CH717746A2 - Aufbereitung von bitumenhaltigen Sekundärrohstoffen. - Google Patents
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Abstract
In einem Verfahren zum Trennen von bituminösem Material aus einer Matrix eines bitumenhaltigen Sekundärrohstoffes werden die folgenden Schritte durchgeführt: Vermengen des bitumenhaltigen Sekundärrohstoffes mit einer Flüssigkeit zu einem Gemisch; Abtrennen zumindest eines Teils des bituminösen Materials aus der Matrix.
Description
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft Verfahren zum Trennen von bituminösem Material aus einer Matrix eines bitumenhaltigen Sekundärrohstoffes. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens.
Stand der Technik
[0002] Seit mehr als einem Jahrhundert werden Strassen mit einem bitumenhaltigen Strassenbelag bedeckt. Der bitumenhaltige Strassenbelag setzt sich typischerweise aus einer obersten Deckschicht, welche die Fahrbahnoberfläche bildet, einer Binderschicht, einer Tragschicht und einer Fundationsschicht zusammen. Die unteren Schichten, insbesondere die Fundationsschicht, müssen nicht zwingend bituminöses Material umfassen. Der bitumenhaltige Strassenbelag umfasst unter anderem bituminöses Material, Splitt, Sand, Filler respektive Bindemittel.
[0003] Bitumen ist ein Nebenprodukt der Erdöldestillation. Es ist davon auszugehen, dass bei einer Verringerung der Nachfrage nach Treibstoffen aufgrund der boomenden alternativen Antriebe (Elektro, Wasserstoff etc.) auch eine Produktion des Bitumens zurückgeht. Somit werden auch neben den wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten Methoden zum Wiedergewinnen des bituminösen Materials in Zukunft an Relevanz gewinnen.
[0004] Strassenbitumen, Dachpappe und ähnliche Baustoffe, welche auf Bitumen basieren, werden aus Rückständen des Rohöls nach atmosphärischer Destillation und/oder Kracken hergestellt.
[0005] Die Strassenbitumen werden normiert und werden nach ihren Eigenschaften (z. B. der Nadelpenetration o. ä.) eingeordnet. Aufgrund dieser Eigenschaften kann bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen ein idealer Baustoff ausgewählt werden. Um den Strassenbelag herzustellen, wird das Strassenbitumen auf 120 bis 230 °C aufgeheizt und mit einem Anteil von 5 bis 7 gew. % den Granulaten, Sand, insbesondere Brechsand, Splitter und Filler beigemengt. Granulate, Sand und Filler werden auf 150 bis 400 °C vorgeheizt, um Restwasser auszutreiben. Die Masse wird danach gewalzt und bildet so einen sehr widerstandsfähigen Belag, welcher praktisch kein Wasser enthält. Diese Beläge sind somit wasserunlöslich und sehr widerstandsfähig. Die Parameter der Herstellung sowie die Zusammensetzung der Asphaltbeläge können dabei variieren.
[0006] Mit der Zeit nutzt sich die Deckschicht ab, die Granulate an der Oberfläche werden durch die Abnutzung abgerundet oder sogar abgeflacht, womit die Deckschicht rutschig wird. Zudem bilden sich mit der Zeit Spurrinnen. In diesem Fall muss die Strasse saniert werden, indem einige Zentimeter Schichtdicke der Deckschicht durch Fräsen entfernt werden, um anschliessend eine neue Deckschicht aufzubringen. Sofern die Strassen vollständig saniert werden muss, wird der gesamte Belag herausgebrochen und anschliessend die Strasse neu aufgebaut.
[0007] Das direkte Recycling durch Beimengen eines Anteils des entfernten bitumenhaltigen Strassenbelagsmaterial zu dem neuen Oberbau ist nicht in jeder Anwendung möglich, insbesondere wenn höhere Anforderungen an die Qualität des Asphaltbelags gestellt werden. Somit werden die entfernten bitumenhaltigen Strassenbelagsmaterialien häufig aufwändig entsorgt.
Darstellung der Erfindung
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Verfahren zu schaffen, womit bituminöses Material aus einer Matrix eines bitumenhaltigen Sekundärrohstoffes abgetrennt werden kann.
[0009] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung wird der bitumenhaltige Sekundärrohstoff mit einer Flüssigkeit zu einem Gemisch vermengt, worauf zumindest ein Teil des bituminösen Materials aus der Matrix abgetrennt wird. Damit können in einfacher Weise das bituminöse Material und die Mineralien zurückgewonnen und wiederverwendet werden. Das bituminöse Material kann zum Beispiel wiederum zur Herstellung von Produkten, aus welchen der Sekundärrohstoff gewonnen wurde, eingesetzt werden. Der Vorteil bei der Verwendung in derselben Anwendung, aus welcher der Sekundärrohstoff stammt, liegt darin, dass Reststoffe im bituminösen Material nicht respektive nicht vollständig aus dem bituminösen Material isoliert werden müssen.
[0010] Unter dem Begriff „Sel<undärrohstoff“ wird Material verstanden, welches bereits einmal technisch genutzt wurde und nun durch eine Aufbereitung ein zweites Mal technisch genutzt werden soll.
[0011] Die Flüssigkeit dient dazu, dass nach dem Ablösen des bituminösen Materials dasselbe effizient abtransportiert werden kann. Der Einsatz der Flüssigkeit kann gegebenenfalls auch den Vorteil aufweisen, dass diese zwischen die Matrix und das bituminöse Material eindringen und das Trennverfahren unterstützen kann. Weiter können mit der Flüssigkeit, in Abhängigkeit deren Polarität, auch Fremdstoffe der Matrix und/oder das bitumenhaltige Material gelöst werden.
[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Flüssigkeit jedoch zumindest einen Hauptanteil, welcher polar ist oder besteht aus einer polaren Flüssigkeit. Dies hat den Vorteil, dass das unpolare bitumenhaltige Material sich gerade nicht in der polaren Flüssigkeit löst, so dass das bitumenhaltige Material besonders einfach, insbesondere wirtschaftlich, aus der Flüssigkeit abgetrennt werden kann. Damit kann zum Beispiel auf eine aufwändige Destillation oder Extraktion verzichtet werden. Das Abtrennen kann dabei grundsätzlich nach bekannten Verfahren erfolgen, z. B. filtern, abschöpfen, mahlen etc.
[0013] Vorzugsweise wird das bituminöse Material an einer Flüssigkeitsoberfläche des Gemischs gesammelt. Dies hat den Vorteil, dass das bitumenhaltige Material besonders einfach aus dem Gemisch entfernt werden kann, insbesondere durch Abschöpfen, Dekantieren etc. Es existieren unterschiedliche Techniken, welche das Ansammeln des bitumenhaltigen Materials an der Flüssigkeitsoberfläche begünstigen können, insbesondere zum Beispiel durch die Wahl einer Flüssigkeit mit hoher Dichte (siehe weiter unten). Es ist jedoch nicht zwingend notwendig, dass die Flüssigkeit eine höhere Dichte aufweist, als das bitumenhaltige Material (siehe weiter unten).
[0014] In Varianten kann das bitumenhaltige Material auch in der Flüssigkeit, zum Beispiel durch Filter, Adsorptionsmaterialien oder dergleichen abgefangen werden. Weiter kann das bitumenhaltige Material an einem Behälterboden ausgetragen werden, insbesondere wenn zum Beispiel das bitumenhaltige Material eine höhere Dichte aufweist als die Flüssigkeit. Weiter kann das bituminöse Material auch über eine Zentrifuge oder Mahlung von den Sedimenten und Gesteinen getrennt werden.
[0015] Vorzugsweise umfasst der bitumenhaltige Sekundärrohstoff bitumenhaltiges Strassenbelagsmaterial, ein aus bitumenhaltigem Strassenbelagsmaterial hergestelltes, insbesondere durch ein mechanisches Aufkonzentrierungsverfahren, besonders bevorzugt durch ein Abriebverfahren hergestelltes bitumenhaltiges Strassenbelagskonzentrat und/oder bitumenhaltige Dachpappe.
[0016] Der Sekundärrohstoff umfasst vorliegend insbesondere die bei der Strassensanierung anfallenden bitumenhaltigen Strassenbelagsmaterialien. Dies beinhaltet die bitumenhaltigen Schichten des Oberbaus der Strasse, typischerweise die Deckschicht, die Binderschicht, die Tragschicht und gegebenenfalls die Fundationsschicht von asphaltierten Strassen. Bei der Strassensanierung wird der Strassenbelag entweder vollständig abgebrochen (Deckschicht zusammen mit einer oder mehreren Tragschichten) oder die Deckschicht (zumindest die Asphaltdeckschicht, gegebenenfalls zusätzlich die Binderschicht) wird abgefräst. Unter Strassenbelagsmaterial wird nachfolgend sowohl das Abbruchmaterial als auch das Fräsgut verstanden.
