NO152251B - Fremgangsmaate ved utvinning av nyttige produkter fra stoev som avgis fra sementroterovner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår generelt behandling av støv avgitt fra sementroterovner, og mer spesielt en fremgangsmåte ved utvinning av sementklinker og kaliumrike biprodukter fra vrakstøv fra sementovner.

Hydrauliske sementer anvendes i betong og i de fleste murverksmørtler. De hovedsakelige bestanddeler i Portland-semerit som er den mest kjente hydrauliske sement, er tri-kalsiumsilikat, dikalsiumsilikat og kalsiumaluminiumferritt. Når disse bestanddeler er finmalt og blandet med vann, reagerer de under dannelse av et meget hårdt materiale med en krystallinsk nettverksstruktur.

Den vanligste fremgangsmåte ved fremstilling av Portland-sement er å innføre findelt kalk og siliciumdi-

oxyd i en roterovn og oppvarme materialet i det minste til temperaturen for begynnende smelting (som er ca. 1264°C) i nærvær av aluminiumoxyd eller jernoxyd som flussmiddel.

Selve roterovnen består av en lang sylinder med sin akse

svakt hellende i forhold til horisontalen. Roterovnen er ved sin nedre ende forsynt med en brenner. De tørre bestanddeler tilsettes til den øvre ende av ovnen, og på grunn av ovnens helling og rotasjon transporteres materialet gradvis fra en kald sone ved den øvre ende til smeltesonen. I det varmere område av roterovnen finner en reaksjon sted under dannelse av nye forbindelser som blir overflatebløte og delvis smelter. Dette materiale blir efter avkjøling den velkjente sementklinker. Denne blir derefter finmalt for fremstilling av Portland-sement.

To av de hovedsakelige problemer som er forbundet med denne fremgangsmåte ved fremstilling av sement, er hånd-teringen og ivaretagelsen av de store støvmengder som ut-vikles under prosessen. Støvet skyldes at utgangsmaterialene er pulverformige og den blanding som finner sted i roterovnen. Roterovnsstøv som kan utgjøre så meget som 40-50% av utgangsmaterialene, kan resirkuleres i en viss grad, men en full-stendig resirkulering er ikke mulig på grunn av en uønsket økning av støvets alkaliinnhold. Dersom alkaliinnholdet blir for høyt, vil sluttproduktet miste sine sementegen-skaper. I de fleste anlegg hvor resirkulering benyttes, er det derfor nødvendig med en forbiledning av alkali i av-: gasskanalene fra roterovnen for å avgrene en del av støvet og alkaliet og oppnå kontroll med alkaliinnholdet i materialet som tilføres til roterovnen. Det vil da for-

stås at alkaliholdig roterovnsstøv utgjør et vesentlig miljøforurensningsproblem innen denne industri. Dessuten er støvtapsroblemet kostbart fordi det reduserer produk-sjonen og en effektiv materialutnyttelse i anlegget.

Ifølge US patentskrift 4173487 blir støv avgitt fra

en sementfremstillingsprosess og med et innhold av alkalifor-bindelser opp til 6% behandlet ved at det fra sementfrem-stillingsprosessen oppfangende støv analyseres med henblikk på anvendelsen av dette for fremstilling av sementklinker.

Et tilførselsmateriale blir derefter laget ved til det oppfangede støv å tilsette en tilstrekkelig mengde råmaterialer til kjemisk å regulere det oppfangede støv slik at det ved brenning av tilførselsmaterialet vil fås en sementklinker med den ønskede analyse. Tilførselsmaterialet blir pelletisert og brent i en ovn under reduserende betingelser véd en tilstrekkelig temperatur til å forflyktige alkalier og svovel fra tilførselsmaterialet. Den erholdte sementklinker fjernes fra ovnen, og forflyktigede alkalier fjernes fra ovnen sammen med avgassene.

Ifølge US patentskrift 4001030 blir røkgasstøv som skriver seg fra fremstilling av Portlandsement, kalsinert i et hvirvel-skikt for fra støvet å forflyktige alkalimetallsalter. Kal-sineringen av røkgasstøvet utføres ved en temperatur ikke over 1200°C for derved å hindre at innholdet av flytende kalsium-aluminat- og kalsiumaluminiumferrittfaser ikke blir så stort at hvirvelskiktet vil bli uanvendbart. Kalsineringstrinnet ut-føres i nærvær av en mindre mengde kalsiumfluorid, og et produkt utvinnes med et tilstrekkelig lavt innhold av fritt kalsiumoxyd til at produktet vil kunne tilbakeføres til en sementfremstillingsprosess. Ifølge en utførelsesform av denne kjente fremgangsmåte blir ovnsstøvet fra Portlandsementfrem-stillingen pelletisert under tilsetning av en vandig oppløsning av kalsiumklorid. Dette gjøres for at den hovedsakelige del av alkalimetall som er tilstede i støvet fra sementovnen skal kunne forflyktiges ved den anvendte kalsineringstemperatur av ikke over 1200°C.

