Senkung der Quecksilberfrachten in Zementdrehofenanlagen durch den Einsatz von Sorbentien

Emissionsminderung bei gleichzeitiger Beibehaltung der Produktqualität

Vor dem Hintergrund zunehmender, auch internationaler Diskussionen über die Bedeutung von Quecksilber (Hg) und den damit verbundenen Risiken für Mensch und Natur ist die deutsche Zementindustrie bestrebt, ihre Quecksilberfrachten im Zementherstellungsprozess zukünftig weiter zu senken. Für eine nachhaltige Zementproduktion ist es dafür unumgänglich, dass mit einem ökologisch und ökonomisch vertretbaren Verfahren eine Minderung der Quecksilberemissionen unter Ausschluss von Auswirkungen auf Produkt und Prozess erreicht wird.

Eine mögliche wirtschaftlich vertretbare Technologie zur Minderung der Hg-Frachten kann die Eindüsung von Sorptionsmitteln in den Abgasweg bei anschließender reststofffreier und umweltverträglicher Nutzung des angefallenen Staubes im Produkt sein, sofern die hohen Qualitätsanforderungen weiterhin erfüllt werden und eine Beeinflussung des Endprodukts ausgeschlossen werden kann.

Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens bestand darin, zu untersuchen inwieweit die Quecksilberfrachten von Zementdrehofenanlagen durch eine sorbensunterstützte Staubauschleusung im Direktbetrieb effektiv gemindert werden können. Zudem wurde betrachtet, ob bei einer Einbindung des Sorbens-Staubgemisches in das Produkt eine sichere und umweltverträgliche Immobilisierung des Quecksilbers gewährleistet und es durch eine einfache selektive Abtrennung aus dem Filterstaub ausgewaschen werden kann. Mit Blick auf die Einbindung in das Produkt wurden mögliche Auswirkungen untersucht.

Im ersten Schritt wurden im Labormaßstab sechs verschiedene am Markt verfügbare Sorbentien auf ihre Abscheideleistung hinsichtlich des Quecksilbers im simulierten Abgas einer Zementdrehrohrofenanlage hin untersucht. Dabei wurden der Einfluss unterschiedlicher Temperaturen und variierender Gaskonzentrationen auf die Minderungswirkung der Sorbentien auch hinsichtlich ihrer Speziierung betrachtet.

Im folgenden Schritt wurden mit vier in den Laborversuchen ausgewählten Sorbentien, zehn Werksversuche zur Betrachtung des Abscheideverhaltens im realen Abgas einer Zementdrehrohrofenanlage durchgeführt, wobei der Betrieb ohne Eindüsung als Referenz diente. Die Versuche gaben Aufschluss darüber, wie sich die Eindüsung von Sorbentien auf die Quecksilberabscheideleistung im Abgasweg auswirkt. Zudem wurden die Quecksilbergehalte im Staub an verschiedenen Stellen im Rohgasquerschnitt vor Filter bestimmt.

In einem dritten und letzten Schritt wurden die während der Werksversuche entnommenen Filterstaubproben eingehend auf ihre Eigenschaften und Einflüsse auf die Produkteigenschaften von Zement, Mörtel und Beton hin untersucht. Dabei wurde eine Untersuchung der Filterstäube hinsichtlich einer möglichen Trennung von Sorbens und Filterstaub durch eine einfache Waschung mit deionisiertem Wasser, Salzsäure und Bromwasserstoffsäure durchgeführt und durch Auslaugversuche über einen Zeitraum von 24 Stunden im Schüttelversuch mit deionisiertem Wasser ergänzt. Mit während der Werksversuche entnommenen Filterstaubproben wurden Zemente und daraus Mörtel und Betone hergestellt, die auf ihre Produkteigenschaften hinsichtlich der Farbeigenschaften der Zemente und gegossener Mörtelplatten, der Mörtel-Zug- und Druckfestigkeiten, Rohdichten und Ausbreitmaße untersucht wurden. In einer Langzeitbetrachtung über einen Zeitraum von 64 Tagen wurde im Trogversuch abschließend das Auslaugverhalten an hergestellten Betonwürfeln untersucht.

Förderer

Das IGF-Vorhaben 18023 N der Forschungsvereinigung VDZ gGmbH wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Kontakt

Dr. Volker Hoenig

Dr. Volker Hoenig

Tel.: (0211) 45 78-254

Fax: (0211) 45 78-400

Projektzeitraum

01/2014 - 06/2016

Veröffentlichungen

Forschungsergebnisse