[0017] Weiter wird aus dem bitumenhaltigen Strassenbelagsmaterial Splitt, Sand und Filler mit dem sogenannten Abriebverfahren (trocken oder nass) zurück gewonnen. Mit dem Abriebverfahren wird das bituminöse Material von Splitt, Sand und Filler abgerieben, womit einerseits der Splitt, Sand und das Filler und anderseits der Abrieb (ein bitumenhaltiges Strassenbelagskonzentrat, in welchem das bituminöse Material durch ein mechanisches Verfahren aufkonzentriert ist) zurück gewonnen wird - dieses Verfahren ist dem Fachmann bekannt. Der Splitt, Sand und Filler kann, gegebenenfalls nach einer Siebtrennung, wieder zur Herstellung von Strassenbelägen eingesetzt werden. Bislang wurde der durch das Abriebverfahren gewonnene Abrieb entsorgt. Der Abrieb umfasst einen grösseren Anteil an bitumenhaltigem Material als das Abbruchmaterial respektive das Fräsgut und ist daher für das vorliegende Verfahren besonders geeignet, insbesondere da bei gleicher Ausbeute an bituminösem Material mit einem kleineren Behältervolumen gearbeitet werden kann, womit wiederum weniger Flüssigkeit eingesetzt werden muss und ein Energieaufwand entsprechend reduziert werden kann (allfälliges Heizen, Rühren etc.). Auch der Abrieb wird vorliegend unter dem Begriff des Strassenbelagsmaterials subsummiert. Das vorliegende Verfahren ist jedoch speziell geeignet zum Abtrennen von bituminösem Material aus Abbruchmaterial und Fräsgut von Strassenbelagsmaterialien. Diese beiden Materialien stellen für die Auftrennung in bitumenhaltigem Material und Matrix eine besondere Herausforderung dar, da einerseits die Bruchstücke respektive die Körnung relativ gross sind und anderseits der Gehalt an bitumenhaltigen Material entsprechend niedriger ist als beim Abrieb. Der Abrieb stellt in diesem Sinne geringere Anforderungen an das Verfahren.
[0018] Im Rahmen des Abriebverfahrens wird Splitt und Sand unter Umständen nicht ausreichen respektive nicht vollständig vom bituminösen Material befreit, insbesondere können zum Beispiel konkave Bereiche der Körner nicht von dem bituminösen Material befreit werden. Der Splitt und Sand, welcher nach dem Abriebverfahren vorliegt, wird ebenso unter dem Begriff des Sekundärrohstoffes subsummier und kann somit ebenfalls dem vorliegenden Verfahren unterworfen werden. Damit kann Splitt und Sand mit grösserer Reinheit erreicht werden. In Varianten kann der Splitt und Sand nach dem Abriebverfahren auch direkt wieder eingesetzt werden.
[0019] Dem Fachmann ist klar, dass auch andere bitumenhaltige Strassenbelagskonzentrate in dem Verfahren als Sekundärrohstoff eingesetzt werden können. Das Aufkonzentrieren des bituminösen Materials kann auch über das vorliegende Verfahren selbst erreicht werden, was einem mehrfachen Durchlaufen des Verfahrens gleich kommen kann. Hierbei können sich jedoch die Parameter (Zusätze, Temperatur etc.) unterscheiden.
[0020] Konkret können die Strassenbelagsmaterialien Asphalttragschichten, Alphaltbinderschichten, Asphaltbeton, Splittmastixasphalt, Gussasphalt, offenporige Asphalte, SAMI-Schichten sowie asphalthaltige Oberflächenbehandlungen von Strassenbelägen etc. umfassen.
[0021] Weiter kann der Sekundärrohstoff auch Dachpappe umfassen. Dachpappe oder Teerpappe ist eine mit Bitumen getränkte Pappe, welche zum Beispiel als Unterdeckung unter den Dachziegeln als Feuchtigkeitssperre dient. Die Dachpappe kann grobkörnigen Sand, feinen Kies oder Schiefersplitter umfassen, womit eine höhere Abriebfestigkeit respektive UV-Resistenz erreicht wird. Weiter kann der Sekundärrohstoff auch andere bitumenhaltige Baustoffe, neben den Strassenbelagsmaterialien und der Dachpappe, umfassen, namentlich zum Beispiel Dichtungsbahnen, Isolierungen, Klebemassen, Tränkmassen, Dichtungsmassen etc.
[0022] Das Verfahren kann weiter auch zur Dekontamination von mit apolaren Substanzen verschmutzen Böden eingesetzt werden. Die Böden können zum Beispiel Bodenhorizonte unterhalb der H-, L- und O-Bodenhorizonte (organische Bodenhorizonte) sein, vorzugsweise zum Beispiel A-Horizonte, B-Horizonte, C-Horizonte und weiteren. Mit dem Verfahren kann zum Beispiel Bodenmaterial eines kontaminierten Industriegeländes saniert werden. Weiter kann das Verfahren zur Dekontamination von Böden nach einer Umweltkatastrophe eingesetzt werden. Das Verfahren kann zum Beispiel nach einem Unfall eines Öltankers eingesetzt werden, um Strandböden zu dekontaminieren. Weiter kann das Verfahren eingesetzt werden, um bei Verkehrsunfällen mit Motorenöl kontaminierter Boden zu reinigen. Weiter kann das Verfahren eingesetzt werden, um Mineralien in Strassenablaufschächten von Motorenöl zu reinigen.
[0023] Dem Fachmann sind auch weitere bitumenhaltige Sekundärrohstoffe bekannt, bei welchen das bitumenhaltige Material mittels des Verfahrens zumindest teilweise abgetrennt werden kann.
[0024] Vorzugsweise wird ein Dichteunterschied zwischen dem an der Oberfläche auftreibenden bituminösem Material und dem verbleibenden Gemisch durch Zugabe mindestens einer die Dichte beeinflussenden, ersten Substanz vergrössert. Durch die Vergrösserung des Dichteunterschieds kann der Auftrieb des bitumenhaltigen Materials nach dem Abtrennen von der Matrix vergrössert werden, womit das bitumenhaltige Material schneller an die Flüssigkeitsoberfläche gelangt. Damit wird wiederum das Trennverfahren effizienter und schneller durchführbar.
[0025] In Varianten kann auf eine Zugabe der ersten Substanz auch verzichtet werden.
[0026] Vorzugsweise handelt es sich bei der Flüssigkeit um Wasser. Damit wird eine polare, kostengünstige, ungiftige und einfach aufzubereitende Flüssigkeit für das Verfahren gewählt, womit das Verfahren besonders wirtschaftlich durchgeführt werden kann. Weiter weist Wasser eine besonders hohe Oberflächenspannung auf, womit eine Trennschicht des aufschwimmenden bitumenhaltigen Materials besonders stabil gehalten werden kann.
[0027] In Varianten können auch andere Flüssigkeiten eingesetzt werden, insbesondere zum Beispiel Phenol, Kresol, flüssiges Schwefeldioxid, Nitrobenzol, Anilin, Toluidin, Nitrotoluol, Crotonaldehyd, Acrolein, Dichlorethylether, Furfural, Ethylanilin, Dichlorbenzol oder Mischungen der vorgenannten Flüssigkeiten mit oder ohne Zusatz von Benzol. Dem Fachmann sind weitere organische Lösemittel wie Alkohole, Polyole, wie Glyzerin, Öle, Säuren, Basen oder Mischungen der vorgenannten Flüssigkeiten bekannt, welche hierzu eingesetzt werden können. Die organischen Lösemittel haben jedoch den Nachteil, dass damit kaum ein ökonomisches als auch ökologisches Trennverfahren erreicht werden kann. Für geringe Mengen kann das Verfahren damit jedoch besonders effizient durchgeführt werden.
[0028] Weiter besteht auch die Möglichkeit ein überkritisches Gas, insbesondere überkritisches CO2aufgrund der apolaren Eigenschaft, für die Trennung von bituminösem Material aus der Matrix zu verwenden.
[0029] Vorzugsweise umfasst die die Dichte beeinflussende erste Substanz eine wasserlösliche erste Substanz, insbesondere eine Lauge oder eine Säure wie zum Beispiel Natronlauge (NaOH) oder ein Salz, vorzugsweise Natriumchlorid, Magnesiumchlorid, Kalziumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumcarbonat, Natriumnitrat, Zucker wie Polysaccharide, Glucose, Fructose, Saccharose etc. oder eine Mischung davon, oder eine wasserlösliche Flüssigkeit, insbesondere ein wasserlösliches Polyol wie Glyzerin, welches direkt oder indirekt dem Gemisch zugegeben wird.
[0030] Die Verwendung von Salzen beziehungsweise Zucker hat den Vorteil, dass diese typischerweise in Wasser eine gute Löslichkeit aufweisen. Die Salze, insbesondere Alkali- und Erdalkalihalogenide sind besonders kostengünstig und gleichzeitig gut lösbar in Wasser und umweltverträglich. Carbonate und Nitrate weisen ebenfalls eine gute Löslichkeit in Wasser auf. Die Carbonate, insbesodnere Natriumcarbonat, weist den Vorteil auf, dass sie Chloridfrei und Nitratfrei, und damit besonders umweltverträglich sind. Dem Fachmann sind weitere Salze bekannt, welche ebenfalls hinreichend wasserlöslich sind und damit zur Erhöhung der Dichte dienen können. Weitere Möglichkeiten bilden die Polyole, welche typischerweise in beliebigem Verhältnis mit Wasser mischbar sind und daher ebenfalls verwendet werden können. Von den Polyolen ist Glyzerin besonders zu bevorzugen, da dies besonders kostengünstig und gleichzeitig ungiftig ist.
[0031] In einem bevorzugten Verfahren wird die Flüssigkeit nach dem Trennverfahren aufbereitet und wieder für ein Trennverfahren eingesetzt. Hierbei kann bei der Aufbereitung der Flüssigkeit auf ein Abtrennen der ersten Substanz verzichtet werden, da die erhöhte Dichte auch bei einem nachfolgenden Verfahren zur Trennung von bituminösem Material aus einer Matrix genutzt werden kann.
