CH646929A5 - Verfahren zur herstellung von leichtbaumaterial und nach dem verfahren hergestelltes leichtbaumaterial. - Google Patents

Verfahren zur herstellung von leichtbaumaterial und nach dem verfahren hergestelltes leichtbaumaterial. Download PDF

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Description

Die Erfindung befasst sich mit der Herstellung eines Leichtbaumaterials, das beispielsweise in ein Wandpaneel oder einen sonstigen Baukörper geformt werden kann oder das benützt werden kann als aufgeblasenes bzw. aufzublasendes Isoliermaterial in Gebäuden. Dabei soll insbesondere ausgegangen werden von dem sehr billigen Abfallpapier und dem ebenfalls sehr billigen Aluminiumhydroxid enthaltenden Schlamm, das in der Aluminiumindustrie anfällt.
In der Baueindustrie kommen bekannte mannigfaltigste Baumaterialien zur Anwendung, deren Auswahl von dem besonderen Gebäude und dem Ort abhängen, an dem es aufgestellt wird. Die Anforderungen an die Baumaterialien sind so verschiedenartig, dass ein bestimmtes solches Material nicht allen diesen Anforderungen genügen kann, zu denen u.a. mechanische Festigkeit, Nichtenschlammbarkeit und Wärme- sowie Schallisolationsvermögen gehören und auch niedriger Gestehungspreis. Der Gestehungspreis kann besonders niedrig sein, wenn bei der Herstellung von Industrieabfallstoffen ausgegangen werden kann, deren Beseitigung sonst die Umwelt belasten würde und deshalb Kosten verursachen würde. In dieser Erkenntnis sind schon mannigfache Versuche gemacht worden zum Gebrauch von Industrieabfällen für die Herstellung von Baumaterialien, bisher aber kaum mit Erfolg.
Zu denjenigen Industrien, bei denen die Abfallbeseitigung unter Berücksichtigung des Umweltschutzes besondere Probleme stellt, gehört die Aluminiumindustrie. Wie man weiss, werden in den jüngeren Jahren Aluminiumgegenstände selten verkauft, deren Oberfläche diejenige ist, die bei der Extrusion, beim Giessen oder bei der spanabhebenden Bearbeitung anfällt; vielmehr werden solche Oberflächen noch einer Veredelungsbehandlung unterworfen. Eine der bekanntesten Veredelungsbehandlungen ist die anodische Oxidation, bei welcher bekanntlich die Oberfläche mit einer sehr dichten und widerstandsfähigen Aluminiumoxidschicht überzogen wird, die themisch und physikalisch sehr widerstandsfähig ist und auch ein schönes Aussehen hat. Nun fällt aber bei einer solchen Behandlung eine beträchtliche Menge an metallischem Aluminium an, die im Elektrolytbad gelöst ist und die dann gefällt wird in der Form von Aluminiumhydroxid, das einen gelartigen Schlamm bildet bei der Neutralisierung der Elektrolytlösung, bevor diese in die Abwasserabfuhr abgeleitet wird.
Der gelartige Schlamm enthält meistens grosse Anteile, beispielsweise 70 bis 90 Gew.-% von Wasser, ist aber schwerlich filtrierbar, weshalb das Auftrocknen eines solchen Aluminiumhydroxidschlammes praktisch unmöglich ist. Daraus ergibt sich, dass der praktisch einzige begehbare Weg für die Beseitigung dieses Schlammes darin besteht, ihn auf Neuland abzusetzen oder ihn in unveränderten gelartiger Form im Ozean zu versenken. Diese Vorgehensweise ist natürlich vom Standpunkt des Umweltschutzes kaum akzeptabel; ausserdem verursacht der Transport dieses wässrigen Abfallmaterials bis zum Neuland oder bis zum Abtransportsort grosse Kosten. Wenn beispielsweise neugewonnenes Land bzw. Schwemmland mit diesem gelartigen Schlamm aufgefüllt wird, so ist dieses nachher unbrauchbar, u.a. wegen genügender Festigkeit. Bei der Versenkung im Ozean müssen strenge Vorschriften beachtet werden. Hieraus erhellt, dass die Beseitigung des gelartigen Aluminiumhydroxidschlammes schwerste Probleme aufwirft.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie solcher Schlamm, der in der Aluminiumveredlungsindustrie in grossen Mengen anfällt, genutzt werden kann, ohne dass irgendwelche Probleme hinsichtlich des Umweltschutzes auftreten und die zudem hierbei noch ein neues Leichtbaumaterial erhalten werden kann, welches sich in Wandpaneele verarbeiten lässt oder als aufblasbares Isolationsmaterial für Wände, Decken und dgl. in Gebäuden verwendet werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in einem Verfahren gesehen wie es im Patentanspruch 1 umschrieben ist. Hinsichtlich weiterer Besonderheiten dieses Verfahrens wird auf die abhängigen Ansprüche hingewiesen.
