbeitet werden, wobei die entsprechend gereinigte Schlackenschmelze in besonders einfacher Weise mittels Dampfdüsen zu Schlackenwolle, Filament oder Stapelfaser versponnen werden kann.
Die Abtrennung von Kupfer, Nickel, Chrom, Zink, Blei und anderen Schadstoffen aus Müllverbrennungsschlacken oder Schlacken aus der Nichteisenmetallurgie gelingt in besonders einfacher Weise in einem Metallbadreaktor, wobei beispielsweise Eisenbadreaktoren eingesetzt werden können. Die in einem derartigen Reaktor erzielte Reduktion reduziert die jeweils oxidisch vorliegenden Metalloxide zu Metallen, sodaß Metalllegierungen und eine hochreine saure Schlacke gewonnen werden, welche unmittelbar für die Herstellung von Isolierwolle Verwendung finden kann. Bei entsprechender Reduktion des Eisengehaltes auf Werte unter 10 Gew.% wird in der Regel unmittelbar eine geeignete Zusammensetzung in bezug auf Siθ2 - CaO und FeO aus Müllschlacken erzielt. Die erforderlichen Einstellungen beschränken sich in aller Regel auf eine CaO und AI2O3 -Zugabe, da die gewünschte Schlackenbasizität unmittelbar vorliegt. Zur Einstellung der gewünschten Basizität kann aber auch leicht basische Hochofenschlacke in kleinen Mengen zugesetzt werden. Hochofenschlacken weisen wesentlich geringere Basizität als Stahlschlacken auf, sodaß die Beimengung von geringeren Mengen an Hochofenschlacke immer noch eine hinreichend saure Schlacke ergibt .
Neben RESH- und Müllverbrennungsschlacken lassen sich folgenden Ausgangsschlacken mit nachfolgender Richtanalyse besonders vorteilhaft verweden:
Im Rahmen eines Ausführungsbeispieles wurde Kupferschachtofenschlacke in schmelzflüssiger Form mit der nachfolgenden Zusammensetzung unmittelbar im Anschluß an den Schachtofen verarbeitet . Schlackenzusammensetzung der schmelzflüssigen Kupferschlacke:
∑l 93,25 Gew.
∑2 2,25 Gew.% ∑3 2,16 Gew.% zusammen 97,66 Gew.%, Rest Analysenfehler bzw. unbestimmte Verunreinigungen
Zur Erhöhung des 1203 -Gehaltes wurden zerkleinerte Gebrauchtkatalysatoren in einem Ausmaß von 25 Gew. % zugesetzt . Die Ent- stickungskatalysatoren hatten folgende chemische Zusammensetzung :
Rest übliche Verunreinigungen und Schwermetalle An Schwermetallen waren nachfolgende Metalle vertreten:
In einem weiteren Versuch wurden aluminiumhaltige Schleifstäube aus der Motorenfertigung eingesetzt, welche nachfolgende chemische Analyse aufwiesen:
Durch Einsatz von Schleifstäuben dieser Zusammensetzung in einer Menge von etwa 10 Gew.% konnten die gewünschte Basizität und der gewünschte AI2O3 -Gehalt eingestellt werden, wobei die Faserherstellung bevorzugt in einer Einrichtung durchgeführt wurde, wie sie in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. In dieser zeigen Fig.l eine erste schematische Ansicht der Einrichtung teilweise im Schnitt und Fig.2 eine abgewandelte Ausbildung. In Fig.l ist mit 1 schematisch ein Schmelzentundish bezeichnet, in welchen eine gasgesättigte fayalitische Schlacke nach der Reduktion der Schwermetalle bzw. Buntmetalle eingebracht wurde. Die Schmelze enthielt aufgrund der Umsetzung der Siθ2 -Anteile mit dem FeO zu Fayalit kein freies Siθ2 und führte daher unmittelbar zu einem unbedenklichen Material, in welchem Si02 fayalitisch gebunden wurde. Die schmelzflüssige Schlacke wurde durch Aufblasen von Wasserdampf bzw. Naßdampf über eine Düse 2 mit einem Druck zwischen 2 und 10 bar durch die Tundish- ablaßöffnung in Form einer Kalibrierdürse 3 ausgepreßt, wobei der Schlackenstrahl rohrförmig die Kalibrierdüse 3 verläßt und in einen Spinnschacht 4 eintritt. Am Eintritt des Schachtes ist eine Ringdüse 5 vorgesehen, über welche Niederdruckwasser zur Faserzentrierung sowie zur Kühlung des Mantels des rohrförmig ausgetragenen Schlackenstrahles eingebracht wird, wobei im Fall von gasgesättigten fayalitischen Schlacken durch die Maßnahme die Porosität des Materiales maximiert wird. Die in der Folge im Schacht 4 durch glasartige Erstarrung ausgebildeten Fasern wurden durch einen in Richtung des Pfeiles 6 ausgeprägt eingestellten Gasfluß der Dampf rüden orientiert, wobei die Brüden zur Wärmerückgewinnung über einen Dampfregenerator bei 7 abgezogen wurden. Das noch plastische, aber weitgehend erstarrte Material wurde über eine Umlenkrolle 8 auf eine Haspel abgezogen, wobei Bremswalzen 9 vorgesehen sind, um zwischen den Bremswalzen 9 und der Abzugshaspel 10 das fasrige Material (Filament) noch zu recken. Zusätzlich können zum Recken Beschleunigungsrollen 11 ausgebildet sein.
