Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Phosphoroxide sowie ggf. Chromoxid und ggf. Eisenoxid enthaltenden Stäuben sowie eine Vorrichtung zur

Durchführung des Verfahrens.

In der chemischen Industrie, in der Eisen- und

Nichteisenmetallerzeugung, im Bergbau, in der Müll- und Klärschlammverbrennung, in der Tierkörperverwertung

(Tiermehl), in der Biomasse-Energiegewinnung und dgl .

fallen Stäube an, deren Recycling und Deponierung nicht zufriedenstellend gelöst sind. Derartige Stäube haben vorzugsweise eine Korngröße von kleiner 1,5 mm, manchmal auch kleiner 250 pm und können sich aus anorganischen und organischen Verbindungen zusammensetzen. Sie entstehen z.B. auch durch das Trocknen verschiedenster Schlämme und stellen eine hohe Umweltbelastung dar.

Anorganische Bestandteile sind beispielsweise CaO, MgO, Si0 ₂ , A1 ₂ 0 ₃ , Cr ₂ 0 ₃ , Fe _x O, Ρ ₂ Ό ₅ , Ti0 ₂ , SOx, Alkalien,

Halogenide, Sulfide, Sulfite, Sulfate, diverse

Sauerstoffäffine Metallspezies (Nebengruppenelemente, insbesondere Zn) . Organische Bestandteile sind

beispielsweise Ozokerite, Erdwachse, Fettsäuren,

Kohlenwasserstoffe (Aromate, Aliphate) , Dioxine, Furane, PCB, Byphenyle, Biozide, Antibiotika, Hormone, Endokrine, Medikamentenrückstände, Prionen und dgl.

Aufgrund von deren Zusammensetzung dürfen z.B. Klärschlämme nicht mehr landwirtschaftlich verwertet werden und sollen bevorzugt einer Monoverbrennung zugeführt werden. Die

Verwertung der dabei entstehenden Verbrennungsrückstände ist allerdings bis heute nicht zufriedenstellend gelöst, da diese ebenfalls ein hohes Schadstoffpotential aufweisen. Darüber hinaus bilden die vorhandenen Eisen- und

Phosphoroxide unlösliche Verbindungen, welche die

Pflanzenverfügbarkeit des Phosphatanteils stark

herabsetzen .

Bei der Tierkörperverwertung erhaltenes Tiermehl darf nicht ohne weiteres deponiert oder als Dünger verwendet werden, sondern muss (insbesondere im Falle von Tiermehl der

Kategorie 1 gemäß EU-Verordnung (EG) Nr. 1069/2009)

verbrannt werden. Die Verbrennung von Tiermehl bereitet jedoch eine Reihe von prozesstechnischen Problemen, wobei darüberhinaus dafür Sorge getragen werden muss, dass im Zuge der Verbrennung eine Mindestverweilzeit bei einer Mindesttemperatur sichergestellt ist, um im Tiermehl enthaltene Gefahrenstoffe, wie z.B. Prionen, zu vernichten.

In der WO 03/070651 AI ist bereits eine Einrichtung zum Schmelzen von Stäuben vorgeschlagen worden, bei welcher die Stäube mit einem Trägergas in eine Brennkammer eingestoßen werden, wobei die Stäube axial und das Trägergas tangential in einen Zyklon eingebracht werden und der Zyklon über eine im wesentlichen axial gerichtete Austragsöffnung mit einer Brennkammer verbunden ist. Dadurch, dass der Brennkammer ein Zyklon vorgeschaltet ist, welcher als Dosierzyklon wirksam wird, gelingt es, dem Material durch das

tangentiale Einblasen von Trägergas eine entsprechend rotierende Bewegung zu verleihen, welche zum Einstoßen der Stäube in die nachfolgenden Brennkammer unter einem

definierten Drall führt. Dabei kann koaxial zur

Zyklonaustragsöffnung Brennstoff sowie ggf. weiteres

Trägergas in die Brennkammer eingestoßen werden. Eine derartige koaxiale Zuführung von Brennstoff erlaubt es, die unter einem Drall eingestoßenen Stäube in einem ersten Bereich mit den Brenngasen zu vermischen, worauf mit besonders rascher Temperaturübertragung in der Flamme ein rasches Aufschmelzen der Stäube ermöglicht wird.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen führen jedoch zu Problemen in der Staubzuführung,

insbesondere in der Brennermündung, da es im Bereich des Übergangs vom kalten Bereich der Staubzuführung zur heißen Brennkammer, d.h. insbesondere im Mündungsbereich des

Brenners, zu einer extremen Überhitzung, zu einem

Verschmelzen, Verkleben und Sintern sowie zu Anbackungen und einer Agglomeratbildung (sogenannte „Bartbildung") kommt. Dies führt zu häufigen Betriebsunterbrechungen durch Reinigungsmaßnahmen .

Der Tröpfchenaustrag nach der Brennkammer führt auch zu Anbackungsproblemen in der nachgeschalteten Abgasbehandlung mit entsprechenden WertstoffVerlusten (z.B. CaO, P2O ₅ bzw. P ₂ ) · Der wärmetechnische Wirkungsgrad ist sehr niedrig, da ein Großteil der Wärme durch das große Abgasvolumen

abgeführt und nicht im System genutzt wird.

Weiters hat die Schlackenschmelze eine vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit. Dies führt zu großen Problemen im Abstichbereich, sodass es hier oft zu Verstopfungen kommt, was zu großem Aufwand während des Betriebes führt.

Die Aufarbeitung von Klärschlamm bzw. Klärschlammasche bereitet besondere Probleme. Klärschlamm kann neben

weitgehend unbedenklichen Naturstoffen auch Umweltgifte, wie beispielsweise Schwermetalle, Halogene, Pestizide, Herbizide, Antibiotika, kanzerogene und mutagene Schadstoffe, chlorierte Kohlenwasserstoffe, polychlorierte Biphenyle, Hormone und Endokrine enthalten. Unter den im Klärschlamm enthaltenen Metallen sind neben den

Schwermetallen Kupfer, Zink, Quecksilber und Kadmium auch verschiedene Oxide von Kalzium, Silizium und Aluminium zu nennen, wobei insbesondere das Vorliegen von Eisenoxiden die Gewinnung von reinem Phosphor verunmöglicht, da sich Phosphor mit Eisen zu Phosphoreisen verbindet und somit in Anwesenheit von Eisen nicht rein gewonnen werden kann. Der Gehalt an verschiedenen Metallen und Schwermetallen

verhindert zumeist die direkte Verwendung von Klärschlamm als Düngemittel, weshalb Klärschlamm und Klärschlammasche in großen Mengen deponiert werden muss. Die

Phosphatverfügbarkeit, gemessen beispielsweise als „Citrat- Löslichkeit" , für Pflanzen ist aufgrund des hohen

Eisenoxidgehaltes sehr gering. Die Deponierung von

Klärschlamm führt dazu, dass die enthaltenen Wertstoffe und insbesondere der nicht nur für die Düngemittelindustrie interessante Phosphor nicht genutzt werden können.

In der WO 2012/065798 AI ist vorgeschlagen worden,

Klärschlamm mit Chloridträgern zu versetzen und

anschließend einer oxidativen thermischen Behandlung zu unterziehen. Diese Verfahrensweise führt dazu, dass die enthaltenen Metalle beim Oxidationsschritt in

Metallchloride umgewandelt werden, die bei den durch die Chloridzugabe bedingten sehr hohen Temperaturen überaus flüchtig sind und deshalb mit der Gasphase abgezogen werden können. Die verbleibende Fraktion kann in der Folge einer Reduktion unterworfen werden, bei der aus den enthaltenen Phosphoroxiden reiner Phosphor gewonnen werden kann. Eine Aufarbeitung von Stäuben ist in der WO 2012/065798 AI nicht beschrieben .

Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. der Phosphoroxide sowie ggf. Chromoxid und ggf. Eisenoxid enthaltene Stäuben zur Gewinnung von Phosphor effizient und wirtschaftlich

aufgearbeitet werden können, wobei insbesondere die

beschriebenen Probleme des Verklebens, der Entstehung von Anbackungen und einer Agglomeratbildung sowie der sehr hohen Brennkamm-Temperaturen vermieden werden sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Verfahren zur Aufarbeitung von Phosphoroxide sowie ggf.

Chromoxid und ggf. Eisenoxid enthaltenden Stäuben im

Wesentlichen vor, dass die Stäube sowie Primärsauerstoff in eine Mischkammer eingebracht werden, die Stäube durch die Wirkung von Scherkräften desagglomeriert und mit dem

Primärsauerstoff vermischt werden, um ein Staub-Sauerstoff- Gemisch zu erhalten, das Staub-Sauerstoff-Gemisch über einen ringförmigen Drosselspalt aus der Mischkammer in eine einen gegenüber der Mischkammer verringerten Druck

aufweisende Expansionskammer ausgebracht wird, aus welcher das Staub-Sauerstoff-Gemisch in eine Brennkammer

ausgestoßen wird, in welcher das Gemisch unter Zufuhr von Sekundärsauerstoff zu Schmelzetröpfchen aufgeschmolzen wird, wobei die Schmelzetröpfchen agglomeriert und die Schmelze in einem Schmelzebehälter gesammelt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt eine

effiziente und wirtschaftliche Aufarbeitung von Stäuben zur Gewinnung von Phosphor, wobei die Desagglomerierung der Stäube zuerst durch das gezielte Einbringen von Scherkräften in der Mischkammer und danach durch die im Drosselspalt wirkenden Scherkräfte erreicht wird.

Gleichzeitig erfolgt in der Mischkammer bereits eine

Vermischung des Staubs mit Primärsauerstoff. In der

Brennkammer werden die brennbaren (organischen)

Bestandteile der Stäube bei hohen Temperaturen und

einstellbarer Verweilzeit vergast bzw. verbrannt und die nicht brennbaren (anorganischen) Bestandteile geschmolzen und die Schmelzetröpfchen agglomeriert.

Die Phosphoroxide enthaltenden Stäube, die sich für die Aufarbeitung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen, können aus verschiedensten Quellen stammen, wie z.B. Klärschlamm, Klärschlammasche, Klärschlammschlacke, Gärreste, Rückstände aus der Vergärung von Biomasse,

Wirtschaftsdünger, Gülle, Tierfett, Tiermehl,

Tiermehlaschen, Fleischknochenmehle, Bioabfälle,

Gartenabfälle, Bonderschlämme, phosphathaltige technische Abfalllösungen, phosphathaltige Abwässer, Nebenprodukte de Lebensmittelherstellung, einschließlich Casein, Käsestaub, Fleisch- und Fischabfälle und bei der Herstellung von Speiseöl verbleibende Presskuchen.

Die in den Stäuben enthaltenen Phosphoranteile können in gasförmigem Zustand (als P ₂ ) aus der Brennkammer abgezogen, werden und/oder liegen als Phosphate in der entstehenden Schmelze vor. Gasförmiges Phosphor kann hierbei mit dem Abgas abgezogen und das Abgas gequencht werden, um

elementaren Phosphor zu gewinnen. Alternativ kann P ₂ zu P ₂ 0 verbrannt werden, um das P ₂ 0 ₅ danach z.B. einer Hydrolyse z unterwerfen, um Phosphorsäure zu erhalten. Aus dem in der Schmelze enthaltenen Phosphatanteil können mit bekannten Verfahren Phophatverbindungen rückgewonnen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft zur Rückgewinnung von Phosphor aus Tiermehl verwendet werden, wobei das Verfahren gleichzeitig eine sichere Entsorgung des Tiermehls sicherstellt, bei der Prionen und ggf. andere als gesundheits- oder umweltgefährdend

eingestufte Stoffe vernichtet werden.

Eine bevorzugte Verfahrensweise sieht daher vor, dass Tiermehl enthaltende Stäube in die Mischkammer eingebracht werden, wobei der Tiermehlanteil der Stäube vorzugsweise > 60 Gew.-% beträgt. Beim Einsatz von Tiermehl ist zu beobachten, dass größere Tiermehlpartikel, die im Staub- Sauerstoff-Gemisch enthalten sind, beim Eintritt in die Brennkammer auf Grund des Temperaturschocks dekrepieren, wobei das enthaltene Kristallwasser und das absorbierte Wasser schlagartig verdampft, wodurch eine ergänzende Zerteilung des Gemisches bzw. der entstehenden

Schmelzepartikel erreicht wird.

Durch geeignete Wahl des Mischungsverhältnisses von Staub zu Primärsauerstoff in der Mischkammer kann die in der Brennkammer herrschende Verbrennungsstöchiometrie

eingestellt werden, wobei bevorzugt eine reduzierende

Atmosphäre eingestellt wird, bei der die organischen

Bestandteile des Staubs, insbesondere Tiermehls, vorwiegend zu H2, CO, C0 ₂ und N2 vergast werden. Bevorzugt wird so vorgegangen, dass in der Gasphase der Brennkammer ein CO2- Anteil von mindestens 15 vol.-% eingestellt wird.

Insbesondere ist eine vollständige Oxidation der

organischen Bestandteile von Stäuben mit hohem Heizwert, wie z.B. Tiermehl, in der Regel nicht erforderlich, da die Temperatur der Brennkammer andernfalls Werte von 1.600°C überschreiten würde, was zu Feuerfestproblemen führen würde. Der erwähnte C0 ₂ -Anteil kann z.B. durch Zuführen von externem CO ₂ erreicht werden oder durch Maßnahmen zur

Kühlung des Brennraums, wie z.B. durch das Vorsehen von Kühlflächen eines Wärmetauschers, durch Einblasen von H ₂ O bzw. Dampf oder durch den Einsatz von Verbrennüngsluft mit oder ohne Sauerstoff-Anreicherung . Unter den genannten Redox-Bedingungen verbleibt der Phosphor als

Calciumphosphat in der Schlackenschmelze.

Besonders bevorzugt wird Tiermehl oder werden Tiermehl enthaltende Stäube gemeinsam mit einem Silikatträger, wie z.B. Klärschlammasche, in die Mischkammer eingebracht. Mit der Klärschlammasche wird ein weiterer Phosphatträger zugegeben, wobei gleichzeitig der Silikat- bzw. Si0 ₂ -Anteil der Klärschlammasche genutzt wird, um die hohe Basizität des Tiermehls abzusenken. Dies ist im Hinblick auf die Einstellung einer geeigneten Schmelzviskosität von

bevorzugt 0,3-1,8 Pa*sec von Vorteil. Weiters wird dadurch die Verflüchtigung von P2O5 aus der Schmelze reduziert, was erwünscht ist, wenn man die Rückgewinnung von Phosphat aus der Schmelze anstrebt.

Bevorzugt enthalten die Stäube Tiermehl in einem Anteil von 80 bis 96 Gew.-% und Klärschlammasche in einem Anteil von 4 bis 20 Gew.-%.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch vorteilhaft für die Aufarbeitung von eisenoxidhaltigen Stäuben verwendet werden. Eine bevorzugte Verfahrensweise sieht in diesem Zusammenhang vor, dass die Stäube Eisenoxid enthalten und dass das Staub-Sauerstoff-Gemisch in der Brennkammer unter ergänzender Anwesenheit von elementarem Chlor und ggf. Chloridträgern zu Schmelzetröpfchen aufgeschmolzen wird, wobei die entstehenden Eisenchloride gasförmig abgezogen und die von Eisenoxiden und ggf. Chromoxiden weitestgehend befreiten Schmelzetröpfchen agglomeriert werden.