[0032] In Varianten kann auf die Zusatzstoffe zur Vergrösserung der Dichte auch verzichtet werden. Versuche haben gezeigt, dass insbesondere in einem Verfahren bei welchem der Sekundärrohstoff vorgängig einem Abriebverfahren unterworfen wurde, auf die erste Substanz verzichtet werden kann, insbesondere aus ökonomischer und ökologischer Sicht - dem Fachmann ist klar, dass die erste Substanz das Verfahren dennoch begünstigen kann. Weiter können auch andere Stoffe zugesetzt werden, um die Dichte zu erhöhen. Dem Fachmann sind dazu viele weitere Möglichkeiten bekannt.
[0033] Bevorzugt umfasst die, die Dichte beeinflussende erste Substanz eine unpolare erste Substanz, welche eine geringere Dichte aufweist als das bituminöse Material, wobei die unpolare erste Substanz dem bituminösen Material zugegeben wird. Damit kann die Dichte des aufschwimmenden bitumenhaltigen Materials verringert werden, womit einem Absinken in die Flüssigkeit entgegen gewirkt werden kann. Solche unpolare Substanzen sind dem Fachmann in einer Vielzahl bekannt. Zum Beispiel können, insbesondere Gase wie Luft, CO2, niedermolekulare, aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Propan, Butan eingesetzt werden. Prinzipiell können beliebige Erdölfraktionen zugegeben werden, welche eine kleinere Dichte als diejenige des Bitumens aufweisen. Im Verfahren kann mit der unpolaren ersten Substanz auf der Flüssigkeitsoberfläche ein Film oder eine Flüssigkeitsschicht gebildet werden, womit sich aufsteigendes bituminöses Material in der unpolaren ersten Substanz auflöst und damit nicht wieder absinken kann.
[0034] In Varianten kann auf die unpolare erste Substanz auch verzichtet werden.
[0035] Vorzugsweise wird durch das Zugeben mindestens einer zweiten Substanz eine chemische und/oder physikalische Reaktion im Gemisch erzeugt. Mit einer geeigneten Reaktion kann die Haftkraft zwischen dem bitumenhaltigen Material und der Matrix vermindert werden, womit das Trennverfahren optimiert werden kann. Hierbei können auch Sekundäreffekte der Reaktion (Wärmeentwicklung, Blasenbildung etc.) zur besseren Trennung des bitumenhaltigen Materials von der Matrix führen. Weiter könnte aber auch die Matrix selbst durch die chemische und/oder physikalische Reaktion angegriffen respektive aufgelöst werden.
[0036] In Varianten kann auf die Zugabe der zweiten Substanz auch verzichtet werden. Versuche haben gezeigt, dass insbesondere in einem Verfahren bei welchem der Sekundärrohstoff vorgängig einem Abriebverfahren unterworfen wurde, auf die zweite Substanz verzichtet werden kann, insbesondere aus ökonomischer und ökologischer Sicht. Dem Fachmann ist klar, dass mit dem Einsatz einer zweiten Substanz das Verfahren begünstigt werden kann.
[0037] Vorzugsweise umfasst die zweite Substanz Natriumhydrogencarbonat und/oder Essigsäure. Besonders bevorzugt wird sowohl Natriumhydrogencarbonat als auch Essigsäure zugegeben. Damit können im Gemisch Blasen generiert werden, welche sich lösendes bitumenhaltiges Material nach oben, an die Flüssigkeitsoberfläche tragen (siehe weiter unten). Weiter können die einzelnen zweiten Substanzen dazu dienen, das bitumenhaltige Material von der Matrix abzulösen.
[0038] In Varianten kann auf die Zugabe von Natriumhydrogencarbonat respektive Essigsäure auch verzichtet werden.
[0039] Bevorzugt umfasst die zweite Substanz ein Trennungsmittel, insbesondere Wasserstoffperoxid, Sauerstoff, Hydroxidradikale, Perhydroxyl, Hyperoxid, Percarbonate, Benzolhydroxid oder einer Kombination der vorstehenden. Mit dem Einsatz von Trennungsmitteln, insbesondere zum Beispiel Wasserstoffperoxid, können organische Moleküle, insbesondere organische Polymere und Öle mittels freier Radikale aufgebrochen werden, womit die Bindung zwischen dem bituminösen Material und der Matrix gelockert werden kann. Weiter kann durch den Einsatz von beispielsweise Wasserstoffperoxid Kalkstein an der Oberfläche angegriffen werden, womit durch diese Auflösungsreaktion der Kalksteinoberfläche das bitumenhaltige Material einfacher abgelöst werden kann. Hierbei ist es nicht notwendig, den Kalkstein vollständig aufzulösen. Ein analoger Effekt mit anderen Matrixmaterialien kann ebenfalls mit Peroxiden oder anderen Substanzen erreicht werden. Dem Fachmann sind entsprechende Reaktionen bekannt. Die Peroxide können besonders effektiv in der Kombination mit Tensiden sein.
[0040] In Varianten kann auf obig genannte Stoffe auch verzichtet werden.
[0041] Vorzugsweise umfasst die zweite Substanz Tenside und/oder Ambiphile. Insbesondere in Kombination mit Peroxiden, vorzugsweise Wasserstoffperoxid, kann damit eine besonders effiziente Ablösung des bituminösen Materials erreicht werden. Wasserstoffperoxid wirkt als Katalysator, womit eine Schaumschicht erzeugt wird, in welchem das bitumenhaltige Material emulgiert ist. Durch die oxidative Wirkung des Peroxids werden zudem organische Schadstoffe abgebaut und in die Emulsion überführt.
[0042] In Varianten kann auf die Tenside respektive die Ambiphile auch verzichtet werden.
[0043] Bevorzugt wird die zweite Substanz mit einem elektrochemischen und/oder chemischen System erzeugt. Damit kann die zweite Substanz in situ produziert und zudosiert werden. Dies ist insbesondere bei Stoffen mit höherem Gefahrenpotential, wie zum Beispiel einem starken Oxidationsmittel, von Vorteil, da ein sicheres Arbeiten möglich ist.
[0044] In Varianten kann auf die Herstellung der zweiten Substanz vor Ort auch verzichtet werden.
[0045] Vorzugsweise wird die zweite Substanz zeitlich verteilt dem Gemisch zugegeben, so dass eine Überreaktion verhindert werden kann. Damit wird insbesondere verhindert, dass durch übermässige Blasenbildung Sande und Filler zusammen mit dem bituminösen Material an die Flüssigkeitsoberfläche getragen werden.
[0046] Bevorzugt wird die zweite Substanz während des Abtrennens zumindest eines Teils des bituminösen Materials aus der Matrix kontinuierlich oder in mehreren Portionen zugegeben. Damit kann eine Überreaktion verhindert werden, womit das bituminöse Material in grösserer Reinheit gewonnen werden kann. Bei einer kontinuierlichen Zugabe können dem Fachmann bekannte Fördermittel für Flüssigkeiten respektive Feststoffe eingesetzt werden (Tropftrichter, Pumpe, Förderschnecke etc.). Diese Fördermittel können auch für die portionenweise Zugabe eingesetzt werden und dosieren vorzugsweise vollautomatisch zu. Die Dosiermenge kann einerseits von der Batchgrösse abhängen. Weiter kann die Dosierung auch anhand eines gemessenen Parameters, zum Beispiel der Schaumbildung, der Wärmeentwicklung etc. gesteuert, insbesondere automatisch geregelt werden.
[0047] In Varianten kann die Dosierung auch von Hand erfolgen. Weiter kann die zweite Substanz auch in einer einzigen Dosis zugegeben werden.
[0048] Vorzugsweise wird während des Abtrennens zumindest eines Teils des bituminösen Materials aus der Matrix, eine Konzentration der zweiten Substanz bezogen auf ein Gesamtgewicht des Gemischs auf höchstens 1.0 gew.%, vorzugsweise auf höchstens 0.5 gew.% erhöht. Durch die stetige respektive die diskrete Zugabe der zweiten Substanz in das Gemisch kann die Reaktion in einem für die Abtrennung des bituminösen Materials optimalen Bereich gesteuert werden. Damit kann insbesondere auch die Gesamtmenge der zweiten Substanz im Gemisch optimiert werden, womit wiederum das Verfahren besonders wirtschaftlich durchgeführt werden kann. Besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um ein Oxidationsmittel, wie zum Beispiel ein Peroxid, insbesondere Wasserstoffperoxid.
[0049] Je nach Zusammensetzung des Gemischs respektive je nach Art des bitumenhaltigen Sekundärrohstoffes und der eingesetzten zweiten Substanz können auch höhere Endkonzentrationen als 1.0 gew.% vorgesehen sein.
[0050] Vorzugsweise wird die zweite Substanz dem Gemisch als eine Lösung zugegeben. Damit wird eine besonders einfache und präzise Dosierung ermöglicht. In Varianten kann die zweite Substanz auch als Feststoff zugegeben werden.
[0051] Vorzugsweise beträgt eine Konzentrationsänderung der zweiten Substanz bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemischs zwischen 10<-2>und 10<-5>gew.% pro Minute, vorzugsweise zwischen 10<-3>und 10<-4>gew.% pro Minute. Vorzugsweise wird die Konzentrationsänderung derart gesteuert, dass keine übermässige Schaumbildung erfolgt. Damit kann die Reinheit des bituminösen Materials erhöht werden. Dem Fachmann ist klar, dass die Konzentrationsänderung auch grösser als 0.01 gew.% pro Minute oder auch kleiner als 10<-5>gew.% sein kann. Hierbei gilt es abzuwägen zwischen der Anforderung an die Qualität des bituminösen Materials und dem Zeitbedarf (und damit der Wirtschaftlichkeit) des Verfahrens.