Beispielshafte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten der Erfindung
Der gelartige Aluminiumhydroxidschlamm, der in der Aluminiumveredelungsindustrie als Abfallmaterial anfällt, wird zuerst alkalifiziert durch den Zusatz von Alkalimaterial. Als solches kann vorzugsweise Natriumhydroxid verwendet werden wegen seines geringen Gestehungspreises. Es ist wohl bekannt, dass Aluminiumhydroxid bei der Reaktion mit Natriumhydroxid in alkalischem Zustand in ein wasserlösliches Natriumaluminat umgewandelt wird. Die Menge von zuzusetzendem Natriumhydroxid sollte sorgfältig so gesteuert werden, dass die sich ergebende Lösung von Natriumaluminat nicht übermässig alkalisch ist. Der pH-Wert dieser Natrium-aluminatlösung sollte vorzugsweise zwischen 8 und 9 liegen.
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In diesem schwach alkalischen Zustand wird die vollständige Auflösung des Aluminiumhydroxides nicht stets erhalten werden, aber geringe Anteile von ungelöstem Aluminiumhydroxid haben keine nachteilige Auswirkung auf die nachfolgenden Schritte des Verfahrens und auch keine auf die Güte des erhaltenen Baumaterials; immerhin sollte die Menge von Natriumhydroxid auf die Zusammensetzung des Aluminiumhydroxidschlammes abgestimmt sein, und diese Zusammensetzung kann in weiten Grenzen differieren, je nach der Entstehungsart des Schlammes. Die Konzentration des Natrium-aluminates in der Lösung ist auch abhängig von dem Anteil von Aluminiumhydroxid im Schlamm, von dem ausgegangen wird, und auch vom Anteil von Natriumhydroxid, das dem Schlamm zugesetzt wird.
Der nächste Schritt besteht aus der Zumischung von zerkleinertem faserigem Material, das anorganisch oder organisch sein kann; dieses Material kann beispielsweise aus Asbest oder aus Zellulosefasern bestehen. Das bevorzugte faserige Material, das hierbei verwendet wird, ist dasjenige, das erhalten wird durch Zerkleinern von Abfallpapier, dies, weil es wohl das billigste ist unter allen zur Verfügung stehenden organischen und anorganischen faserigen Materialien. Das Zumischverhältnis von zerkleinertem Abfallmaterial zur Lösung liegt vorzugsweise zwischen 25 und 60 Gewichtsteilen von faserigem Material pro 40 bis 76 Gewichtsteilen von Aluminiumhydroxidschlamm von dem ausgegangen wird. Die Mischung soll gründlich umgerührt werden, damit sich eine schlammartige Mischung ergibt, in welcher die zellulose-haltigen Fasern des Abfallpapiers die Lösung von Natriumaluminat absorbieren.
Der nächste Verfahrensschritt besteht in der Zusetzung einer Säure, vorzugsweise einer phosphorhaltigen Säure, zum Neutralisieren oder noch besser schwachsauer machen der schlammartigen Mischung. Die Menge der zugesetzten Phosphorsäure sollte so gesteuert werden, dass die sich ergebende schlammartige Mischung einen pH-Wert von etwa 5 bis 6 hat, damit sich Phosphate ergeben in der Mischung, unter anderem nicht in Wasser lösbares Aluminiumphosphat, zusätzlich zu den Fällprodukten des Aluminiumhydroxids. Die Zusetzung der Säure mit Erniedrigung des pH-Wertes wirkt sich aus in einer vollen Koagulierung des dem Koaguliermittel ausgesetzten Materials, das der Mischung zugesetzt wird im nachfolgenden Schritt. Wenn der pH-Wert der Mischung nach dem Zusetzen der Säure höher ist als der oben angegebene Wert, so wird die Koagulierung des Materials im nachfolgenden Schritt unvollständig sein, mit der Folge, dass die Abtrennung der koagulierten Masse vom flüssigen Anteil im Schritt (e) nur mit grossen Schwierigkeiten durchgeführt werden kann. Wenn aber die Menge von zugesetzter Säure zu gross ist und deshalb einen übermässigen Abfall des pH-Wer-tes in der Mischung herbeiführt, so werden die zellulose-haltigen Fasern durch die Säure angegriffen und mehr oder weniger zersetzt.