Bevorzugt kann das Staub-Sauerstoff-Gemisch hierbei durch den Impuls eines Brennstoff-, insbesondere Brenngasstrahles gemeinsam mit diesem in die Brennkammer ausgestoßen werden.

Bevorzugt handelt es sich bei den aufzuarbeitenden Stäuben um pyrolysierten, pulverisierten Klärschlamm oder um aus der Verbrennung von Klärschlamm stammende Klärschlammasche. Klärschlammasche ist besonders bevorzugt, weil diese einen hohen Gehalt von bis zu 25 Gew.-% Phosphoroxiden aufweist.

Die Verschlackung von Klärschlamm bzw. von deren Asche gemeinsam mit elementarem Chlor bzw. Chloridträgern, wie z.B. Cl ₂ , CaCl ₂ , HCl, KCl, NaCl, führt zu einer

Verflüchtigung von Fe in der Chloridform:

FeO + CaCl ₂ -> FeCl ₂ + CaO, bzw.

FeO + 2 KCl -> FeCl ₂ + K ₂ 0

FeO + 2HC1 -> FeCl ₂ + H ₂ 0

Im Falle der Zugabe von Chlorgas (Cl ₂ ) wird der Sauerstoff im FeO durch das Chlorgas oxidiert, wobei FeCl ₂ /FeCl ₃ sowie freier, oxidierter Sauerstoff (0 ₂ ) entsteht, und das Chlor wird dabei zu Chlorid-Anionen reduziert:

FeO + Cl ₂ -> FeCl ₂ + 02, bzw.

02 ^~ + 2C1 -> 2C1 ^" + 0

(„Reaktion I") Diese als „Oxychlorierung" bezeichnete Reaktion bedeutet somit, dass 02 ^" mittels Cl ₂ „oxidiert" wird und das

elementare Chlor zu Chlorid-Anionen (Cl ^~ ) reduziert wird.

Dabei soll eine Metallisierung der Eisenoxide verhindert werden, da diese der Chloridisierungsreaktion andernfalls nicht mehr zugänglich wären. Um eine Metallisierung von FeO zu verhindern, wird so vorgegangen, dass in der Brennkammer in Bezug auf das Oxydationsmittel Chlor eine oxidierende Atmosphäre eingehalten wird. Die Gewährleistung einer oxidierenden Atmosphäre bedeutet insbesondere, dass neben dem C0 ₂ aus der Verbrennung noch freier Sauerstoff (0 ₂ ) im Verbrennungsgas vorliegt. Die Oxychlorierung läuft aber auch in Abwesenheit von freiem 0 ₂ bei einem CO-Partialdruck von bis zu 30 vol.-% (Rest C0 ₂ ) noch sehr rasch ab. Offenbar wird der oxidierte Sauerstoff der Reaktion I durch das CO rasch zu C0 ₂ abgebaut, was sich auf das obige

Reaktionsgleichgewicht positiv auswirkt.

Hinsichtlich des Verhältnisses der FeCl ₃ - und FeCl ₂ -Bildung wurde festgestellt, dass die Wertigkeitsstufe von Fe abhängig vom 0 ₂ -Partialdruck (neben dem Chlor-Partialdruck) und der Temperatur in der Brennkammer ist. Bei hohem 0 ₂ - Partialdruck bildet sich überwiegend FeCl ₃ , welches einen Siedepunkt von 319 °C aufweist. Im eher reduzierenden

Bereich (kein 0 ₂ , sondern nur C0 ₂ /CO in der Brennkammer) bildet sich überwiegend FeCl ₂ , welches einen Siedepunkt von 1.026°C aufweist, wobei in der Brennkammer wie erwähnt ein CO-Partialdruck von höchstens 30 vol.-% vorliegen sollte. Bei einem höheren CO-Partialdruck bilden sich unerwünschte Verbindungen. Bei einem CO-Partialdruck von ca. 40 vol.-% beginnen sich diverse unerwünschte Chlor-Eisen-Oxidphasen mit unterstöchiometrischem Wüstit-Anteil zu bilden, welche einer Chlorierung nicht mehr bzw. nur schwer zugänglich sind. Bei einem CO-Partialdruck von ca. 60 vol.-% beginnt sich metallisches Eisen und elementarer Phosphor und in der Folge das unerwünschte Fe ₃ P (Eisenphosphor) zu bilden.

Es wurde festgestellt, dass ein höherer

Sauerstoffpartialdruck bei Anwesenheit von freiem

Sauerstoff dazu führt, dass vorwiegend FeCl ₃ an Stelle von FeCl ₂ gebildet wird. Wenn kein freier Sauerstoff, sondern hauptsächlich C0 ₂ vorliegt, entsteht mehr FeCl ₂ , welches weniger flüchtig ist als FeCl ₃ .

Um FeCl ₂ /FeCl ₃ zu erhalten, d.h. für die Oxychlorierung, ist es notwendig, dass der Brennstoff wasserfrei ist. Bevorzugt wird als Brenngas wasserfreies CO eingesetzt. Alternativ kann als Brennstoff auch Kohlestaub eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäß in die Mischkammer eingebrachten Stäube haben eine Partikelgrößenverteilung, die durch einen Wert dgo von < 1,5mm, insbesondere < 250pm gekennzeichnet ist.

Die Stäube können als Kalt- oder/und als Heißstäube in die Mischkammer eingebracht werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, umfassend eine Mischkammer mit einer Aufgabeöffnung für die Aufgabe von Stäuben und mit einer Austragsöffnung, wobei in der Mischkammer von einem Rotationsantrieb rotierend antreibbare, insbesondere stangenförmige Mischelemente angeordnet sind, in die

Mischkammer mündende Düsen zum Einbringen von

Primärsauerstoff vorgesehen sind und die Austragsöffnung von einem ringförmigen Drosselspalt gebildet ist, weiters umfassend eine Expansionskammer, welche an den Drosselspalt anschließend angeordnet ist, und eine Brennkammer, welche an die Expansionskammer anschließend angeordnet ist, wobei in die Brennkammer Düsen für die Zufuhr von

Sekundärsauerstoff münden, und weiters umfassend einen an eine Austragsöffnung der Brennkammer anschließenden

Schmelzebehälter zum Sammeln der in der Brennkammer

entstehenden Schmelzetröpfchen sowie einen Abzug zum

Abziehen der Abgase.

Bevorzugt ist eine koaxial zum ringförmigen Drosselspalt angeordnete, in die Expansionskammer oder stromabwärts der Expansionskammer mündende Brennerlanze zum Einbringen eines BrennstoffStrahles vorgesehen, sodass ein Staub-Sauerstoff- Gemisch durch den Impuls des BrennstoffStrahles gemeinsam mit diesem aus der Expansionskammer in die Brennkammer ausgestoßen werden kann.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der

erfindungsgemäßen Vorrichtung kommen als wesentliche

Komponenten somit die Mischkammer, die Expansionskammer und die Brennkammer zum Einsatz.

Die Mischkammer dient dazu, die eingetragenen Stäube zu desagglomerieren und mit dem Primärsauerstoff zu

vermischen. Zu diesem Zweck werden in der Mischkammer

Scherkräfte erzeugt, wobei dies bevorzugt durch rotierende, insbesondere stangenförmige Mischelemente erfolgt.