Fra dansk patentskrift 60735 er det kjent å utnytte støv fra sementovner ved å omdanne dette til sementklinker. Denne kjente omdannelse av støvet utføres ved at støvet innføres direkte i brennsonen i en roterovn og der brennes til sementklinker. Ved brenningen vil den vesentligste del av alkalier som inneholdes i støvpartiklene og som er skadelige for sement, forflyktiges og ledes bort sammen med forbrennings-produktene. Før støvet innføres i brennsonen, kan det til støvet tilsettes korreksjonsmaterialer som efter omstendig-hetene er nødvendige for å oppnå en sementklinker hvorfra sement av aksepterbar kvalitet kan fremstilles.

Det tas ved oppfinnelsen generelt sikte på å tilveie-bringe en forbedret løsning av problemet forbundet med hånd-tering og ivaretagelse av støv fra sementovner ved fra støvet å fremstille et produkt med sementklinkeregenskaper.

Det tas ved oppfinnelsen videre sikte på å utnytte støv

fra sementovner for derved å forbedre sementproduksjonsutbyt-tet og for å redusere omkostningene forbundet med vrakpro-dukter.

Det tas ved oppfinnelsen ytterligere sikte på å til-veiebringe en fremgangsmåte ved utvinning av produkter med høyt kaliuminnhold fra støv fra sementovner.

Det tas ved oppfinnelsen dessuten sikte på å tilveie-bringe en fremgangsmåte ved eliminering av svovel fra sementklinkeren som fås fra støv fra sementovner, dersom konsentrasjon av dette element skulle være høyere enn ønsket.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte ved utvinning av nyttige produkter fra støv som avgis fra sementroterovner og som har et alkaliinnhold og eventuelt et svovelinnhold som er høyere enn det som kreves for fremstilling av sementklinker, hvor støvet oppsamles, innføres i en ovn og i ovnen oppvarmes for å forflyktige alkalisulfater fra støvet, og fremgangsmåten er særpreget ved at det som ovn anvendes en elektrisk lysbueovn hvori støvet oppvarmes til en temperatur av minst 16 90UC for dannelse av en smelte med sementklinkeregenskaper, og at produktene som forflyktiges fra ovnen utvinnes under oppvarmingstrinnet.

Ifølge op<p>finnelsen oppsamles generelt støv fra sementroterovner og innføres i en elektrisk lysbueovn.

i o

Støvet smeltes, f.eks. ved en temperatur av ca. 1760 C, og ved denne temperatur forflyktiges alkalisulfater slik at det blir tilbake en smelte med en aksepterbar sementklinker-sammensetning. Det forflyktigede' materiale kan oppsamles i form av et annet nyttig produkt fordi det har et høyt inn-

i

hold av kalium. Dette sistnevnte materiale er egnet for anvendelse i gjødningsmidler eller som et råmateriale fra hvilket kalium kan ekstraheres i renere tilstand, ij Et annet særtrekk ved den foreliggende oppfinnelse er den erkjennelse at svovel kan fjernes fra sementklinkersmelten dersom konsentrasjonen av dette element er høyere enn ønsket,og ifølge oppfinnelsen fjernes overskudd av svovel ved at alkalimaterialer, som K2C03, Na2C03 eller NAECO^, tilsettes til støvet. Disse materialer reagerer med svovelet ved de høye temperaturer som hersker i ovnen, under dannelse av flyktige materialer som røkes av fra ovnen efterhvert som sément-klinkeren dannes.

Når den foreliggende fremgangsmåte utføres, kan vanlige roterovner og elektroovner anvendes. Roterovnen mottar de pulverformige bestanddeler for råsementen, og som nevnt ovenfor føres de tørre bestanddeler fra den øvre og kaldere ende av roterovnen til den varmere ende av roterovnen på grunn av at roterovnen roterer og den tumleeffekt isom der fås. En elektrostatisk utskiller av vanlig konstruksjon er anordnet for op<p>fangning av støvmaterialer som unnslipper fra roterovnen. De materialer som utvinnes i utskilleren, overføres derefter til en lagringssilo for å anvendes ved utførelsen av den foreliggende fremgangsmåte. Selve opp-samlingen av støvet utgjør ingen del av den foreliggende oppfinnelse og kan variere sterkt avhengig av roterovnens konstruksjon. Et typisk støv som dannes i en rotero<y>n for fremstilling av Portland-sement, har følgende sammensetning:

i

Det oppsamlede støv tilføres til en elektrisk lysbueovn som typisk omfatter en metallmantel, en ildfast fSring og et deksel gjennom hvilket en eller flere elektro-der er montert. Ifølge den foretrukne utførelsesform kan ovnen utgjøres av en 150 kVA lysbueovn.