[0052] Vorzugsweise werden im Gemisch Gasblasen freigesetzt, so dass das bituminöses Material zumindest teilweise an Gasblasen anhaftet und an die Oberfläche des Gemischs auftreibt. Damit können bituminösen Teilchen, welche von der Matrix gelöst werden konnten, schneller an die Oberfläche der Flüssigkeit transportiert werden. Weiter können mit den aufsteigenden Gasblasen die bituminösen Teilchen auch an der Flüssigkeitsoberfläche gehalten werden, sofern die Dichte der Flüssigkeit nicht höher als diejenige des bituminösen Materials ist.
[0053] In Varianten kann auf die Gasblasen auch verzichtet werden.
[0054] Bevorzugt werden die Gasblasen durch die zweite Substanz, insbesondere durch eine chemische Reaktion, erzeugt. Damit können die Gasblasen direkt am Ort erzeugt werden, an welchem das bituminöse Material von der Matrix gelöst wird. Somit kann das Ablösen des bituminösen Materials gleichzeitig mit dem Abtransport über die Gasblasen erfolgen. Damit kann verhindert werden, dass das bituminöse Material nach der Ablösung gleich wieder an der Matrix anhaftet. Die Gasblasen können zum Beispiel mit einem Trennungsmittel wie einem Peroxid erzeugt werden, womit einerseits über die Sauerstoffradikale organische Verbindungen aufgebrochen werden können, um das bituminöse Material von der Matrix zu trennen und gleichzeitig durch den gebildeten Sauerstoff Sauerstoffblasen zu erzeugen, welche das bituminöse Material nach oben, an die Flüssigkeitsoberfläche tragen. In einer weiteren Ausführungsform werden die Gasblasen durch den Einsatz von Natriumbicarbonat gebildet, womit die Gasblasen mit Kohledioxid gebildet werden.
[0055] Generell hat die Erzeugung der Gasblasen mit der zweiten Substanz den Vorteil, dass damit besonders feine Gasblasen gebildet werden können, welche das bituminöse Material effizient erfassen und nach oben, an die Flüssigkeitsoberfläche tragen können.
[0056] In Varianten können die Gasblasen auch anderweitig erzeugt werden, namentlich können die Gasblasen auch mit einer Pumpe und/oder einem Druckbehälter erzeugt werden. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn eine besonders geringe Menge der zweiten Substanz zum Ablösen des bituminösen Materials notwendig ist, so dass zu wenige Gasblasen für den Transport des bituminösen Materials erzeugt werden. Anderseits können auch zweite Substanzen vorgesehen sein, welche keine Gasblasen erzeugen, auch in diesem Fall kann eine Pumpe oder ein Druckbehälter zur Erzeugung der Gasblasen sinnvoll sein.
[0057] Die Gasblasen können auch durch einen Mixvorgang oder einen Rührvorgang erreicht werden. Bei einem solchen Mixvorgang können gleichzeitig Mahleffekte erreicht werden, womit eine Trennung des bituminösen Materials begünstigt werden kann.
[0058] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird nach dem Abriebverfahren das bituminöse Material, welches noch mit Sand, Splitt und Filler verunreinigt ist, mit Wasser versetzt und gemixt. Damit können Sand, Splitt und Filler von dem bituminösen Material getrennt werden. In Varianten können auch andere Verfahren eingesetzt werden. Der Mixvorgang wird vorzugsweise derart durchgeführt, dass Luftblasen in die Suspension eingetragen werden. Dies kann analog zu einem Haushaltsmixer erreicht werden, indem derart stark gerührt wird, dass sich eine tiefe Trombe bildet, womit Luft in die Suspension eingetragen werden kann. Mit den aufsteigenden Luftblasen kann das bituminöse Material an die Oberfläche getragen werden und zum Beispiel über einen Schlammsauger ausgetragen werden. In Varianten kann das bituminöse Material auch anderweitig abgetrennt werden. Die Luftblasen respektive Gasblasen können auch chemisch erzeugt oder über eine Pumpe oder dergleichen erzeugt werden.
[0059] Schliesslich kann auf die Erzeugung von Gasblasen auch generell verzichtet werden. In diesem Fall kann der Transport des bituminösen Materials an die Flüssigkeitsoberfläche auch durch Konvektion, einen Strömungsverlauf, durch Dichteunterschiede zwischen dem bituminösen Material und der Flüssigkeit etc. gewährleistet werden.
[0060] Weiter könnte das bituminöse Material auch durch apolare Tropfen einer ersten Substanz mit einer geringeren Dichte als die der polaren Flüssigkeit, nach oben getragen werden. Die apolaren Tropfen können zum Beispiel mit einem Alkan, einem wasserunlöslichen Alkohol etc. erzeugt werden. Die Tropfen können zum Beispiel in Form einer Emulsion im Bodenbereich des Behälters eingeführt werden. Dem Fachmann sind schliesslich weitere Möglichkeiten bekannt.
[0061] Schliesslich kann sowohl auf Gasblasen als auch auf apolare Flüssigkeitstropfen verzichtet werden. Das bituminöse Material, sofern dessen Dichte grösser ist, als diejenige der Flüssigkeit, kann auch im Bodenbereich des Behälters ausgetragen werden. Weiter kann das bituminöse Material aus der Flüssigkeit gefiltert, gesiebt, dekantiert etc. werden. Dem Fachmann sind dazu viele weitere Techniken bekannt.
[0062] Vorzugsweise umfassen die Gasblasen Umgebungsluft, Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlendioxid. Insbesondere Sauerstoff und Kohlendioxid können besonders einfach mit chemischen Mitteln erzeugt werden. Alle Gase sind zudem Kostengünstig in der Herstellung. Besonders bevorzugt wird im Falle eines Einsatzes einer Pumpe Umgebungsluft verwendet, da diese frei zur Verfügung steht.
[0063] Dem Fachmann sind jedoch auch andere Gase zum Erzeugen der Gasblasen bekannt. Insbesondere können auch Edelgase, Wasserstoff etc. eingesetzt werden. Auch gasförmige oder verdampfte organische Stoffe können prinzipiell eingesetzt werden. Damit kann gleichzeitig die Dichte des bituminösen Materials verringert werden, womit das Aufschwimmen auf der Flüssigkeit begünstig werden kann.
[0064] Vorzugsweise wird das Gemisch erhitzt, insbesondere direkt und/oder indirekt, vorzugsweise mit Warmwasser, Heisswasser und/oder Wasserdampf. Durch das Erhitzen kann das Ablösen des bituminösen Materials von der Matrix beschleunigt werden. Weiter können auch allfällige chemische Reaktionen, insbesondere hervorgerufen durch die zweite Substanz, begünstigt werden. Damit wird gesamthaft das Trennverfahren beschleunigt. Durch die Zeitersparnis kann damit wirtschaftlicher produziert werden. In einer ersten Variante kann der Behälter direkt beheizt werden. Die Beheizung kann direkt, durch Vorheizen der Flüssigkeit, durch Einleiten von Heissdampf in das Gemisch erfolgen, oder über eine Behälter-Aussenwand. Dem Fachmann sind weitere Varianten bekannt.
[0065] In Varianten kann auf das Erhitzen des Gemischs auch verzichtet werden. Insbesondere in einem Verfahren bei welchem der Sekundärrohstoff vorgängig einem Abriebverfahren unterworfen wurde, haben Versuche gezeigt, dass auf das Erhitzen verzichtet werden kann, insbesondere aus ökonomischer und ökologischer Sicht - dem Fachmann ist klar, dass ein Erhitzen das Verfahren dennoch typischerweise begünstigen kann. Es wurde insbesondere erkannt dass das Verfahren mit dem Sekundärrohstoff, welcher aus einem Abriebverfahren aus Strassenbelagsmaterial gewonnen wurde, namentlich dem Abrieb, besonders ökologisch und ökonomisch durchgeführt werden kann, indem der Abrieb ausschliesslich mit Wasser versetzt wird und bei Raumtemperatur derart gemixt wird, dass Luft in die Suspension eingebracht wird, welche als Luftblasen zusammen mit dem bituminösen Material an die Flüssigkeitsoberfläche aufsteigen. Dort kann das bituminöse Material zum Beispiel in Form eines Schaums mit einem Schlammsauger abgesaugt werden. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass das Verfahren durch chemische Zusätze, durch Erhitzen etc. auch effizienter gestaltet werden könnte.
[0066] In weiteren Varianten können auch andere Mittel, zum Beispiel Mikrowellenenergie, elektrische Energie, Brennstoffe, insbesondere zum Beispiel Teile des bituminösen Materials etc. eingesetzt werden. Im Falle der Verbrennung von Teilen des bituminösen Materials, insbesondere z. B. einer Fraktion des bituminösen Materials, kann mit der überschüssigen Wärme elektrische Energie produziert werden, welche für das Verfahren oder anderweitig eingesetzt werden kann.
[0067] Vorzugsweise wird das Gemisch auf eine Temperatur über 50 °C erhitzt. Experimente haben gezeigt, dass ab 50 °C das Verfahren gut funktioniert. Ideal sind Temperaturen von über 80 °C, insbesondere von über 90 °C, zum Beispiel bis zu 100 °C. Je nach Art des Sekundärrohstoffs kann das Verfahren auch bei Temperaturen unter 50 °C durchgeführt werden. Je nach eingesetzter zweiter Substanz, insbesondere bei der Verwendung von Wasserstoffperoxid, kann die Temperatur gegebenenfalls tiefer gewählt werden, um eine Überreaktion zu verhindern. Hierbei kann zwischen der Temperatur des Gemischs und der Zugaberate (Konzentrationsänderung) der zweiten Substanz abgewogen werden, wobei typischerweise bei höherer Temperatur die Zugaberate gesenkt werden kann.