Insbesondere ist vorgesehen, dass in Strömungsrichtung der Stäube abwechselnd rotierende Mischelemente und statische Mischelemente angeordnet sind. Die statischen Mischelemente wirken hierbei als statische Strombrecher und die

rotierenden Mischelemente wirken im Sinne einer Verwirbelung der Stäube bzw. des Staub-Sauerstoffgemisches Die statischen Mischelemente werden bevorzugt von Stäben gebildet, die am zylindrischen Gehäuse der Mischkammer angebracht sind und von diesem radial in das Innere der Mischkammer ragen. Die rotierenden Mischelemente werden bevorzugt ebenfalls von Stangen gebildet, die an einem um die Zylinderachse des Gehäuses rotierbar gelagerten Rotor befestigt sind und von diesem radial nach außen ragen. Die Drehzahl des Rotors beträgt vorzugsweise 30-200 min ^-1 . Die statischen und die rotierenden Mischelemente überlappen einander in Achsrichtung gesehen, sodass zwischen den statischen und den rotierenden Mischelementen eine

Scherwirkung erzeugt wird und gleichzeitig eine

Verwirbelung stattfindet.

Die Verwirbelung wird dadurch noch weiter begünstigt, dass wie dies einer bevorzugten Ausführungsform entspricht, die Düsen für das Einbringen des Primärsauerstoffs an den statischen Mischelementen angeordnet sind. Der

Austrittswinkel der Düsen kann dabei so eingestellt werden dass es zu einer optimalen Verwirbelung des eingetragenen staubförmigen Materiales kommt.

Bevorzugt herrscht ein Druckgradient zwischen der

Staubaufgabe und der Brennkammer, welcher eine Strömung de Staub-Sauerstoff-Gemisches in Richtung zur Brennkammer bewirkt. Für einen über den Querschnitt gleichmäßig verteilten Staubeintrag in die Brennkammer ist der

erfindungsgemäß vorgesehene ringförmige Drosselspalt an de Austragsöffnung der Mischkammer von Bedeutung. Durch die Drosselwirkung des Drosselspalts wird eine überaus

gleichmäßige Staubverteilung über den Umfang des

Drosselspalts erreicht. Allfällig mitgerissenes Staubagglomerat wird über die Scherwirkung in diesem

Drosselbereich desintegriert.

In der an die Austragsöffnung der Mischkammer unmittelbar anschließenden Expansionskammer wird eine Saugwirkung erzeugt, welche sich zumindest teilweise auf Grund des BrennstoffStrahls ergibt, der in diesem Bereich ggf.

eingebracht . ird, um das Staub-Sauerstoff-Gemisch in die Brennkammer einzustoßen. Die Injektorwirkung des

BrennstoffStrahls führt zu einer optimalen Vormischung des noch kalten Sauerstoff-Brennstoff-Staubgemisches .

Es ergibt sich in der Brennkammer eine dichte kalte

Staubwolke vor der Brennermündung, wodurch die intensive Wärmestrahlung aus der Brennkammer auf das Brennersystem stark vermindert wird. Die dichte Flugstaubwolke zündet aufgrund von deren hoher Eintrittsströmungsgeschwindigkeit erst in einigem Abstand entfernt von der Brennermündung in der Brennkammer. Die Zündgeschwindigkeit der Flugstaubwolke beträgt beispielsweise 0,4 m/sec, wobei die

Zündgeschwindigkeit im Vergleich zur reinen

Flammenausbreitungsgeschwindigkeit geringer ist, da die dichte Staubwolke diese stark verzögert. Erst nach

Unterschreiten einer kritischen Staubdichte, in

Abhängigkeit von deren Strömungsgeschwindigkeit, zündet das Gemisch in der heißen Brennkammer sehr gleichmäßig. Der beschriebene thermische Schutz der Brennermündung

verhindert Anbackungen bzw. Versinterungen des zugeführten Staubes durch die in die Brennkammer vorgelagerte

Flugstaubwolke .

Alternativ kann anstatt des BrennstoffStrahles Inertgas, Luft (z.B. vorgewärmt) oder ein C0 ₂ /Wasserdampfgemisch mit dem Staub-Sauerstoff-Gemisch in die Brennkammer ausgestoßen werden .

Insbesondere im Falle der Aufarbeitung von Tiermehl ist das Einbringen eines zusätzlichen Brennstoffs in die

Brennkammer nicht erforderlich, weil Tiermehl ohnehin einen hohen Heizwert von ca. 10-25 MJ/kg aufweist.

In der Brennkammer gelingt eine weitere Verwirbelung durch die Zufuhr von Sekundärsauerstoff. Die Zufuhr von

Sekundärsauerstoff kann hierbei bevorzugt über eine koaxial zum Brennstoffstrahl angeordnete, ringförmige Düse

erfolgen. Der Sekundärsauerstoffstrahl ummantelt hierbei das in die Brennkammer ausgestoßene Staub-Sauerstoff- Brennstoff-Gemisch und führt zu einer gleichmäßigen

Beaufschlagung des Brennkammervolumes , wo es zu einer raschen, gleichmäßigen Verbrennung, Durchwärmung und

Tröpfchenbildung des Eintragsgutes aufgrund von dessen großer spezifischen Oberfläche kommt. Die Erwärmung, das Schmelzen und die thermochemischen Reaktionen erfolgen hier abhängig im Wesentlichen von der Korngröße und der

Korngrößenverteilung des Staubes bevorzugt innerhalb 0,2 bis 1,5 sec, wobei Brennkammergastemperaturen von bis zu 1800°C zu beobachten sind. Die Strömungsgeschwindigkeit in der Brennkammer kann vorzugsweise 0,2 - 4,5 m/sec,

insbesondere 0,2 - 2,0 m/sec, betragen.

Bevorzugt kann eine Verdrallung der Sekundärsauerstoff- Strömungsstrahlen um die Brennkammerachse vorgenommen werden, was zu einer optimalen Wirbelströmung und damit zu einer weiteren Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit und zu einer Vergleichmäßigung des Reaktionsfortschrittes bzw. der Reaktionsfront in der Brennkammer führt. Das Vormischen eines kalten Gas-Staub-Gemisches noch im Brennerkopfbereich, wie vorhin beschrieben, und der

Sekundärsauerstoffeintrag sorgen für ein von der

Brennermündung entferntes Zünden des Gemisches und

verhindern so das unerwünschte und gefährliche

Änbacken/Ansintern des Staubes im Brennerkopfbereich .

Durch Einstellung der Verbrennungsstöchiometrie, definiert als das Verhältnis der Summe von Brennstoff und

Organikafraktion im Staub zu Sauerstoff, kann im Fall der Aufarbeitung von eisenoxidhaltigen Stäuben eine oxidierende Atmosphäre (Lambda >1) in der Brennkammer erzeugt werden, sodass das Staub-Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch in der

Brennkammer unter Anwesenheit von elementarem Chlor (CI ₂ ) und ggf. Chloridträgern in oxidierender Atmosphäre zu

Schmelzetröpfchen aufgeschmolzen werden kann. Die dabei entstehenden Eisenchloride werden mit dem Abgas abgezogen. Um den von Eisenoxiden und ggf. Chromoxiden weitestgehend befreiten Tröpfchenstrom zu agglomerieren, wird dieser in einen Schmelzebehälter geleitet, in dem die Schmelze gesammelt wird. Bevorzugt wird hierbei so vorgegangen, dass das Brennstoff/Tröpfchen-Gemisch von der Brennkammer durch eine hochturbulente agglomerierende Heißgasventuridüse in den Bereich des Schmelzebehälters geführt wird. Dessen Austrittsmündung ist auf die im Schmelzebehälter

befindliche Schmelze gerichtet, wobei aufgrund des

Auftreffimpulses und der Oberflächenspannung der Schmelze eine weitgehende Tröpfchenabscheidung aus der Gasphase erfolgt .

