Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei der Produktion von Zement f\u00e4llt in modernen Zementwerken als Nebenprodukt ein sog. Bypassstaub an, der als nahezu CO2-freies salzhaltiges Gesteinsmehl aus dem Drehofen ausgeschleust wird, um den Brennprozess zu stabilisieren und von st\u00f6renden Salzen zu entlasten. Deutschlandweit fallen ca. 300.000 \u0096 450.000 t dieses Staubes an, dessen Verwertung als Zumahlstoff in den produzierten Zementen aus Gr\u00fcnden der Qualit\u00e4tssicherung begrenzt ist. Der verbleibende Mengenstrom wird bisher anderen Verwertungswegen zugef\u00fchrt. Der Bypassstaub soll mit einem neuen Verfahren so aufbereitet werden, dass er in einer W\u00e4sche von den Salzen befreit wird und als CO2-freie Rohstoffkomponente dem Brennprozess wieder zugef\u00fchrt werden kann. Gleichzeitig wird aus der erzeugten Sole ein marktf\u00e4higes Salz gewonnen, dass in anderen Industrien verwertet werden kann.
\nZiel des F\u00f6rderprojektes war es, den Waschprozess als kritischste Prozessstufe im halbtechnischen Ma\u00dfstab zu erproben, um damit die Voraussetzungen f\u00fcr eine gro\u00dftechnische Pilotinstallation zu schaffen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBei der in einem Zementwerk durchgef\u00fchrten Verfahrenserprobung wurde sowohl die Aufschl\u00e4mmung der Bypassst\u00e4ube, die mehrstufige W\u00e4sche als auch die filtrierende Trennung von Salzl\u00f6sung und Filterkuchen an einer mietweise zur Verf\u00fcgung stehenden Bandfilteranlage in einem mehrw\u00f6chigen kontinuierlichen Betrieb erprobt. Bei diesen Untersuchungen wurden durch begleitende chemische Untersuchungen aller relevanten Stoffstr\u00f6me, insbesondere Bypassstaub, Filtrat und Filterkuchen, die Auswirkungen des Verfahrens auf die Stoffstr\u00f6me und insbesondere auf die Spurenelement-Bilanzen des Zementwerkes untersucht, um eine hohe Effizienz bei der Verwertung der entsalzten Bypassst\u00e4ube zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n
Um auch hinsichtlich der als Filtrat gewonnenen Salzsole eine Verwertbarkeit der enthaltenen Salze sicher zu stellen, muss die Sole von Spurenlementen, insbesondere von Blei und Cadmium, gereinigt werden. Daher wurde parallel auch eine Elektrokoagulationsanlage betrieben, die eine weitgehende elektro-chemische F\u00e4llung der kritischen Spurenelemente erm\u00f6glicht und deren Wirksamkeit durch regelm\u00e4\u00dfige Probenahmen und Analysen nachgewiesen wurde.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Prim\u00e4res Ziel der durchgef\u00fchrten Behandlung der Bypassst\u00e4ube war deren weitgehende Entsalzung in einer dreistufig durchgef\u00fchrten Gegenstromw\u00e4sche, um eine R\u00fcckf\u00fchrung dieses Stoffstromes in den Drehofenprozess zu erm\u00f6glichen. Der ma\u00dfgebliche Parameter ist dabei der Chlorgehalt, der gegen\u00fcber dem zugef\u00fchrten Bypassstaub in allen Betriebsversuchen um mehr als 95 % reduziert werden konnte und somit eine Wiederverwendung als Rohstoffkomponente erlaubt. <\/p>\n
Die ben\u00f6tigte Waschwassermenge betrug bei den an einem Taktbandfilter durchgef\u00fchrten Versuchen ca. 1,8 Liter\/kg Bypassstaub. Der als Filterkuchen vorliegende entsalzte Bypassstaub wies eine Restfeuchte von ca. 35 \u0096 40 % auf, sodass der Soleanfall 1,2 \u0096 1,4 Liter\/kg Bypassstaub betrug und Salzkonzentrationen von 12 \u0096 15 % aufwies.<\/p>\n
Die Zusammensetzung der in der Sole gel\u00f6sten Salze war wesentlich durch die als Additiv in den Anmaischprozess zugegebene CaCl2-L\u00f6sung bestimmt, durch die die l\u00f6slichen Sulfate fast komplett gef\u00e4llt wurden und somit in der Sole nur in Konzentrationen unter 2 g\/l vorlagen. Durch die deutlich \u00fcberst\u00f6chiometrische Zugabe des Additivs verblieb jedoch auch \u00fcbersch\u00fcssiges CaCl2 (ca. 30 %) in der Sole, die ansonsten Kaliumchlorid (> 60 %) und auch einen geringen Anteil an Natriumchlorid aufwies.