Die so neutralisierte oder schwach angesäuerte schlammartige Mischung wird dann mit einem Koaguliermittel oder einem Flockuliermittel vermischt. Diese Mittel können organische oder anorganische sein und beispielsweise aus wasserlöslichen ionischen Polymeren, wie z.B. Polyacrylamid oder aus Aluminiumsulfat oder dgl. bestehen. Der Zweck der Zumischung dieses Koaguliermittels besteht darin, die Stärke der Bindung zwischen den zellulosehaltigen Fasern einerseits und dem Phosphat und Aluminiumhydroxid, das auf ihnen niedergeschlagen wird, in den nachfolgenden Schritten der Behandlung der koagulierten Masse, zu denen das Austrocknen und Zerkleinern gehört, zu verstärken. Demzufolge sollte die Menge des Koaguliermittels so gering gewählt werden wie nur möglich, wenn im Auge behalten wird, dass der Zweck dieser Beimischung erreicht wird in ausreichenden
Ausmass, dies unter Berücksichtigung der Kostspieligkeit des Koaguliermittels im Vergleich zu den Hauptausgangsmaterialien.
Ein fakultativer, aber oft vorteilhafter Schritt besteht darin, dass die schlammartige Mischung vor dem Zusetzen des Koaguliermittels mit einem wasserlöslichen Klebstoff vermischt wird, beispielsweise mit wässrigen Emulsionen von Acrylharzen oder von Polymerharzen von Äthylen und Vinyl-azetat in einem Ausmass von 5 bis 10 Gew.-%, mit dem Zweck des Verhütens der Abgabe von pulverigen Materialien aus den fertiggestellten getrockneten Produkten.
Die mit dem Koaguliermittel vermischte schlammartige Mischung wird dann in geeigneter Weise einem Auftrenn-prozess unterworfen durch Filtrieren in einen flüssigen Anteil und in die koagulierte Masse, welche dann getrocknet und, falls gewünscht, einer Zerkleinerung unterworfen wird. Wenn das Material zerkleinert werden soll, so wird es vorzugsweise nicht vollständig getrocknet, sondern nur soweit, dass es noch etwa 30 Gew.-% Feuchtigkeit enthält, dies, um die Zerkleinerung zu erleichtern. Das so erhaltene getrocknete und zerkleinerte Material ist sehr leicht, mit einem Raumgewicht von etwa 0,2 g/cm3 oder weniger, je nach dem Mischverhältnis zwischen Aluminiumhydroxidschlamm und zerkleinertem Abfallpapier. Das so erhaltene Produkt hat eine genügend geringe Entflammbarkeit (sufficient flame retar-dancy) trotz des Gehaltes an brennbarem zerkleinertem Papier als einer der Basisbestandteile, dank der Ablagerung der Phosphate, beispielsweise des Aluminiumphosphates und Natriumphosphate, in grossen Mengen wie sich ergibt aus der Tatsache, dass Phosphate starke Flammhemmittel sind. Das erhaltene Produkt ist im hohen Masse wärmeisolierend und schallisolierend, eignet sich also sehr gut als Leichtbaustoff, obwohl natürlich hohe mechanische Festigkeit von ihm nicht erwartet werden kann.