Die entstehende Schmelze hat im Gegensatz zu

Metallschmelzen nur eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit. Bevorzugt wird der Schmelze eine Sn/Cu/Ni-

Legierungsschmelze unterlegt. Diese leitet die Wärme sehr gut, schützt den Feuerfestaufbau des Schmelzebehälters und sammelt aus der Schmelze sedimentierte Metalle. Die

Legierungsschmelze ist bevorzugt so zusammengesetzt, dass diese zwischen 1.050°C und 1.250°C eine dünnflüssige

Schmelze bildet. Beheizt werden kann diese Schmelze beispielsweise induktiv im Niederfrequenzbereich, wobei über die Lorentzkraft auch turbulent gerührt werden kann.

Die im Schmelzebehälter gesammelte, im Wesentlichen

eisenfreie mineralische Schmelze ist weitestgehend

Schadstofffrei und kann auf vielfältige Weise verwendet werden .

Bevorzugt kann die Schmelze einer Reduktion zur Gewinnung von elementarem Phosphor unterzogen werden. Insbesondere kann eine carbothermische Schlackenreduktion vorgenommen werden, bei welcher hochreiner elementarer Phosphor

(„weißer Phosphor", P ₂ ) mit sehr hoher Ausbeute gewonnen werden kann, da kein Phosphoreisen als unerwünschtes

Nebenprodukt entstehen kann. Die carbothermische Reduktion kann hierbei bevorzugt unter Verwendung einer zumindest teilweise induktiv beheizten Säule mit stückigem Koks und/oder Graphit durchgeführt werden, wobei der

entweichende elementare Phosphor abgezogen wird. Die

Reduktion auf einer zumindest teilweise induktiv beheizten Säule ist beispielsweise aus der WO 2006/079132 AI bekannt, wobei diesem Dokument auch eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines Reduktionsschritts entnommen werden kann. Mit einer zumindest teilweise induktiv erhitzten Kokssäule lassen sich überaus hohe Temperaturen erzielen, wobei eine reduzierende Atmosphäre eingestellt werden kann, da der Kohlenstoff der Säule nicht mit

Verbrennungsprodukten und insbesondere nicht mit C0 ₂ im thermischen Gleichgewicht steht.

Für die Reduktion der Schmelze zur Gewinnung von

elementarem Phosphor (P2) ist es vorteilhaft, wenn die

Schmelze ein Ca0/Si0 ₂ -Verhältnis von 0,4-1,4 aufweist. Dies kann durch Zugabe ^' von Kalkträger, wie z.B. CaCC>3 und/oder CaO, oder von CaCl ₂ zur Schmelze oder zu den

aufzuarbeitenden Stäuben erfolgen. Besonders vorteilhaft wird die Einstellung des CaO/Si0 ₂ -Verhältnisses durch Zugabe einer Staubfraktion erreicht, die bei der mechanischen Aufbereitung von Stahlschlacke anfällt. Bei der

Stahlherstellung z.B. mit dem LD-Verfahren oder dem

Elektrolichtbogenofen, fallen Schlacken mit einem hohen CaO-Gehalt an. Diese werden in der Regel zur Rückgewinnung von metallischem Eisen mechanisch aufbereitet, wobei eine hochproblematische Staubfraktion übrigbleibt. Diese

Staubfraktion kann den aufzuarbeitenden Stäuben als Additiv zur Einstellung der erforderlichen Basizität (CaO/Si0 ₂ ) zugesetzt werden. Da die genannte Staubfraktion auch

Phosphor und Chrom enthält, gelingt dadurch nicht nur eine Verwertung der sonst problematisch zu deponierenden Stäube, sondern auch eine Rückgewinnung des enthaltenen Phosphors durch die erfindungsgemäß bevorzugte Oxychlorierung . Wie beobachtet werden konnte, kann unter den beschriebenen

Chlorierungsbedingungen auch der Chromgehalt der genannten, aus der Aufarbeitung der Stahlwerksschlacken stammenden Staubfraktion günstig entfernt werden, wobei der

Chromgehalt in die Gasphase verfrachtet wird, nämlich- durch Verflüchtigung in Form von Chromoxidchlorid (Cr0 ₂ Cl ₂ ) und Chromchlorid (CrCl ₂ , CrCl ₃ , CrCl ₄ ), und eine eisen- und chromfreie Schmelze erhalten wird. Die beschriebene Verwertung der Staubfraktion ist besonders interessant für die Stahlherstellung aus hochphosphathältigen Eisenerzen, z.B. sog. „Minette-Erze" , welche auf Grund des hohen P- Anteils heute nicht mehr verhüttet werden. Derartige

Stahlschlacken weisen P ₂ 0 ₅ -Werte von bis zu 20 Gew.-% auf. Die früher als „Thomasmehl" bzw. Phosphor-Dünger mögliche Verwertung der Schlacke ist heute auf Grund des hohen

Chromgehaltes der Schlacke nicht zulässig.

Alternativ ist es für die Reduktion einer aus der

Aufarbeitung von Tiermehl und Klärschlamm/Klärschlammasche enthaltenen Schmelze zur Gewinnung von elementarem Phosphor (P ₂ ) vorteilhaft, wenn die Schmelze ein . CaO/SiC>2-Verhältnis von 0,9-1,4 aufweist.

Alternativ kann die im Wesentlichen eisenfreie Schmelze auch zur Herstellung eines Düngemittels verwendet werden. Die Wasserdampfgranulation der Schmelze führt zu einem hochporösen Granulat, welches aufgrund der Eisenfreiheit eine optimale Pflanzenverfügbarkeit aufweist. Die Phosphat- Pflanzenverfügbarkeit ist beispielsweise wesentlich größer als beim bekannten „Thomasmehl", wie sich unter anderem im Zitronensäure-Test gezeigt hat. Die Schmelze besitzt eine niedrigere Basizität, weist dafür aber einen erhöhten Si0 ₂ - Gehalt auf, was sich ebenfalls sehr positiv auf das

Pflanzenwachstum auswirkt. Darüber hinaus ist auch die absolute Chromatfreiheit derartiger alternativer Dünger erwähnenswert .

Alternativ kann aus der Schmelze Schadstoff-freie

Phosphorsäure hergestellt werden. Durch Ansäuern der

Schmelze mit Schwefelsäure wird hochreine Phosphorsäure gewonnen. Die Calciumverbindungen fallen als praktisch unlöslicher Gips an, die Kieselsäure fällt kolloidal aus.

Alternativ können durch Granulieren der Schmelze in

Schwefelsäure Superphosphate hergestellt werden.

Die Granulation der Schmelze in siedender, verdünnter

Schwefelsäure führt zur Bildung von Superphosphat (neben aliguotem Anteil von Gips) . Außerdem liegt das

entsprechende Granulat hochporös vor, was aufgrund der sehr großen Oberfläche zu einer entsprechend erhöhten

>Lösungskinetik und damit auch hohen Pflanzenverfügbarkeit führt. Auch der entstandene Gips wirkt sich positiv auf die Düngewirkung aus. Die Menge des entstehenden

Superphosphates und Gips hängt vom P ₂ Os-Gehalt und der zugegebenen Säuremenge ab:

Ca ₃ (P0 ₄ ) ₂ + H ₂ S0 ₄ + 4 H ₂ 0 -> Ca(H ₂ P0 ₄ ) ₂ + 2CaSO ₄ .H ₂ 0

Bei Zugabe von H ₂ S0 ₄ zu der Ca ₃ (P0 ₄ ) ₂ enthaltenden Schmelze entsteht somit gut pflanzenverfügbares

Calciumhydrogenphosphat Ca(H ₂ P04) ₂ und Gips (CaS0 ₄ ) sowie kolloidale Kieselsäure (Si0 ₂ ) .

Derartige im vorgenannten Prozess hochrein anfallende

Verbindungen finden auch in der Nahrungsmittelherstellung (E341) und in der pharmazeutischen Industrie Verwendung.

Wird die Menge der zugesetzten Schwefelsäure erhöht, so entsteht Calciumdihydrogenphosphat .