Ef.ter at støvet er blitt tilsatt til ovnen, oppvarmes støvet under dannelse av en smelte. Det har i praksis vist seg at smeiten dannes ved en temperatur av ca. 1760°C som er ca. 222° høyere enn de maksimumstemperaturer som hersker i sementovner. Temperaturen kan bekvemt måles ved hjelp av et neddykket termoelement. Temperaturen av 1760°C i badet er tilstrekkelig høy til å forflyktige sulfater av natrium og kalium som har kokepunkter av hhv i 1010°C og 1690°C.

Den smelte som fås ved hjelp av denne metode, har en aksepterbar Portland-sementsammensetning, som vist ved den neden-stående sammensetning av produktet:

Det fremgår av en sammenligning mellom de tb oven-stående tabeller at konsentrasjonene av MgO, SO^, Na 2O og K^ O er blitt vesentlig redusert på grunn av behandlingen i den elektriske lusbueovn. Et viktig særtrekk ved den foreliggende oppfinnelse er imidlertid den erkjennelse at de komponenter som er blitt fjernet fra støvet, sammen utgjør et annet verdifullt produkt. Som et eksempel kan, det nevnes at sammensetningen for de utvundne alkaliprodukter avgitt fra den opprinnelige smelteprosess er som følger:

Dette materiale har et forholdsvis høyt kaliuminnhold, og mesteparten av kaliumet foreligger som kaliumsulfat. Det er egnet for anvendelse i gjødningsmidler eller som råmateriale fra hvilket kalium kan ekstraheres i renere tilstand. Den foreliggende fremgangsmåte gir således et nytt teknisk råmateriale for kalium. Materialet som er blitt avrøket fra ovnen under smeltingen av sementklinkeren, kan oppsamles i en elektrostatisk utskiller eller i et filter-posehus.

Et annet særtrekk ved den foreliggende oppfinnelse er utviklingen av en særpreget metode for å fjerne svovel fra sementklinkersmelten dersom konsentrasjonen av svovel er høyere enn ønsket. Dette gjøres ved å tilsette pulverformige alkalimaterialer, som K^ CO^, Na2C0^ eller NaHCO^, til støvet før det oppvarmes. Ved de temperaturer som ut-vikles i ovnen, inngår disse materialer forbindelse med svovel som er tilstede i støvet og gir flyktige sulfat-forbindelser som lett avgis fra høytemperatursmeltene.

Nedenfor er gjengitt et eksempel på denne metode for å fjerne svovel. 22,7 kg av det ovenfor beskrevne støv fra roterovnen ble anvendt, og 8,2 kg pulverformig kaliumcarbonat { K^ CO^) ble blandet med støvet slik at det ble oppnådd et blandet utgangsmateriale med følgende sammensetning:

Da utgangsmaterialet ble oppvarmet i en elektrisk lysbueovn til en temperatur av ca. 1704°C, ble sulfatinnholdet redusert til en mengde som lå vesentlig lavere enn den mengde som ble erholdt uten at alkalimaterialet ble tilsatt.

Ved den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes derfor en lang rekke viktige fordeler. Primært skyldes fordelene at det fremstilles to nyttige produkter fra støv fra roterovner. En annen fordel er at den foreliggende fremgangsmåte kan tilpasses til forskjellige typer av støv fra roterovner, idet det vil forstås at støvets sammensetning vil variere avhengig av konsentrasjonen av materialer i tilførselen til roterovnen.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved utvinning av nyttige produkter fra støv som avgis fra sementroterovner og som har et alkaliinnhold og eventuelt et svovelinnhold som er høyere enn det som kreves for fremstilling av sementklinker, hvor støvet opp--, samles, innføres i en ovn og i ovnen oppvarmes for å forflyktige alkalisulfater fra støvet, karakterisert ved at det som ovn anvendes en elektrisk lysbueovn hvori støvet oppvarmes til en temperatur av minst 1690°C for dannelse av en smelte med sementklinkeregenskaper, og at produktene som forflyktiges fra ovnen utvinnes under oppvarmingstrinnet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at støvet oppvarmes i ovnen til en temperatur av ca. 1760°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvor støvet fra sementroterovnen foruten innholdet av alkali har et innhold av svovel som er høyere enn det som kreves for fremstilling av sementklinker, karakterisert ved at det med støvet blandes pulverformig alkalimateriale i tilstrekkelig mengde til ved oppvarming å inngå forbindelse med overskuddet av svovel som er tilstede i støvet, under dannelse av flyktige alkalisul-fatforbindelser, hvorefter støv- og alkalimaterialblandingen innføres i lysbueovnen og blandingen oppvarmes i ovnen til en temperatur som er tilstrekkelig til å danne flyktige sul-fatforbindelser og til å danne en smelte med ønskede sementklinkeregenskaper og til å forflyktige alkalisulfater fra denne.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at produktene som er blitt forflyktiget fra ovnen under oppvarmingstrinnet, oppsamles for å utvinne et materiale med høyt innhold av kalium. '5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at det som pulverformig alkalimateriale anvendes I^CO-j, Na2C0.j, NaH CO^ eller blandinger derav.