Dieses Leichtbaumaterial kann alternativ in zwei Wegen angewendet werden. Im einen Anwendungsweg wird es als aufgeblasenes Isoliermaterial verwendet. Hierbei wird das zerkleinerte Material zusammen mit einem geringen Anteil von Klebstoff als Bindematerial auf Wände oder Decken aufgeblasen bis sich Schichten von der gewünschten Dicke ergeben. In ähnlicher Weise kann das zerkleinerte Material auf die Oberfläche etwa eines Aluminiumpaneels oder eines Sperrholzbrettes aufgeblasen werden, um darauf eine Schicht zu bilden, die nachfolgend mit einem weiteren Aluminiumpaneel oder Sperrholzbrett ein Sandwich bildet, das ein Bauelement mit hohem Wärme- und Schallisoliervermögen bildet. In solcher Anwendung ist der Klebstoff in weiten Grenzen frei wählbar, aber es werden verschiedene Arten von wässrigen Klebstoffen des Emulsionstypes bevorzugt, wie z.B. Emulsionen von Acrylharzen und von Kopolymerharzen von Äthylen und Vinylazetat.
Die andere Anwendungsart des erfindungsgemäss erhaltenen Leichtbaumaterials besteht im Formen eines selbsttragenden Brettes oder Paneels. In diesem Falle sollten gewisse Massnahmen getroffen werden zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Materials. Beispielsweise wird das zerkleinerte Material mit einem Klebstoff und mit einem Koaguliermittel wie z.B. Kalk vermischt, zusammen mit Wasser, worauf die Mischung nach genügendem Kneten in ein Brett oder Paneel geformt und dieses dann getrocknet wird. Das erhaltene Brett oder Paneel ist ein solches mit ausgezeichnet hohem Wärme- und Schallisoliervermögen.
Es ist auch möglich, ein solches selbsttragendes Brett oder Paneel zu erhalten, indem man die vor dem Schritt (e) erhaltene schlammartige Mischung zusätzlich mit einer Menge von Bindemitteln und einer Menge von Koaguliermitteln wie z.B. Kalk vermischt, bis sich eine Masse von genügend hoher Konsistenz ergibt, die dann direkt in die Form des
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Brettes oder Paneels gebracht wird, das anschliessend getrocknet wird.
Es ergibt sich aus der vorangehenden Beschreibung, dass die hier vorgeschlagene Erfindung einen sehr hohen praktischen Wert hat, indem sie eine Lösung bringt für die Verwendung des giftigen Aluminiumhydroxidschlammes das bisher kaum verwendet werden konnte, ohne Beeinträchtigung der Umwelt. Ausserdem kann der erhaltene Leichtbaustoff leicht hergestellt werden mit geringen Kosten, nicht nur der Ausgangsstoffe, Aluminiumhydroxidschlamm und zerkleinertes Abfallpapier, sondern auch der Hilfszusatzstoffe, sondern auch wegen der Einfachheit und Billigkeit des Herstellungs-5 Verfahrens. Ausserdem hat der erhaltene Leichtbaustoff einen hohen Handelswert dank seinem sehr guten Wärme- und Schallisolationsvermögen und auch dank seiner guten Verar-beitbarkeit.

Claims (9)

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1. Verfahren zur Herstellung von Leichtbaumaterial, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
a) das Alkalifizieren eines Aluminiumhydroxidschlammes durch das Zusetzen eines Alkalielementes zur Bildung einer alkalischen Lösung eines Alkalialuminates, das darin gelöst ist,
b) das Versetzen der alkalischen Lösung mit verkleinertem Fasermaterial zur Bildung einer schlammartigen Mischung,
c) das Neutralisieren der schlammartigen Mischung bis zu dem neutralen oder schwachsauren Zustand durch das Beimischen einer Säure,
d) das Vermischen dieser schlammartigen Mischung mit einem Koaguliermittel zur Bildung einer koagulierten Masse,
e) das Trennen der koagulierten Masse vom flüssigen Anteil in der Mischung, und f) das Trocknen der koagulierten Masse.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der alkalischen Lösung des Alkalialuminates zwischen 8 und 9 beträgt.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkalielement im Schritt a) Natriumhydroxid verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als zerkleinertes faseriges Material zerkleinertes Abfallpapier verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des zerkleinerten faserigen Materials, das im Schritt b) zugemischt wird, zwischen 25 bis 60 Gewichtsanteile pro 75 bis 40 Gewichtsanteile des im Schritt a) verwendeten Aluminiumhydroxidschlammes beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt c) verwendete Säure Phosphorsäure ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der schlammartigen Mischung, die im Schritt c) erhalten wird, zwischen 5 und 6 beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koaguliermittel aus einem wasserlöslichen ionischen Polymer oder aus Aluminiumsulfat besteht.
9. Leichtbaumaterial, das nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 hergestellt wurde.
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