Sicher und sinnvoll aufbereiten

Sichere Immobilisation von Kraftwerksnebenprodukten im Pflugschar®-Mischer

Kraftwerke erzeugen nicht nur Strom, sondern auch wertvolle Nebenprodukte. Um diese sicher und sinnvoll aufzubereiten, ist eine homogene Mischung gefragt. Pflugschar®-Mischer bewähren sich hier seit vielen Jahren.

Bei der Verbrennung von fossilen Rohstoffen in Kraftwerken entsteht eine ganze Reihe an Nebenprodukten, die bereits seit Jahrzehnten aufbereitet und weiter verwendet werden. Neben REA-Gipsen sind dies vor allem Flugaschen und Schlacken. Diese Produkte stellen für die Industrie wertvolle Baustoffe dar. Sie kommen in der Betonindustrie, im Erd- und Straßenbau oder im Garten- und Landschaftsbau zum Einsatz. Damit werden natürliche Ressourcen geschont und die Umwelt entlastet.

Gewinnung von Gips

Der Weg bis zum wiederverwertbaren Produkt wurde seit Jahrzehnten immer wieder optimiert. Um Schwefelverbindungen aus fossil befeuerten Kraftwerken zu entfernen, sind Rauchgasentschwefelungsanlagen – kurz REA genannt – im Einsatz. Dabei werden die Rauchgase mit Hilfe von flüssiger Kalkmilch in einem Absorberturm besprüht. Das Schwefeldioxid wird dabei gebunden und lässt sich dadurch bis zu über 95 % aus dem Rauchgas entfernen. Anschließend wird Luft zugeführt, damit durch Oxidation Gips entsteht. Dieser ist qualitativ vergleichbar mit Gips, der aus natürlichem Gipsstein oder Anhydrit gewonnen wurde. Auf diese Weise werden in den deutschen Stein- und Braunkohlekraftwerken pro Jahr bis zu 7 Mio. t REA-Gips produziert, der fast vollständig in der Bauwirtschaft eingesetzt wird. So wird er in der Zementherstellung als Erstarrungsregler geschätzt oder für die Herstellung von Gipsplatten genutzt.

Um die Handhabung zu erleichtern, wird der entwässerte Gips meistens mit im Kraftwerk anfallender Flug- und Bettasche vermischt, sodass ein transportfähiges und ausreagiertes Stabilisat entsteht.

Flugaschen stabilisieren

Dabei sind die Flugaschen selbst ebenfalls ein wichtiges Nebenprodukt. Etwa drei Viertel der produzierten Mengen der Steinkohlenflugasche sind nach DIN EN 450-1 „Flugasche im Beton“ zertifiziert bzw. haben eine bauaufsichtliche Umweltzulassung. So verfügen insbesondere Steinkohleflugaschen über puzzolanische Eigenschaften, die sie für die Zement- und Betonindustrie als Ersatzmaterial für Klinker bzw. Zement interessant machen. So wirken Flugaschen im Frischbeton zum einen als Verflüssiger, wodurch sich der Beton besser verarbeiten lässt. Gleichzeitig füllen die Partikel der Flugasche die Hohlräume im Beton aus, dies erhöht dessen Druckfestigkeit. Das verbleibende Viertel wird im Bergbau, im Erd- und Straßenbau, bei der Zementherstellung und für andere Zwecke eingesetzt.

Dagegen werden Braunkohleflugaschen fast ausschließlich deponiert. Hier verhindert der hohe Sulfat- und Freikalk-Gehalt sowie die inhomogenen Qualitäten der Braunkohleflugaschen den Einsatz als Zuschlagstoff im Zement bzw. Beton. Dennoch müssen auch diese Aschen stabilisiert werden, bevor sie sicher in der Deponie gelagert werden können. Hier zählen mechanische Eigenschaften, die Wasserpermeabilität oder die Auslaugbarkeit.

Immobilisation gewünscht

Unabhängig davon, ob Gips stabilisiert, Flugasche deponiert oder weiterverarbeitet wird. Mischsysteme von Lödige spielen bei der Aufbereitung von all diesen Kraftwerksnebenprodukten eine entscheidende Rolle.

So werden REA-Gipssuspensionen mit Flugaschen aus der Steinkohleverbrennung im dafür ausgelegten Lödige Pflugschar®-Mischer homogen vermischt, um die puzzolanischen Eigenschaften zu nutzen. Hier ist eine sehr gleichmäßige Vermischung notwendig, damit es später nicht zu Qualitätseinbußen kommt.