[0068] Vorzugsweise wird das Gemisch, insbesondere zur Ertragsmaximierung, mechanisch durchmischt. Mit der Durchmischung kann das bituminöse Material einerseits auch mechanisch gelöst werden. Weiter kann damit eine durch die zweite Substanz hervorgerufene chemische Reaktion schneller umgesetzt werden. Gesamthaft wird damit auch das Verfahren selbst beschleunigt. Vorzugsweise wird damit zusätzlich der Ertrag des bituminösen Materials erhöht.
[0069] In Varianten kann auf die mechanische Durchmischung auch verzichtet werden.
[0070] Bevorzugt wird das Gemisch mit physikalischen Mitteln, insbesondere durch Schall, Ultraschall und/oder Mikrowellen beaufschlagt. Damit kann ebenfalls der Ablöseprozess des bituminösen Materials von der Matrix optimiert werden. Dazu ist es von Vorteil, wenn die Frequenz derart eingestellt ist, dass bituminöse Tröpfchen respektive Partikel optimal angeregt werden. Die Frequenz wird daher vorzugsweise kleiner als 200 kHz, besonders bevorzugt keiner als 100 kHz, insbesondere kleiner als 50 kHz gewählt. Gegebenenfalls kann es auch sinnvoll sein, mikroskopische Partikel anzuregen, zum Beispiel diejenigen, an welchen das bituminöse Material anhaftet. In diesem Fall können auch Frequenzen über 200 kHz vorgesehen sein.
[0071] In Varianten kann auf die physikalischen Mittel auch verzichtet werden.
[0072] Das Verfahren wird vorzugsweise diskontinuierlich durchgeführt. Dazu wird eine Menge des Sekundärrohstoffs, insbesondere Strassenbelagsmaterial, in einen Behälter gegeben und mit der Flüssigkeit, insbesondere Wasser, überdeckt. Das sich an der Wasseroberfläche ansammelnde bituminöse Material wird, vorzugsweise kontinuierlich, abgeschöpft. In Varianten kann das Verfahren auch kontinuierlich durchgeführt werden. Dazu kann der Sekundärrohstoff mit Fördermitteln, zum Beispiel über ein Förderband, in einen Behälter gefördert werden und über einen Schneckenförderer kontinuierlich wieder aus dem Behälter ausgetragen werden. Dem Fachmann sind Techniken zur Optimierung der Verweilzeit des Sekundärrohstoffs im Behälter bekannt.
[0073] Vorzugsweise wird das Verfahren möglichst ökologisch und ökonomisch durchgeführt. Damit wird die Umwelt weniger belastet und das Verfahren kann relativ kostengünstig durchgeführt werden.
[0074] Bevorzugt wird nach der Abtrennung des bituminösen Materials die Flüssigkeit, insbesondere das Wasser, zur Wiederverwendung im Verfahren, insbesondere für einen nächsten Batch, aufbereitet. Die Aufbereitung der Flüssigkeit kann derart gestaltet sein, dass die Anforderungen an die Wiederverwendung im Verfahren erfüllt sind. Sofern zum Beispiel Kochsalz im Wasser gelöst ist, um die Dichte zu erhöhen, muss dieses im Rahmen der Aufbereitung nicht aus dem Wasser entfernt werden. Typischerweise kann es ausreichen, das Wasser durch ein Absetzbecken laufen zu lassen oder mit einem Zyklon zu zentrifugieren, um Schwebstoffe zu entfernen. In Varianten kann auf die Aufbereitung auch ganz verzichtet werden, insbesondere wenn die Verunreinigungen das Verfahren nicht negativ beeinflussen. In diesem Fall kann die Flüssigkeit direkt wieder im Verfahren verwendet werden oder entsorgt werden.
[0075] Vorzugsweise wird mit einem oder mehreren Wärmetauschern eine Prozesswärme zurückgewonnen. Diese wird vorzugsweise aus der Flüssigkeit, insbesondere dem Wasser zurückgewonnen. Dem Fachmann sind entsprechende Techniken hinreichend bekannt. Die zurückgewonnene Wärme kann direkt zum Vorheizen der Flüssigkeit für das Verfahren oder anderweitig (zur Raumheizung, Warmwasserboiler etc.) eingesetzt werden.
[0076] In Varianten kann auf die Wärmerückgewinnung auch verzichtet werden.
[0077] Das bituminöse Material wird vorzugsweise an der Flüssigkeitsoberfläche, insbesondere in Form eines Schaums, kontinuierlich oder diskontinuierlich abgeschöpft. Insbesondere in einer Varianten, bei welcher Gasblasen erzeugt werden, wird typischerweise ein Schaum an der Flüssigkeitsoberfläche erzeugt, in welchem sich die Partikel des bituminösen Materials befinden. Dieser Schaum kann mit einem Schwert von der Flüssigkeitsoberfläche abgefangen werden. Weiter kann der Schaum auch durch ein geeignetes Rührwerk in Richtung eines Überlaufs getrieben werden. Dem Fachmann sind auch dazu weitere Varianten bekannt.
[0078] In Varianten kann das bituminöse Material auch über einen Schlammsauger oder auch anderweitig aus dem Gemisch ausgetragen werden (siehe oben). Der Einsatz eines Schlammsaugers hat den Vorteil, dass dieser zwischen 1 und 100 mm über der Wasseroberfläche positioniert wird, womit aufgewühlter Sand oder Filler in geringerem Masse ausgetragen wird. Damit wird bituminöses Material mit höherer Reinheit erhalten.
[0079] Vorzugsweise wird das bituminöse Material nach der Abtrennung von der Matrix einem weiteren Reinigungsschritt unterzogen. Das bituminöse Material kann nach dem Trennverfahren Verunreinigungen umfassen, insbesondere Sand, Filler und Zusatzstoffe. Die Trennung kann mit dem Fachmann bekannten Techniken erfolgen.
[0080] Je nach Verwendung kann das bituminöse Material auch direkt nach dem Trennverfahren zur Herstellung von, gegebenenfalls spezifischen, Asphaltbelägen eingesetzt werden, bei welchen die Fremdstoffe im bituminösen Material nicht stören oder sogar gewünscht sind.
[0081] Bevorzugt wird das bituminöse Material in einer Flüssigkeit, insbesondere in Wasser aufgeschlämmt und gemischt respektive gemixt, um Filler, Sand und andere Stoffe vom Bitumen abzutrennen. Hierzu kann das bituminöse Material vorgängig einem Mahlvorgang unterworfen werden - ob der Mahlvorgang eingesetzt wird, kann von der gewünschten Reinheit oder der Korngrösse des bituminösen Materials etc. abhängen. Auf den Mahlvorgang kann auch verzichtet werden. Besonders bevorzugt wird eine Flüssigkeit eingesetzt, welche einerseits eine höhere Dichte als das Bitumen und anderseits eine geringere Dichte als die Filler respektive Sand und Splitt aufweist. Damit kann eine optimale Trennung innerhalb der Flüssigkeit derart erreicht werden, dass das Bitumen an die Flüssigkeitsoberfläche aufsteigt und die Filler, der Sand, der Splitt und gegebenenfalls andere Stoffe mit höherer Dichte sich am Behälterboden sammeln. Die Flüssigkeit umfasst bevorzugt Wasser, in welchem eine die Dichte erhöhende erste Substanz gelöst ist (siehe oben). Auf die Beeinflussung der Dichte kann auch verzichtet werden. Die Abtrennung kann auch über eine geeignete Wahl der Strömung erfolgen, wobei Teile geringerer Dichte (Bitumen) von Teilen mit grösserer Dichte (Filler, Sand etc.) getrennt werden können. Dazu kann zum Beispiel durch ein Rührwerke erzeugter Strom, insbesondere ein Auftrieb vorgesehen sein. Bevorzugt wird dieser weitere Reinigungsschritt ohne chemische Zusatzstoffe durchgeführt. In Experimenten konnte gezeigt werden, dass insbesondere bei gemäss dem Verfahren aus Strassenbelagsmaterial gewonnenes bituminöses Material in diesem weiteren Reinigungsschritt in der Regel auf die zweite Substanz (Trennmittel, siehe oben) verzichtet werden kann. Damit kann dieser weitere Reinigungsschritt besonders ökonomisch und ökologisch durchgeführt werden. Auch wenn bitumenhaltiges Strassenbelagskonzentrat eingesetzt wird, welches mechanisch aufkonzentriert wurde (durch das Abriebverfahren), kann auf ein Trennmittel, das heisst die zweite Substanz, gegebenenfalls verzichtet werden. Durch ein intensives Mixen können weiter Luftblasen in die Suspension eingetragen werden, welche wiederum die Trennwirkung verbessern können. Damit werden Luftblasen aufgenommen, welche wiederum einen bituminösen Schlamm oder Schaum erzeugen, welcher weniger Sand und Filler enthält.
[0082] In Varianten kann das bituminöse Material nach der Abtrennung von der Matrix durch zentrifugieren oder über einen Fliehkraftabscheider (Zyklon) von Fremdkörpern, insbesondere von Filler und Sand, getrennt werden. Damit kann das bituminöse Material wieder universell für die Herstellung von Asphaltbelägen eingesetzt werden. Die Abtrennung muss nicht zwingend durch Zentrifugieren erfolgen, dem Fachmann sind auch andere Techniken bekannt.