Wird die Menge der zugesetzten Schwefelsäure noch weiter erhöht, entstehen freie Phosphorsäure (H3PO4) und Gips. Im Zusammenhang mit der Aufarbeitung von eisenoxidhaltigen Stäuben, bei der das Staub-Primärsauerstoff-Gemisch unter Anwesenheit von elementarem Chlor und ggf. Chloridträgern zu Schmelzetröpfchen aufgeschmolzen wird, ist es

prinzipiell möglich, dass die Chloridträger bereits in den zu verarbeitenden Stäuben enthalten sind, oder dass das elementare Chlor und ggf. die Chloridträger während des erfindungsgemäßen Verfahrens zugegeben wird. Im ersten Fall kann das Chlorid bevorzugt als HCl mit den Stäuben in die Mischkammer eingebracht werden. Beispielsweise kann eine zu verarbeitende Klärschlammasche mit HCl vorbehandelt werden. Dies erspart die Zugabe von CaCl ₂ während des

erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorbehandlung kann beispielsweise durch Behandlung von Klärschlammasche mit gasförmiger HCl in einer Wirbelschicht erfolgen. Die

Klärschlammasche kann auch mit wässriger Salzsäure zu einer Suspension verarbeitet werden; nachteilig hierbei ist jedoch, dass das Produkt vor der Weiterverarbeitung

getrocknet werden muss.

Im zweiten Fall kann die Zugabe von elementarem Chlor und ggf. Chloridträgern in verschiedenen Phasen des Verfahrens erfolgen. Bevorzugt kann das Chlorid als gasförmiges HCl gesondert von den Stäuben in die Mischkammer eingebracht werden. Es ist aber auch möglich, dass Cl ₂ -Gas in die

Mischkammer und/oder in die Brennkammer eingebracht wird. Die Zugabe von elementarem Chlorgas führt zu einer sehr raschen Reaktion zu FeCl ₂ /FeCl3 und damit zur beabsichtigten Eisenverflüchtigung. Die Zugabe von Cl ₂ -Gas erfolgt

bevorzugt über die koaxial zum Brennstoffstrahl

angeordnete, ringförmige Düse, d.h. mit dem

Sekundärsauerstoff . Alternativ kann als Chloridträger CaCl ₂ in die Mischkammer und/oder in die Brennkammern eingebracht werden.

In Bezug auf die Druckverhältnisse in der Mischkammer, der Expansionskammer und der Brennkammer ist bevorzugt

vorgesehen, dass die Brennkammer unter einem unter dem Druck der Mischkammer liegenden Druck gehalten wird.

Weiters ist es bevorzugt wenn in der Brennkammer ein unterhalb der Expansionskammer liegendes Druckniveau herrscht. Es besteht somit ein abfallender Druckgradient von der Mischkammer über die Expansionskammer bis zur

Brennkammer, der einerseits den Transport des Einsatzgutes in die gewünschte Richtung und andererseits die gewünschte Vermischung des Sauerstoff-Brennstoff-Staubgemisches und die Beabstandung der Flamme von der Brennermündung bewirkt. Der Druckgradient kann bevorzugt durch Anordnung eines Saugzuggebläses im Abzug erreicht werden.

Die in der Expansionskammer erfolgende Expansion des Staub- Primärsauerstoff-Gemisches wird durch den ringförmigen Drosselspalt begünstigt, über den das Staub- Primärsauerstoff-Gemisch aus der Mischkammer in die

Expansionskammer ausgebracht wird. Vorzugsweise umgibt der Drosselspalt hierbei ^' die Austragsöffnung der Mischkammer ringförmig. Um im Drosselspalt eine zusätzlich Scherwirkung zu erzeugen, ist in bevorzugter Weise vorgesehen, dass der Drosselspalt von zwei Ringflächen begrenzt wird, die eine Relativdrehgeschwindigkeit zueinander aufweisen. Durch den Geschwindigkeitsgradienten zwischen einer an einem Drehring ausgebildeten Ringfläche und einer an einem starren Ring ausgebildeten Ringfläche wird ggf. aus der Mischkammer mitgerissenes Staubagglomerat wirkungsvoll desintegriert. Das Eisenchloride enthaltende Abgas der Brennkammer kann in verschiedener Weise genutzt werden. Gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise wird das die Eisenchloride enthaltende Abgas der Brennkammer unter Zugabe von Wasser gekühlt und einer Pyrohydrolyse unterworfen, wobei die Eisenchloride zu Magnetit (Fe ₃ 0 ₄ ) und/oder Hämatit (Fe ₂ 0 ₃ ) und HCl umgesetzt werden .

Bei indirekter, wasserfreier Kühlung erhält man FeCl ₂ und FeCl ₃ , welches beispielsweise in der Wasseraufbereitung als Phosphat-Fällungsmittel eingesetzt werden kann.

Eine alternative Nutzung des Abgases sieht vor, dass das die Eisenchloride und ggf. Schmelzetröpfchen enthaltende Abgas unter Zugabe von Eisenoxid und Phosphoroxide sowie ggf. Chromoxid enthaltenden Stäuben (als Kaltgut) gekühlt wird und die so vorgewärmten Stäube ggf. gemeinsam mit den erstarrten Schmelzetröpfchen in die Mischkammer eingebracht werden. Dadurch gelingt eine Sekundärstaub-Rückführung in das Brennersystem. Um die Rückführung zu ermöglichen, weist der Abzug bevorzugt eine Trenneinrichtung zum Abtrennen von festen Partikeln aus dem Abgasstrom auf.

Bevorzugt erfolgt die Zugabe von Eisenoxid und

Phosphoroxide sowie ggf. Chromoxid enthaltenden Stäuben in das Abgas auch unter Zusatz von karbonatischen,

hydroxidischen, oxidischen und/oder wasserhältigen

Additiven. Dabei frieren die allfällig mitgerissenen

Schlacketröpfchen bevorzugt am Kaltgut an. Insbesondere carbonatische Zusatzstoffe (z.B. Kalkstein) werden unter stark endothermen Bedingungen kalziniert („entsäuert"), was zu der gewünschten starken Temperaturabsenkung führt. Das Kaltgut kann aber bevorzugt auch Kohlenwasserstoffe bzw. Kohlenstoffträger enthalten, sodass hier die ebenfalls starke endotherme heterogene und homogene Wassergasreaktion bzw. die Boudouard-Reaktion ausgenützt werden kann. Ein reduziertes Abgas (CO-hältig) kann ebenfalls durch

Einsprühen von Wasser gekühlt werden, wobei hier die

Wassergas-Shift-Reaktion wirksam wird (CO + H ₂ 0 -> C0 ₂ + H ₂ ) . Somit wird die fühlbare Wärme des Abgases in chemische Energie in Form von H ₂ und CO umgewandelt. Dieser so gebildete Brennstoff kann dann außerhalb des

erfindungsgemäßen Verfahrens als Brenngas verwendet werden und verbessert die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens signifikant.

Bevorzugt erfolgt die Zugabe von Eisenoxid und

Phosphoroxide sowie ggf. Chromoxid enthaltenden Stäuben in das Abgas auch unter Zusatz von Cl ₂ -Gas und ggf. 0 ₂ , sodass eine Art „Vorchlorierung" der Stäube erfolgt, bei der das in den zugegebenen Stäuben enthaltene FeO wieder einer Oxychlorierung unter Freisetzung von gasförmigen

Eisenchloriden unterworfen wird. Dabei entsteht mit

Rücksicht auf die Zugabe von Chlorgas unter Anwesenheit bzw. Zugabe von freiem 0 ₂ vor allem FeCl ₃ , welches einen Siedepunkt von 319°C aufweist und gasförmig mit den

gekühlten Abgasen der Brennkammer abgezogen werden kann. Dadurch kann die Wärme des Abgases in vorteilhafter Weise für die Vorchlorierung genutzt und die Energieeffizienz erhöht werden. Die festen Bestandteile des Abgases werden in der Trenneinrichtung abgetrennt und der Mischkammer rückgeführt. Um eine Anreicherung der Schmelze mit Cu-, Zn-, Cd-, Alkali- bzw. Hg-Chloriden zu vermeiden, wird bevorzugt eine Teilmenge von insbesondere 5-15 Gew.-% der abgetrennten festen Partikel vor der Aufgabe in die Mischkämmer abgezogen und somit von der Rückführung in die Mischkammer ausgenommen.