Bei Flugaschen aus der Braunkohleverbrennung müssen insbesondere schadstoffhaltige Anteile stabilisiert und immobilisiert werden. Dabei geht es um eine genaue Einstellung der Rezeptur, damit ein endlagerungsfähiger Feststoff entsteht. Denn auch hier bildet die Diffusion der Gipssuspensions-Partikel in das in der Flugasche enthaltene oder hinzugefügte Calciumoxid (CaO) die Grundlage für die alkalische Verfestigungsreaktion, ähnlich der Zementerhärtung. Daher werden die löslichen, schadstoffhaltigen Anteile der Ausgangsmaterialien in neugebildete Mineralphasen eingebaut. Sobald diese Phasen nur noch eine geringe Löslichkeit aufweisen, spricht man von einem dauerhaften Einschluss und damit von einer Immobilisation. Die Qualität der Stabilisate hängt von den Eigenschaften der Flugasche und der Dosierqualität der Anlage ab, aber auch von den Mischungsverhältnissen und der Mischungsqualität.

Dreidimensionale Bewegung

Hier können die Pflugschar®-Mischer, die nach dem von Lödige Process Technology in die industrielle Mischtechnik eingeführten Schleuder- und Wirbelverfahren arbeiten, besonders punkten. Deren intensive Zwangsmischung sorgt für eine sehr gute Durchmischung und hohe Mischgüte. Der Pflugschar®-Mischer ist auch für den kontinuierlichen Betrieb verfügbar. Dort punktet der Mischer mit hohen Durchsatzleistungen, die sich abhängig von Verweilzeit, Füllgrad und Komponenteneigenschaften variieren lassen.

Für die gute Durchmischung rotieren in einer horizontalen, zylindrischen Trommel wandnah Pflugschar®-Schaufeln, deren Umfangsgeschwindigkeit und geometrische Form so konstruiert sind, dass sie die Mischkomponenten gegen die Gravitationskraft aus dem Produktbett radial in den freien Mischraum schleudern und gleichzeitig in axialer Richtung bewegen. Größe, Anzahl, Positionierung, Form und Umfangsgeschwindigkeit der Elemente sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass sie die Komponenten beim Mischvorgang in eine dreidimensionale Bewegung versetzen. Über die Schaufelform wird zusätzlich ein Sog für die Partikel weg von der Trommelwand erzeugt – die sogenannte Abhebung.

Die mechanisch erzeugte Wirbelschicht sorgt für eine extreme Vereinzelung der Partikel vor allem im Kopfraum des Mischers. Die Oberflächen der einzelnen Partikel stehen deshalb für den Kontakt mit Flüssigkeiten optimiert zur Verfügung, was deren homogene, klumpenfreie Zumischung und Verteilung häufig erst ermöglicht.

Dabei sind die Mischelemente so ausgeformt und angeordnet, dass sowohl ein sicherer Produkttransport aber auch eine ausreichende Rückvermischung gewährleistet wird. Dieses so erzeugte „mechanische“ Wirbelbett bewirkt unter ständiger Erfassung der gesamten Mischgutmenge die intensivste Vermischung selbst bei hohen Mischgutdurchsätzen und kurzen Verweilzeiten. Anschließend verlässt das fertige Mischgut über die Entleeröffnung den Mischer.

Passt sich dem Prozess an

Die Tauglichkeit der Pflugschar®-Mischer hat Lödige bereits mit vielen Mischern und Anlagen zur Stabilisaterzeugung von Kraftwerksnebenprodukten unter Beweis gestellt. Anwendungsspezifische Gestaltung der Mischwerkzeuge und Anpassungen der Mischwerkswellen-Drehzahl erlauben hier einen sehr flexiblen Einsatzbereich des Lödige Pflugschar®-Mischers. Da Flugaschen als besonders abrasiv gelten, kommt beispielsweise der Mischer hier in einer Heavy-Duty-Ausführung zum Einsatz. Sehr häufig wird im Übrigen nicht nur der Mischer geliefert, sondern vielfach ein Komplettpaket, das außerdem die Dosiertechnik, die Brüdenbehandlung und die Messtechnik einschließt.

Autor:

Bastian Tigges

Gebrüder Lödige Maschinenbau GmbH, Paderborn/Deutschland

www.loedige.de, Tigges@loedige.de

 

Bastian Tigges ist als ausgebildeter Industriemechaniker (Fachrichtung Maschinen- und Systemtechnik) sowie staatlich geprüfter Maschinenbau-techniker seit 2010 bei der Gebrüder Lödige Maschinenbau GmbH in Paderborn angestellt. Nach mehrjähriger Tätigkeit im Projektmanagement liegt sein Schwerpunkt dort seit 2017 im technischen Vertrieb von Anlagen zum Mischen und Granulieren für umwelttechnische Anwendungen.

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