[0083] In Varianten kann auf die Abtrennung der Fremdkörper auch verzichtet werden.
[0084] Vorzugsweise durchläuft der Sekundärrohstoff zum Erreichen einer grösseren Trennleistung das Verfahren mehrfach. Damit kann einerseits eine höhere Ausbeute an bituminösem Material erreicht werden. Anderseits kann der Sand und Splitt besser gereinigt werden, womit dieser ebenfalls wieder eingesetzt werden kann. Weiter kann auch mit dem abgetrennten bituminösen Material das Verfahren wiederholt durchlaufen werden, womit Filler und Sand aus dem bituminösen Material weiter entfernt werden können, um eine grössere Reinheit des bituminösen Materials zu erreichen.
[0085] In Varianten kann auf den zweiten Durchlauf verzichtet werden, insbesondere wenn der erste Verfahrensdurchlauf hinreichend effizient war.
[0086] Bevorzugt wird das Verfahren bei Unterdruck durchgeführt. Damit wird insbesondere ein Verfahren, bei dem das bituminöse Material mit Gasblasen an die Oberfläche der Flüssigkeit getragen wird, begünstigt respektive beschleunigt.
[0087] In Varianten kann auf die Durchführung des Verfahrens bei Unterdruck auch verzichtet werden.
[0088] Vorzugsweise umfasst der Sekundärrohstoff Splitt, Sand und Filler. Diese Bestandteile kommen insbesondere bei Strassenbelagsmaterial vor, können aber grundsätzlich auch in anderen Sekundärrohstoffen vorkommen.
[0089] Insbesondere bei der Herstellung von Strassenbelagsmaterial ist das Ziel, die Komponenten so zu wählen und derart zu verarbeiten, dass das bituminöse Material bestmöglich an der Matrix anhaftet. Dazu werden üblicherweise Filler respektive Haftvermittler eingesetzt. Diese Zusatzstoffe erschweren prinzipiell die Ablösung von bituminösem Material von der Matrix - das vorliegende Verfahren hat jedoch überraschend gezeigt, dass trotz dieser erschwerenden Umstände auch Strassenbelagsmaterial in bituminöses Material und Matrix aufgetrennt werden kann.
[0090] In Varianten kann der Sekundärrohstoff auch keinen Splitt, keinen Sand und/oder keinen Filler umfassen.
[0091] Der Sekundärrohstoff umfasst vorzugsweise einen Wassergehalt von weniger als 5 gew. %, insbesondere vorzugsweise weniger als 1 gew. %, besonders bevorzugt weniger als 0.1 gew. %. Auch hier ist der geringe Wassergehalt prinzipiell nachteilig für die Abtrennung des bituminösen Materials von der Matrix. Ein höherer Wassergehalt begünstigt typischerweise das Abtrennen des bituminösen Materials, insbesondere da das bituminöse Material apolar und das Wasser polar ist. Es hat sich jedoch überraschend gezeigt, dass das Verfahren dennoch geeignet ist, auch bei Sekundärrohstoffen mit besonders geringem Wassergehalt das bituminöse Material abzutrennen.
[0092] In Varianten kann der Wassergehalt des Sekundärrohstoffs auch höher als 5 gew.% sein.
[0093] Der Sekundärrohstoff liegt in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens vorzugsweise als Bruchstücke vor, wobei zumindest ein Anteil von 10 gew.%, vorzugsweise mindestens 20 gew. %, der Bruchstücke einen minimalen Durchmesser von mehr als 10 mm aufweisen.
[0094] Auch hier ist prinzipiell eine grössere Bruchstückgrösse typischerweise nachteilig für das Trennverfahren. Es hat sich nun aber in Versuchen überraschend gezeigt, dass der Sekundärrohstoff nicht beliebig klein zerkleinert werden muss, um das Verfahren effizient durchführen zu können.
[0095] Insbesondere bei Abbruchmaterial im Strassenbau können die Bruchstücke unmittelbar nach dem Strassenabbruch sehr gross sein. Für die Durchführung des Verfahrens sind diese zu zerkleinern. Die Bruchstückgrösse muss nun jedoch nicht beliebig klein sein, sondern kann durchaus eine Grösse bis zu 80 mm oder mehr aufweisen. Damit kann das Verfahren kostengünstig durchgeführt werden. Weiter kann dadurch eine Zerstörung des Splits und Sandes verhindert werden, womit auch diese Materialien nach der Trennung wieder verwendet werden können.
[0096] In Varianten können die Bruchstücke aber auch kleiner sein oder in der obig angegebenen Grösse mit geringerem Anteil an der Gesamtmasse vorliegen. Die Bruchstücke können auch zu kleineren Partikeln gebrochen, gemahlen oder anderweitig zerkleinert werden.
[0097] Vorzugsweise weisen mindestens 20 gew.%, vorzugsweise mindestens 30 gew.%, insbesondere bevorzugt mindestens 40 gew.% der Matrix eine Korngrösse von mehr als 5 mm auf. Auch hier gilt das obig Gesagte, wonach prinzipiell grosse Korngrössen für das Verfahren nachteilig sind, jedoch sich das vorliegende Verfahren als überraschend effizient auch bei grossen Korngrössen erwiesen hat.
[0098] In Varianten können auch weniger als 20 gew.% der Matrix eine Korngrösse von mehr als 5 mm aufweisen.
[0099] Bevorzugt umfasst der Sekundärrohstoff eine oder mehrere der folgenden Komponenten: Polymere, Armierungsfasern, insbesondere Cellulosefasern und/oder Aramidfasern, Kalkhydrat, Juvenatoren. Solche Zusatzstoffe respektive Komponenten werden typischerweise bei Asphaltbelägen eingesetzt. Besonders Polymere und Kalkhydrat sind typisch in den Asphaltbelägen zu finden. Diese Zusatzstoffe stellen sicher, dass das bituminöse Material besonders gut an dem Matrixmaterial, insbesondere Splitt und Brechsand, anhaftet. Das vorliegende Verfahren erwies sich auch unter diesen, die Trennung erschwerenden Umständen als effizient.
[0100] Keine der Komponenten ist für die Durchführung des Verfahrens notwendig. Allerdings konnte gezeigt werden, dass das Verfahren auch dann funktioniert, wenn diese Komponenten zum Teil oder alle im Sekundärrohstoff vorhanden sind.
[0101] Vorzugsweise beträgt der Anteil an Kalkhydrat im Sekundärrohstoff zwischen 0.5 und 3 gew.%, vorzugsweise zwischen 1 und 2 gew.%. In Varianten kann der Anteil an Kalkhydrat auch höher als 3 gew.% oder tiefer als 0.5 gew.% sein.
[0102] Der Anteil an Polymeren im bituminösen Material beträgt vorzugsweise mindestens 2 gew.%, besonders vorzugsweise mindestens 4 gew. %, insbesondere zwischen 5 und 7 gew.%. In Varianten kann der Anteil an Polymeren auch unter 2 gew.% oder über 7 gew.% liegen.
[0103] Bevorzugt weist der Sekundärrohstoff eine Dichte zwischen 1.2 g/cm<3>und 2.6 g/cm<3>, vorzugsweise zwischen 1.4 g/cm<3>und 2.4 g/cm<3>auf. In Varianten kann die Dichte auch kleiner als 1.2 g/cm<3>respektive grösser als 2.6 g/cm<3>sein.
[0104] Vorzugsweise ist ein Anteil an VOC respektive VVOC im Sekundärrohstoff kleiner als 0.1 gew. %, vorzugsweise kleiner als 0.01 gew. %. Mit VOC und VVOC werden flüchtige organische Verbindungen bezeichnet. Vorliegend fallen unter VVOC organische Verbindungen mit einem Siedebereich mit einer Obergrenze von 100 °C. Unter VOC fallen organische Verbindungen mit einem Siedebereich zwischen 100 °C und 260 °C. Die VOC respektive VVOC sind für die Abtrennung von bituminösem Material von der Matrix hilfreich, da diese ebenso apolar sind und damit als Lösungsvermittler für das bituminöse Material dienen. Durch die VOC respektive VVOC wird eine Oberfläche der bituminösen Partikel angelöst, womit eine Haltekraft zur Matrix reduziert werden kann. Nun wurde aber entdeckt, dass mit dem vorliegenden Verfahren auch bituminöses Material von einer Matrix getrennt werden kann, welches kaum oder keine VOC respektive VVOC umfasst.
[0105] Das bituminöse Material im Strassenbelagsmaterial wird in der Herstellung des Asphalts typischerweise mit einer Temperatur von 120 °C bis 230 °C auf Sand, Split etc. aufgetragen, welches auf 400 °C vorgeheizt wurde (andere Parameter sind auch möglich). Damit wird bereits während der Herstellung des Asphalts ein Grossteil der VOC respektive der VVOC verflüchtigt. Restmengen an volatilen organischen Verbindungen diffundieren im Laufe der Zeit aus dem Belag hinaus, so dass dieser bei einer anstehenden Sanierung typischerweise praktisch keine volatilen organische Verbindungen mehr umfasst. Es ist nun insbesondere zu beachten, dass durch das weitgehende Fehlen von leichteren Ölen, d. h. von VOC respektive VVOC in dem (alten) Strassenbelagsmaterial ein Lösungsvermittler fehlt, welcher helfen würde, das bituminöse Material von der Matrix zu lösen. Überraschenderweise kann mit dem vorliegenden Verfahren das bituminöse Material nun auch in Abwesenheit von VOC respektive von VVOC in effizienter Weise von der Matrix gelöst werden.