Bei der Ausbildung nach Fig.2 sind zusätzlich am Spinnschacht 4 Radial- bzw. Langschlitzdüsen 12 für Wasser angeordnet. Das Wasser kann den Düsen 12 als Niederdruckwasser oder aber unter Druck im Bereich bis 20 bar zugeführt werden, wodurch die Fadenbildungstendenz erhöht wird.
Die Länge der Kalibrierdüse 3 bestimmt den zu erzielenden Fila- menttiter (= Faserdurchmesser) . Je länger die Kalibrierdüse ist, desto feiner wird der Titer (kleiner Faserdurchmesser) . Auf das flüssige "Schlackenrohr", welches durch die Kalibrierungsdüse 3 geführt wird, wirken Schwerkraft und Dampfstrahl als Beschleunigungskräfte. Je länger diese Kräfte (insbesondere der Dampf- strahl) geführt auf das noch flüssige "Schlackenrohr" wirken kann, desto dünner wird es. Deshalb ist es wichtig, daß in der Kalibrierdüse noch möglichst wenig Wärme abgeführt wird. Die Schmelze muß hier noch flüssig sein, damit über den Dampfstrahl (Preßluft-) Impuls über Reibungskräfte noch eine Impulswirkung (Impulsaustausch) auf das Schlackenrohr möglich ist. Dampf (Preßluft) hat verglichen mit Flüssigwasser eine sehr geringe Wärmekapazität. Somit wird in der Kalibrierdüse nur eine äußerst geringe Wärmemenge auf das Treibmedium Wasserdampf (Preßluft) übertragen. Die eigentliche Wärmeabfuhr geschieht dann mittels dem Niederdruckwasser.
Die Anzahl der gebildeten Fäden ist abhängig vom Durchmesser der Kalibrierdüse sowie der Treibmittel-Strömungsgeschwindigkeit.
Ein großer Durchmesser der Kalbrierdüse sowie eine turbulente Treibmittel-Strömung haben eine relativ hohe Fadenbildungszahl zur Folge.
Ein hoher Dampfdruck (Treibmitteldruck) hat ebenso wie eine lange Kalibrierdüse einen relativ feinen Titer zur Folge.
In einer derartigen Vorrichtung wurde auch Schlacke aus RESH eingesetzt. RESH verfügt über einen relativ hohen Heizwert von 10000 bis 16000 kJ/kg, da in RESH ein hoher Anteil organischer Substanzen, wie beispielsweise Altöle, Kunstoff, Holz od.dgl., enthalten ist. RESH enthält allerdings in hohem Maße toxische Schwermetallverbindungen und insbesondere Kupfer, Zink und Blei. Aufgrund des hohen Heizwertes kann beim Aufschmelzen derartiger Shredderleichtfraktionen ein etwa gleich großer Anteil an Basalt mit eingeschmolzen werden, wobei die geforderten Additive zur Einstellung der Basizität und des Aluminiumoxidgehaltes mitverschlackt werden können. Kalkstein kann aufgrund der hohen Tempe- raturen unmittelbar als Kalziumkarbonat zugegeben werden und wird beim Einschmelzen gleichzeitig kalziniert.
Entschrotteter RESH enthält typisch 44 Gew.% anorganische Anteile und 56 Gew.% brennbare Anteile sowie Wasser. Eine typische RESH-Analyse wird nachfolgend angegeben:
Derartiger RESH wurde in einem Einschmelzoxidationsreaktor oxi- dierend geschmolzen, sodaß alle Metalle verschlackt und Schwefel- und Chloridverbindungen der Schwermetalle entweder in Oxidverbindungen umgewandelt oder unmittelbar über das Abgas abgezogen wurden.
Die oxidierte Schlackenschmelze wurde anschließend in einem Eisen-Nickelbadreaktor weiterbehandelt, wobei alle Metalle, die edler als Eisen sind, in das Metallbad reduziert wurden. Eisen, welches in der Schlacke verbleibt, liegt zweiwertig vor und ist in der fayalitischen Schlacke gelöst.