Die nach der Trenneinrichtung verbleibenden Gase können einer fraktionierten Kondensation bzw. Kühlung unterworfen werden, um FeCl ₃ (Siedepunkt 319°C) und FeCl ₂ (Siedepunkt 1.026°C) getrennt voneinander zu erhalten.

Im Falle der Aufarbeitung von Tiermehl enthält das den Gasraum des Schmelzebehälters verlassende Abgas vorwiegend CO, H ₂ , CO ₂ und N ₂ . Das Abgas kann in einem nachgeschaltenen Gaskonverter durch Eindüsen von Wasser, z.B. von mit organischen Schadstoffen belastetem Wasser, insbesondere prionenhältigem Abwasser aus der Tierkörperverwertung, gekühlt werden. Im Falle der Verwendung von belastetem Abwasser wird dadurch eine thermische Zerstörung von organischen Schadstoffen, wie z.B. Prionen BSE-verseuchter Tiere, gewährleistet. In einer ersten Abkühlphase wird hierbei die Verdampfungsenthalpie des eingedüsten Wassers zur Abkühlung des Abgases genutzt. In einer zweiten

Abkühlphase ab ca. 700 °C wird die Wassergas-Shift-Reaktion genutzt, um die fühlbare Wärme des Abgases in chemische Energie umzuwandeln.

Die verbleibende fühlbare Wärme des Abgases kann

nachfolgend in einem Abhitzekessel genutzt werden.

Das abgekühlte Abgas kann abschließend entstickt werden, wobei dies in vorteilhafter Weise durch Zugabe einer geringen Menge an Tiermehl erfolgen kann. Durch Einbringen von Tiermehl in das Rauchgas wird aufgrund des organischen Anteils des Tiermehls, welches eine Vielzahl an Aminen aus diversen Proteinen enthält, der NOx-Gehalt des Rauchgases auf unter 400 ppm NOx reduziert. Dabei entsteht elementarer Stickstoff und H ₂ 0, neben kurzkettigen Kohlenwasserstoffen, z.B.: NO + N0 ₂ + NH ₃ (aus Tiermehl) -> 2 N ₂ + 3 H ₂ 0.

Was die Anordnung der Düsen für die Zufuhr von

Sekundärsauerstoff in die Brennkammer betrifft, sieht eine bevorzugte Ausführung vor, dass die Düsen entlang eines koaxial zur Brennerlanze angeordneten Rings und bevorzugt am Eintritt des BrennstoffStrahles in die Brennkammer angeordnet sind. Hinsichtlich der Gestaltung der Ringdüse ist es bevorzugt, wenn die Ausrichtung der Düsenachsen der einzelnen Düsen alternierend senkrecht, d.h. parallel zum Brennstoffstrahl , und nach innen zum Brennstoffstrahl geneigt angeordnet sind. Auf eine Düse mit senkrechter

Düsenachse folgt somit eine Düse mit geneigter Düsenachse, auf diese wieder eine Düse mit senkrechter Düsenachse usw. Die alternierenden Sekundärdüsenachsen haben eine positive Wirkung in Bezug auf die Staub- und Wärmeverteilung in der Brennkammer. Insbesondere kann so die problematische

Staubversinterung an der Brennermündung („Bartbildung" ) durch Rückströmeffekte an die Brennermündung stark

vermindert bzw. verhindert werden. Durch diese

Sekundärdüsenanordnung kann eine gleichmäßige

Staubbelastung des Brennkammerquerschnittes erreicht werden bzw. es können gezielte Rückströmverhältnisse in der

Brennkammer eingestellt werden. Diese Rückströmverhältnisse werden besonders dann sehr wichtig, wenn man die sich aus dem Staub bildenden Tröpfchen gezielt zu größeren

Tröpfcheneinheiten agglomerieren möchte bzw. Gas-/Schmelze -Reaktionen in der Brennkammer durchführen möchte, was zu einer entsprechenden notwendigen Erhöhung der mittleren Tröpfchenverweilzeit in der Brennkammer führt. Die Partikel können dabei aufgeschmolzen werden, um im anschließenden Schmelzesumpf verschlackt zu werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 2 eine Schnittansicht der Mischkammer samt Expansionskammer und Brenner, Fig. 3 und 4 eine

Detailsicht einer Ringdüse zur Verwendung in der

Brennkammer und Fig. 5 eine Detailsicht einer bevorzugten Ausbildung des Schmelzebehälters mit Abstichöffnung.

Fig. 1 zeigt eine Mischkammer 1, in welche über eine schematisch angedeutete Leitung 2 Stäube eingebracht werden können. Die Mischkammer 1 weist ein zylindrisches Gehäuse auf, an welchem eine Mehrzahl von ringförmigen Kanälen 3 angeordnet sind, welchen Sauerstoff über Leitungen 4 zugeführt werden kann und welche mit im Inneren der

Mischkammer 1 mündenden Düsen 5 (Fig.2) für

Primärsauerstoff in Verbindung stehen. An die

Austragsöffnung 6 (Fig. 2) der Mischkammer 1 schließt eine Expansionskammer 7 an, welche wiederum in die Brennkammer 8 mündet. An der Mündung der Expansionskammer 7 in die

Brennkammer 8 wird eine Brennermündung ausgebildet, über welche ein Brennstoff-, insbesondere Brenngasstrahl

gemeinsam mit einem Staub-Primärsauerstoff-Gemisch in die Brennkammer 8 ausgestoßen wird. Die Mischkammer 1, die Expansionskammer 7 und die Brennkammer 8 sind koaxial angeordnet. Eine Ringdüse 9 ist koaxial zur Brennermündung am Eintritt des BrennstoffStrahles in die Brennkammer 8 angeordnet und mit einer schematisch angedeuteten Leitung 10 zur Zufuhr von Sekundärsauerstoff verbunden. Die Ringdüse 9 umfasst eine Mehrzahl von entlang eines koaxial zur Brennermündung verlaufenden Rings angeordneten Düsen 11 (Fig. 2) .

Die Brennkammer 8 weist weiters am Übergang in den

Schmelzebehälter 14 eine Venturidüse 12 und einen Diffusor 13 auf, über welche die in der Brennkammer 8 ausgebildeten Schmelzetröpfchen und Schmelztröpfchenagglomerate in den Schmelzebehälter 14 eingetragen und dort als Schmelzebad 15 gesammelt werden. Das Schmelzebad 15 liegt auf einer

Sn/Cu/Ni-Legierungsschmelze 16. Der Abstich des

Schmelzebads 15 erfolgt über einen gasdichten Abstich- Syphon 17. Der Abzug der aus der Brennkammer 8 stammenden Abgase erfolgt über den Gasraum 18 des Schmelzebehälters 14 und den an diesen angeschlossenen Abzug 19. Der Abzug 19 führt in eine Trenneinrichtung 20 zum Abtrennen von festen Partikeln aus dem Abgasstrom. Die abgetrennten festen

Partikel können über die Leitung 2 wiederum der Mischkammer 1 rückgeführt werden. Die gasförmigen Anteile werden über die Leitung 21 ggf. einer weiteren Verwertung zugeführt. Das Saugzuggebläse 22 sorgt für den erforderlichen

Unterdruck.