[0106] In Varianten kann das Verfahren natürlich auch auf Sekundärrohstoffe angewandt werden, welche einen höheren Anteil an VOC respektive VVOC als 0.1 gew.% aufweisen.
[0107] Vorzugsweise weist das bituminöse Material im Strassenbelagsmaterial weniger als 0.1 gew.%, vorzugsweise weniger als 0.01 gew.% destillierbare Erdölbestandteile respektive Kohlewasserstoffe auf. Es hat sich überraschend gezeigt, dass das Verfahren auch dann gut funktioniert, wenn die destillierbaren Erdölbestandteile respektive Kohlewasserstoffe sehr gering sind - damit kann das Verfahren auch weitgehend ohne Lösevermittler effizient durchgeführt werden.
[0108] In Varianten kann der Anteil der destillierbaren Erdölbestandteile respektive Kohlewasserstoffe auch höher als 0.1 gew.% sein.
[0109] Bevorzugt ist eine kinematische Viskosität bei 60°C des bituminösen Materials höher als 400 mm<2>/s, vorzugsweise höher als 1'000 mm<2>/s. Besonders bevorzugt ist die kinematische Viskosität des bituminösen Materials im Sekundärrohstoff höher als 5'000 mm<2>/s, insbesondere bevorzugt höher als 10'000 mm<2>/s. Die kinematische Viskosität kann in der Anwendung des vorliegenden Verfahrens sogar höher als 25'000 mm<2>/s sein. Solche Werte für die kinematische Viskosität werden typischerweise in bituminösem Material in altem Strassenbelagsmaterial erreicht. Auch hier steht prinzipiell eine hohe kinematische Viskosität des bituminösen Materials der effizienten Trennung der Matrix entgegen - mit dem vorliegenden Verfahren kann überraschenderweise auch bituminöses Material mit sehr hoher kinematischer Viskosität von der Matrix getrennt werden.
[0110] Dem Fachmann ist auch hier klar, dass das Verfahren, auch bei geringerer kinematischer Viskosität als 400 mm<2>/s durchgeführt werden kann.
[0111] Vorzugsweise ist eine Dichte des bituminösen Materials grösser als 1'000 kg/m<3>, vorzugsweise grösser als 1'010 kg/m<3>. Zusammen mit der Viskosität und dem geringen Anteil an flüchtigen organischen Verbindungen steigt typischerweise beim bituminösen Material auch die Dichte. Es hat sich in Experimenten gezeigt, dass auch bei einer Dichte des bituminösen Materials, welche höher als diejenige von Wasser ist, eine Abtrennung von der Matrix möglich und insbesondere wirtschaftlich umsetzbar ist. Es konnte sogar gezeigt werden, dass eine Abtrennung an der Wasseroberfläche erreicht werden kann, insbesondere zum Beispiel in einem Verfahren, bei welchem Gasblasen in dem Gemisch erzeugt werden. Das Verfahren kann jedoch auch mit einem Sekundärrohstoff durchgeführt werden, bei welchem das bituminösem Material eine geringere Dichte als Wasser, das heisst als 1'000 kg/m<3>aufweist.
[0112] Vorzugsweise weist das bituminöse Material einen Erweichungspunkt von mehr als 50 °C, insbesondere mehr als 70 °C, besonders bevorzugt von mehr als 90 °C auf. Der Erweichungspunkt des bituminösen Materials in einem Strassenbelag steigt typischerweise mit steigendem Alter an. In Varianten kann der Erweichungspunkt auch kleiner als 50 °C sein.
[0113] Vorzugsweise weist das bituminöse Material eine Penetration (Nadel) bei 25 °C von weniger als 5 10<-1>mm, vorzugsweise weniger als 3 10<-1>mm, insbesondere weniger als 1 10<-1>mm auf. Der Penetrationswert des bituminösen Materials in einem Strassenbelag nimmt typischerweise mit steigendem Alter ab. In Varianten kann eine Penetration des bituminösen Materials auch mehr als 5 10<-1>mm betragen.
[0114] Das mittels des Verfahrens gewonnene bituminöse Material, welches aus einem Sekundärrohstoff abgetrennt worden ist, wird vorzugsweise für die Herstellung von Asphalt eingesetzt. Sofern der Sekundärrohstoff bereits asphaltiertes Strassenbelagsmaterial umfasst, liegt der Vorteil darin, dass gegebenenfalls Verunreinigungen aus dem bituminösen Material nicht entfernt werden müssen, da solche ohnehin dem Asphalt wieder zugeführt würden. Damit wird eine besonders wirtschaftliche Wiederverwendung von bituminösem Material aus Strassenbelagsmaterial geschaffen. Dem Fachmann sind jedoch auch andere Anwendungen des rezyklierten bituminösen Materials bekannt (siehe oben). Sofern notwendig kann das bituminöse Material dazu auch aufbereitet respektive gereinigt werden.
[0115] Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst im Wesentlichen einen Behälter, in welchen die Flüssigkeit und der Sekundärrohstoff gegeben werden können. Der Behälter kann in einer bevorzugten Ausführungsform zur Behälteröffnung hin eine Verjüngung aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass das aufschwimmende bituminöse Material auf einer geringeren Fläche aufliegt und somit in höherer Konzentration abgeschöpft werden kann. Weiter besteht damit der Vorteil, dass mit einer geringeren Menge Flüssigkeit der Sekundärrohstoff abgedeckt werden kann. Damit kann das Verfahren gesamthaft mit einem geringeren Volumen durchgeführt werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass beim Rühren eine geringere Bewegung der Flüssigkeitsoberfläche erfolgt, womit auch verhindert werden kann, dass das abgetrennte bituminöse Material mit dem Sekundärrohstoff unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt kommt und an diesem wieder anhaftet. In Varianten kann der Behälter auch ohne die Verjüngung auskommen.
[0116] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens einen Schwertwäscher oder eine Archimedesschraube, womit der bitumenhaltige Sekundärrohstoff durch die Flüssigkeit hindurch transportiert und ausgetragen werden kann.
[0117] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0118] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Asphaltschicht; Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine gebrochene Asphaltschicht; Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine gefräste Asphaltschicht; Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch einen Behälter mit einem Gemisch; Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch einen Behälter während des Trennverfahrens; Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch einen Behälter während des Trennverfahrens in grösserem Detail; und Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens.
[0119] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
[0120] Die Figur 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Asphaltschicht 100. Diese umfasst Aggregate 101, welche mehr oder weniger grosse Kieselsteine, Sande 102, Filler 103 und bituminöses Material 104 umfasst. Die Fahrbahn ist auf der Oberfläche 105. Mit zunehmendem Verschleiss werden die Aggregate 101 abgerundet, womit die Strasse rutschig wird und saniert werden muss. Der Strassenbelag wird entweder abgefräst oder abgebrochen.
[0121] Die Figur 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine gebrochene Asphaltschicht. Die Bruchstücke 106 sind relativ gross und umfassen nach wie vor eine Vielzahl an Sandpartikel und mehrere Kieselsteine 102.
[0122] Die Figur 3 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine gefräste Asphaltschicht. Die Partikel des Fräsguts 107 sind weitaus kleiner als diejenige der gebrochenen Asphaltstücke der Figur 2. Ein Partikel 107 umfasst nun noch ein oder wenige Kieselsteine. Der Staubanteil wird durch den Fräsvorgang erhöht, womit typischerweise im Trennverfahren das bituminöse Material mit dem Staub angereichert wird.
[0123] Die Figur 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Behälter mit einem Gemisch. Das Gemisch umfasst eine wässrige Lösung 108 sowie Bruchstücke 106 des Strassenbelags gemäss der Figur 2.
[0124] Die Figur 5 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Behälter während des Trennverfahrens. Die Bruchstücke 106 sind bereits in bituminöses Material und die Matrix aufgelöst. Die Kieselsteine 101 und der Sand 102 sammeln sich am Boden, während sich das von der Matrix gelöste bituminöse Material im Schaum 109 sammelt.
[0125] Die Figur 6 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Behälter während des Trennverfahrens in grösserem Detail. Die Kieselsteine 101 und der Sand 102 sammeln sich während des Verfahrens am Boden des Behälters. Im Behälter ist vorliegend ein Mischer 110 vorgesehen, womit das Gemisch umgewälzt werden kann. Damit kann die Effizienz des Verfahrens gesteigert werden. Mit einem Abschöpfsystem 111, zum Beispiel einem Schlammsauger, wird der sich bildende Schaum und damit das von der Matrix getrennte bituminöse Material, stetig abgeschöpft. Weiter ist unter dem Behälter eine Wärmequelle 112 angeordnet, womit das Gemisch während des Verfahrens erhitzt werden kann. Mit einem Rohr 114 kann ein reaktiver Stoff, insbesondere ein Trennungsmittel wie ein Peroxid derart zugeführt werden, dass dieses direkt zum Asphalt gelangt. Das Peroxid kann somit kontinuierlich oder durch aufeinanderfolgende Zugaben nahe an den Asphalt gebracht werden, womit dieses effektiv zur Trennung des bituminösen Materials von der Matrix eingesetzt werden kann..
[0126] Die Figur 7 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst einen Eintrag für den bitumenhaltigen Sekundärrohstoff 104. Dieser wird über eine Archimedesschraube entlang eines Behälters schräg nach oben, durch die wässrige Lösung 108 hindurch gefördert und schliesslich über einen Überlauf aus dem Behälter ausgetragen. Statt der Archimedesschraube kann auch ein Schwertwäscher eingesetzt werden.