Die Ausbildung dieser fayalitischen Schlacke führt zu einer wesentlichen Herabsenkung des Schmelzpunktes und damit einer wesentlichen Verbesserung des Schlackenhandlings . Die Schlackenschmelze wurde anschließend mit der Dampfdüse zu Isolierwolle versponnen und konventionell zu Isoliermatten weiterverarbeitet. Diese Fasern können z.B. als "Filament" (Endlosfasern) textur- iert und zu Matten verwebt werden. Es können aber auch "Stapelfasern" hergestellt werden, die anschließend konventionell versponnen werden. Als dritte vorteilhafte Möglichkeit steht die Herstellung von Vlies-Matten im Vordergrund. Da das erhaltene Material keine freie Kieselsäure enthält, da Siθ2 im Fayalit ab- gebunden ist, ist die entstandene Isolierfaser physiologisch unbedenklich. Der Wasserdampf, welcher beim Spinnvorgang eingesetzt wird, führt zu einer porösen glasartigen Struktur der Faser, wodurch besonders gute Isoliereigenschaften erzielt wurden.
Die hergestellten Isoliermatten wiesen bis ca. 800° C hervorragende Wärmedämmeigenschaften, wobei die Matten auch feuerhemmende Eigenschaften besitzen. Die Matten eignen sich auf für Tieftemperaturisolation.
Eine sehr vorteilhafte weitere Verwendungsmöglichkeit besteht darin, das gereckte Endlosgarn (Filament) auf Spezialwebmaschi- nen zu Feuerfest-Geweben zu verarbeiten. Diese Gewebe werden anschließend z.B. in Vakuum und bei erhöhter Temperatur mittels metallischem Aluminium bedampft (beschichtet) . Derartige Gewebe werden z.B. als Feuerschutzbarrieren (Feuerwehrschutzanzüge, Schläuche etc.) mit Vorteil eingesetzt.
Auch als Hochtemperatur-Filtermaterial für die Staubabscheidung bei Gastemperaturen bis 800° C kann das beschriebene Material verwendet werden.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Herstellen von Isolierwolle, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige saure Schlacken, wie z.B. Müllschlacken, Schlacken aus der Verbrennung von RESH oder Schlacken aus der NE-Metallurgie mit einer Basizität CaO/Siθ2 zwischen 0,15 und 0,5 und einem Al2θ3~Gehalt von 10 bis 25 Gew.% sowie 2 bis 15 Gew.% Eisenoxiden bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlacke über ein Schleuderrad und/oder mit Gas oder Dampf getriebene Strahldüsen geleitet und anschließend kontrolliert gekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenbasizität zwischen 0,2 und 0,4 gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen sauren Schlacken in Stangen oder Brammen erstarrt und auf Stücke mit 50 bis 150 mm Kantenlänge zerkleinert werden und daß die für die Herstellung der Isolierwolle geforderte Zusam- mensetzung beim Aufschmelzen zugesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sauren Schlacken auf eine Zusammensetzung von 40 bis 55 Gew.% Siθ2, 10 bis 20 Gew.% CaO, 10 bis 20 Gew.% AI2O3 , Rest Eisenoxide und übliche Verunreinigungen, eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleuderrad mit 300 bis 600 min~l und einem Durchmesser von 400 bis 800 mm betrieben wird bei spezifischen Schlackeflüssen zwischen 0,5 und 2 t/h.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige Schlacken mit Wasser, Wasserdampf und/ oder Luft-Wassergemischen vermischt und das verdampfte Wasser gemeinsam mit der erstarrenden Schlacke über Düsen ausgestoßen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den schmelzflüssigen Schlacken Basalt in Mengen von 5 bis 50 Gew.% beigemengt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigschlacke durch Aufblasen von Wasser- da pf mit einem Druck zwischen 1,5 und 15 bar, vorzugsweise 2 bis 10 bar unter Einwirkung der Schwerkraft in Gestalt eines Rohres in einen Schacht ausgebracht wird, daß der Mantel mit Niederdruckwasser, vorzugsweise mit einem Druck zwischen 1 und 6 bar zur Kühlung beaufschlagt wird, und daß das gekühlte und faserige Material über eine Haspel aus dem Schacht abgezogen und ausgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Schacht eine abwärts gerichtete DampfStrömung durch Absaugen des Dampfes nahe dem Austritt des faserigen Materials aus dem Schacht aufrechterhalten wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das faserige Material vor der Haspel gebremst und gereckt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn- zeichnet, daß die flüssige Schlacke vor dem Schlackenaustrag mit
Wasserdampf und/oder Preßluft mit Gasen beaufschlagt und vorzugsweise gesättigt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn- zeichnet, daß der AI2O3 -Gehalt der Schlacke durch Zusatz von
Gebrauchtkatalysatoren im Ausmaß von bis zu 25 Gew.% oder Al- haltigen Schleifstäuben eingestellt und die so gebildeten flüssigen Schlacken über einem Metallbad zur Reduktion der Metalloxide reduziert werden, bevor sie mit Dampf ausgetragen werden.
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