\nDie Spurenelementgehalte der Salzsole konnten durch die Behandlung in einer Elektrokoagulation sicher reduziert werden, um eine Verwertung der Salzfracht, z. B. als Kali-Komponente eines mineralischen Mischd\u00fcngers, zu erm\u00f6glichen. Insbesondere die kritischen Schwermetallkomponenten Blei und Zink, die in Bypassst\u00e4uben h\u00e4ufig angereichert vorliegen, konnten weitgehend gef\u00e4llt und somit aus der Sole entfernt werden.<\/p>\n
Der an der Versuchseinrichtung erzielte Durchsatz betrug im Mittel ca. 100 kg\/h Bypassstaub und damit nur einen Bruchteil des nach vorangegangenen Laboruntersuchungen zu erwartenden Wertes. Tats\u00e4chlich zeigte sich, dass die eingesetzte Filteranlage sehr sensibel auf variierende Betriebsbedingungen reagierte und daher die urspr\u00fcnglich vorgesehenen Betriebsvariationen nur eingeschr\u00e4nkt realisiert werden konnten. An Stelle entsprechender Betriebsuntersuchungen konnten jedoch anhand eines Simulationsmodells alle relevanten Betriebsparameter rechnerisch variiert werden und damit der vorgesehene Versuchsumfang abgebildet werden. Die Eignung der eingesetzten Fest-Fl\u00fcssig-Trennung f\u00fcr eine robuste gro\u00dftechnische L\u00f6sung der Bypassstaubw\u00e4sche muss jedoch grunds\u00e4tzlich hinterfragt werden, weshalb in folgenden Untersuchungen alternative Verfahren getestet werden sollen. Diese Verfahrenstests sind als zus\u00e4tzliche Untersuchungen vor einer gro\u00dftechnischen Pilotinstallation durchzuf\u00fchren, um das in allen stofflichen Fragen erfolgreich getestete Verfahrenskonzept betriebssicher umsetzen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Es ist vorgesehen, die Ergebnisse des Forschungsprojektes in mindestens einer Fachpublikation zusammenzufassen und dar\u00fcber hinaus das neue Verfahrenskonzept in Veranstaltungen des VDZ (Verein Deutscher Zementwerke) vorzustellen, um auf diesem Weg die gewonnenen Erkenntnisse in der Zementindustrie zu verbreiten.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit der im halbtechnischen Ma\u00dfstab durchgef\u00fchrten Verfahrenserprobung und den begleitenden chemischen Untersuchungen konnte der Nachweis gef\u00fchrt werden, dass mit dem neuen Verwertungskonzept die stoffliche Verwertung der erzeugten Produkte uneingeschr\u00e4nkt m\u00f6glich ist. Somit kann neben der optimierten Ressourceneffizienz auch die angestrebte Vermeidung von CO2-Emissionen gew\u00e4hrleistet werden, da der CO2-freie Filterkuchen eine \u00e4quivalente Menge an Carbonat-haltigem Rohstoff ersetzt.
\nWegen einer Reihe von Betriebsproblemen mit der eingesetzten Filtertechnik konnten die vorgesehenen Variationen der Betriebsbedingungen nur eingeschr\u00e4nkt umgesetzt werden. Durch die Entwicklung eines rechnerischen Simulationsmodells gelang es jedoch, die ermittelten Betriebsdaten zu reproduzieren und durch rechnerische Parametervariationen die Optimierungspotenziale des Waschverfahrens aufzuzeigen, insbesondere hinsichtlich der Aufkonzentration der erzeugten Salzsole.
\nAls Konsequenz aus den Betriebseinschr\u00e4nkungen wird eine grunds\u00e4tzliche \u00dcberarbeitung der gew\u00e4hlten Fest-Fl\u00fcssig-Trennung vorgenommen, f\u00fcr die entsprechende Zusatzuntersuchungen bereits konkret geplant wurden, sodass das Ziel der Verfahrensentwicklung nicht in Frage steht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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