In den Abzug 19 mündet im unteren Bereich eine Leitung 23, über welche der Kühlung des Abgases dienende Stoffe

eingebracht werden können. Über diese Leitung 23 erfolgt z.B. die Kaltgutaufgäbe, d.h. die Zugabe von Eisenoxid und Phosphoroxide sowie ggf. Chromoxid enthaltenden Stäuben, welche nach dem Durchlaufen des Abzugs 18 über die

Trennvorrichtung 20 abgetrennt und über die Leitung 2 rückgeführt werden. Über die Leitung 23 kann alternativ aber auch Wasser eingedüst werden, mit welchem das

Eisenchloride enthaltende Abgas der Brennkammer gekühlt und einer Pyrohydrolyse unterworfen wird, wobei die Eisenchloride zu Magnetit (Fe ₃ 0 ₄ ) und/oder Hämatit (Fe ₂ 0 ₃ ) und HCl umgesetzt werden, wobei Magnetit bzw. Hämatit über die Trenneinrichtung 20 ausgeschleust werden kann. In diesem Fall ist die Feststoffaustragsöffnung der

Trenneinrichtung 20 nicht mit der Leitung 2 verbunden.

In der Detailansicht gemäß Fig. 2 sind die Mischkammer 1, die Expansionskammer 7 sowie die Brennermündung gezeigt. Es ist ersichtlich, dass im Inneren der Mischkammer 1 in

Achsrichtung alternierend statische Mischelemente 24 und rotierende Mischelemente 25 angeordnet sind. Die

Mischelemente 24, 25 sind von Stäben gebildet, wobei die statischen Stäbe 24 am Gehäuse angebracht sind und radial nach innen ragen und die rotierenden Stäbe 25 an einem rotierenden axialen Rohr 26 befestigt sind. Auf jeder Ebene ist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilten

statischen Stäben 24 bzw. rotierenden Stäben 25 vorgesehen. An oder in den statischen Stäbe 24 sind die Düsen 5

angeordnet. Das rotierend gelagerte Rohr 26 ist mit einem nicht dargestellten Rotationsantrieb gekoppelt.

Weiters ist in der Mischkammer 1 ein Drosselspalt 27 vorgesehen, der zwischen einem stehenden Ring 28 und einem rotierenden Ring 29 ausgebildet ist, der ebenfalls an dem rotierenden Rohr 26 befestigt ist. Der Drosselspalt 27 ist koaxial zur Achse der Mischkammer 1 bzw. zur deren

Austragsöffnung 6 angeordnet. Im Inneren des rotierenden Rohrs 26 ist eine Brennstofflanze 30 höhenverstellbar angeordnet, wobei die Ausstoßdüse der Brennstofflanze 30 unterhalb des Drosselspalts 27 in der Expansionskammer 7 mündet und einen schematisch angedeuteten Brennstoffstrahl 31 ausstößt. Die Ringdüse 9 ist an der Mündung der Expansionskaitimer in die Brennkammer 8, d.h. an der Brennermündung angeordnet und umgibt diese ringförmig. Die Düsenöffnungen der

Ringdüse 9 sind mit 11 bezeichnet und sind alternierend achsparallel und nach innen bzw. außen geneigt.

In Fig. 3 (vertikaler Querschnitt) und 4 (horizontaler Querschnitt) ist die Ringdüse 9 vergrößert dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Ringdüse 9 eine ringförmige

Düsenkammer 32 aufweist, welche eine kreisförmige Reihe von in einer Düsenplatte 33 ausgebildeten Lochdüsen 11

aufweist. Die ringförmige Düsenkammer 32 ist von einem im Querschnitt U-förmigen Kühlwasserkanal 35 umgeben, welcher einen Kühlwasserzulauf 36 und einen Kühlwasserablauf 37 umfasst. Weiters kann die Ringdüse eine

Feuerfestummantelung 38 tragen.

Die Ringdüse 9 kann bevorzugt auch derart ausgestaltet sein, dass der austretende Sekundärsauerstoff eine

Verdrallung erfährt. Die Düsenöffnungen 11 können hierbei jeweils eine geneigte Achse bzw. Austrittsrichtung

aufweisen, welche eine tangentiale bzw. umfangsmäßige

Richtungskomponente aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass die zusätzliche Verdrallung der Sauerstoff- Strömungsstrahlen zu einer optimalen Wirbelströmung und damit zu einer weiteren Erhöhung der

Reaktionsgeschwindigkeit und zu einer Vergleichmäßigung des Reaktionsfortschrittes bzw. der Reaktionsfront in der

Brennkammer 8 führt. Die Schrägstellung der Düsenöffnungen 11 aus der Bildebene (Fig.3) kann z.B. einen Winkel von 3° bis 15° zur Brennkammerachse umfassen. Fig. 5 zeigt eine Detailsicht einer bevorzugten Ausbildung des Schmelzebehälters 14 mit einer zentralen Abstichöffnung 40 zum Ablassen der sich im Schmelzebehälter 14

ansammelnden flüssigen Schmelze 15. Der Eintrag der

Schmelzetröpfchen aus der Brennkammer 8 erfolgt über das Rohr 39, welches einen Deckel 41 des Schmelzebehälters 14 durchsetzt und vertikal in den Gasraum 18 des

Schmelzebehälters 14 mündet. Das Rohr 39 verringert den Tröpfchenaustrag in das Abgas (Abzug 19) signifikant, weil ein Großteil der aus der Brennkammer 8 kommenden Tröpfchen an der Rohrwandung zu einem kompakten Schmelzefilm

agglomeriert. Der sich bildende Schmelzeschleier

agglomeriert die Resttröpfchen.

Der Abstichbereich wird induktiv über den Graphitblock 42 beheizt, wobei die Induktorschleifen 43 wassergekühlt sein können. Wird Strom der Induktionsheizung abgeschaltet, wird das System durch das Kühlwasser kalt und die Schmelze friert ein. Man erhält dadurch ein elektrodynamisches

Sperrorgan , welches es erlaubt, die Abstichöffnung 40 wahlweise zu öffnen oder zu verschließen.

Der angedeutete Stöpsel 44, welcher ebenfalls aus Graphit bestehen kann, kann mit Hilfe des Schwenklagers 45 ein- und aus geschwenkt werden und dient somit dem An- und Abfahren.

Alternativ kann der Abstichbereich .auch konduktiv beheizt werden, z.B. mit Hilfe einer elektrischen

WiderStandsheizung .

Die zentrale Anordnung der Abstichöffnung 40 im Boden des Schmelzebehälters 14 weist im Vergleich zu einem seitlichen Abstich große Vorteile in Bezug auf die Regelbarkeit, die Sicherheit (nur geringes Schmelze-Sumpf-Volumen) und den Wärmeverlust auf, wobei das Gesamtapparatevolumen hier deutlich geringer ist als bei einem Seitenabstich. Die Bestimmung des Schmelzeniveaus kann in einfacher Weise über den Druckverlust eines Spülgases 46 bestimmt werden wobei als Spülgas z.B. ein Inertgas ( 2) verwendet werden kann . Der aus der Abstichöffnung 40 kommende Schmelzetluss kann optisch mittels eines Schlackentelemeters (FIC) 47 sehr einfach bestimmt werden, wobei die Messwerte herangezogen werden, um das System zu regeln. Als Feuerfestmaterial für die Auskleidung der Brennkammer 8 kann in vorteilhafter Weise hochtoniger Spinell verwendet werden, da sich hierbei auf Grund der phosphoroxidischen Atmosphäre an dem genannten Material eine Schutzschicht aus AI2O3.P2O5, z.B. AIPO4 ausbildet. Insbesondere wird durch die Phosphatierung des hochtonigen Feuerfestmateriales das hochfeuerfeste Mineral Berlinit als Schutzschicht gebildet.