[0127] Nachfolgend sind die zum Trennverfahren durchgeführten Experimente beschrieben. Als Sekundärrohstoff wurde in den folgenden Experimenten jeweils Fräsgut eines Strassenbelags verwendet.
[0128] In einem ersten Versuch wurden 5 g Fräsgut eines Strassenbelags gebrochen und in einem Behälter mit 10 ml Wasserstoffperoxid à 3% versetzt. Der Behälter wurde in einen Wasser enthaltenden Dampfkochtopf gegeben und 5 Minuten gekocht. Im Behälter fand sich auf der Wasserstoffperoxidlösung ein Schaum mit 1 g Trockenmasse, einschliesslich Bitumen und Filler.
[0129] In einem zweiten Versuch mit einer Wasserbadheizung wurde 300 g Fräsgut eines Strassenbelags gebrochen und in ein Becherglas gegeben. Das Fräsgut wurde mit 500 ml einer Wasserstoffperoxidlösung à 3% versetzt. Das Becherglas wurde in einem Wasserbad auf 60 bis 65 °C aufgeheizt. Dabei bildeten sich Blasen, welche das Bitumen an die Oberfläche getragen haben, wo sich ein Schaum gebildet hat. Bei einer Erhöhung auf eine Temperatur von 80 °C war das Verfahren effizienter, bei 95 °C verlief die Trennung während 10 Minuten unter sehr guten Bedingungen, womit eine gute Trennung des bituminösen Materials von der Matrix erreicht wurde.
[0130] In einem dritten Versuch wurden 6.8 kg Fräsgut eines Strassenbelags gebrochen und in einen Behälter gegeben. Das Fräsgut wurde mit Wasser überdeckt. Anschliessend wurde das Gemisch auf 60 °C erhitzt und 100 ml Wasserstoffperoxidlösung à 35 % wurden zugegeben. Das Gemisch wurde gerührt und der Schaum wurde in regelmässigen Abständen abgeschöpft. Nach vier Stunden Abschöpfen und Zugeben von Wasserstoffperoxid (alle 30 Minuten) wurde der Prozess abgebrochen. Die Matrix konnte nahezu vollständig von bituminösem Material befreit werden. Die Matrix wog 4.1 kg und das bituminöse Material wog 1.6 kg. Feine Rückstände im Wasser machten den Rest des Fräsgutes aus. Da der Strassenbelag lediglich rund 6 % bituminöses Material umfasst, sind in den 1.6 kg lediglich rund 400 g bituminöses Material, der Rest dürften Filler, Staub, Bruchstücke etc. sein. Die grosse Menge an feinen Aggregaten ist auf das Brechen des Fräsgutes zurück zu führen.
[0131] In einem vierten Versuch wurde ein Block à 3.8 kg Fräsgut eines Strassenbelags eingesetzt. Dieser wurde in Stücke von 40 bis 80 mm Durchmesser gebrochen. Die Bruckstücke wurden in einem Behälter mit Wasser bedeckt und auf eine Temperatur von 60 °C aufgeheizt. Während 2,5 Stunden wurden kontinuierlich 160 ml Wasserstoffperoxidlösung à 35% zugegeben. Der Schaum wurde regelmässig abgeschöpft. Das Gemisch wurde aufgekocht. Die verbleibende Matrix war bitumenfrei und wog 2.9 kg. Das bituminöse Material wog 0.7 kg, wobei der Filler 165 g ausmachte. Die theoretische Menge an bituminösem Material beträgt 230 g, womit Filler und Staub 228 g ausmachen - rund 6 % der ursprünglichen Menge Fräsgut.
[0132] Diese Experimente haben gezeigt, dass der Brechvorgang den Nachteil aufweisen kann, dass sich Staub im bituminösen Material anreichert. Dadurch, dass Bruchstücke von Strassenbelägen direkt eingesetzt werden, kann somit bituminöses Material mit grösserer Reinheit gewonnen werden.
[0133] In einem fünften Versuch wurde einerseits die Dichte von Wasser erhöht, um den Auftrieb des bituminösen Materials im Wasser zu erhöhen. Bituminöses Material in Strassenbelägen weist typischerweise eine höhere Dichte auf als Wasser, namentlich zwischen 1.01 und 1.05 kg/L. Somit besteht die Gefahr, dass das bituminöse Material nach dem Ablösen aus der Matrix sich am Boden des Behälters sammelt. Durch die Zugabe eines die Dichte erhöhenden Salzes oder einer die Dichte erhöhenden Flüssigkeit, kann diesem Effekt entgegen gewirkt werden. Als Salze können Natriumchlorid, Magnesiumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumcarbonat oder Natriumnitrat vorgesehen sein. Als Flüssigkeit kommt zum Beispiel Glycerin oder dergleichen in Frage. Die Trennung kann auch in reinem Glycerin erfolgen.
[0134] In einem sechsten Versuch wurden 5 kg Fräsgut eines Strassenbelags eingesetzt und mit 7.5 L Wasser ohne Kochsalz versetzt. Das Gemisch wurde auf 95 °C erhitzt und mit einem Schaufelmischer gerührt. Anschliessend wurden alle 15 Minuten jeweils 100 g Natriumbicarbonat in Pulverform zugegeben. Nach 6 Zugaben und 2 Stunden Reaktionszeit wurden 1.3 kg bituminöses Material an der Wasseroberfläche gewonnen. Die 3.7 kg Matrix wurde grösstenteils vom bituminösen Material getrennt. Das Wasser enthielt Schwebstoffe.
[0135] Diese Experimente zeigen, dass das Verfahren mit verschiedenen Substanzen (Bicarbonate, Essigsäure, Peroxyde, Percarbonate, etc) durchgeführt werden kann.
[0136] In einem siebten Versuch wurden 5 kg Fräsgut mit 5 Litern Wasser vermengt und mit einem leistungsstarken Mischer zwei Stunden lang gerieben (Abriebverfahren, siehe oben). Nach zwei Stunden wurden die der Splitt (Kies) untersucht. Der Splitt enthielt etwas Bitumen in den konkaven Bereichen. Der Abrieb enthält den großen Teil Bitumen.
[0137] Nun wurden in 600 ml des obigen Restwassers, das Filler und Sand mit bituminösem Material enthielt, rund 10 gew.% CaCl2gelöst und mit 1 ml 35 gew.% H2O2versetzt und erhitzt. Ein bituminöser Rückstand wurde extrahiert und der Sand und der Filler wurden dekantiert. Nach 24 Stunden stellte dieser Teil 180 ml dar und enthielt kein Bitumen mehr. 200 g Splitt, das ein wenig Bitumen enthielt, wurden wiederum in 600 ml Wasser mit 1 ml H2O2behandelt und erhitzt. Nach der Behandlung war der Splitt von Bitumen gereinigt.
[0138] In einem weiteren Versuch wurden 400 ml des obigen Restwassers, das Filler und Sand mit bituminösem Material enthielt, mit 300 ml Wasser versetzt und in einem Mixer (welche auch zum Mixen von Smoothies eingesetzt werden) gemixt. Durch das Mixen werden viele Luftblasen in der Suspension erzeugt, welche das bituminöse Material in der Form eines Schaums an die Oberfläche tragen. Sand und Filler sedimentieren hingegen aufgrund der höheren Dichte. Das Verfahren funktioniert ohne chemische Zusätze und auch ohne Zusätze zur Erhöhung der Dichte des Wassers.
[0139] Diese Varianten zeigen, dass es möglich ist, verschiedene Techniken (abreiben, fraktionieren usw.) zu kombinieren, um den besten Wirkungsgrad (Effizienz, Reinheit etc.) zu erzielen.
[0140] In einem achten Versuch wurden ungefähr 80 kg Fräsgut in 200 L Wasser bei 90 °C erhitzt und gemischt. Während des Verfahrens wurden 10 ml/min H2O2durch eine Pumpe injiziert. Um die Dichte des Wassers zu erhöhen, wurden 25 kg Natriumcarbonat zugegeben. Nach zwei Stunden Reaktion wurden 10 kg bituminöser Rückstand und 70 kg Mineralstoff gesammelt. Damit wurde gezeigt, dass die Reinigung auch ohne Chloridsalz durchgeführt werden kann.
[0141] In einem neunten Versuch wurden 10 kg Fräsgut in 20 L Wasser und mit Natriumbicarbonat erhitzt. Das bituminöse Material stieg an die Oberfläche, fiel aber wieder ab, da der Dichteunterschied nicht ausreichte, um das bituminöse Material auf der Wasseroberfläche zu halten. Um die Rückstände auf der Wasseroberfläche wiederzugewinnen, wurde ein Kohlendioxidstrom (CO2) am Behälterboden eingeleitet, wodurch das bituminöse Material zur Oberfläche konvektionierte, wo es gesammelt werden konnte. Dieses Experiment zeigt, dass es möglich ist, die bituminösen Rückstände auf der Flüssigkeitsoberfläche zu sammeln, ohne die Dichte des Wassers mit Salz oder Zucker zu erhöhen.
[0142] In einem zehnten Versuch wurde das getrocknete bituminöse Material nachbearbeitet, um das Bitumen von dem Filler und dem Sand zu extrahieren. In der Tat kann der bituminöse Rückstand 25 gew.% bis 33 gew.% Bitumen enthalten, während der Rest kleine Mineralpartikel umfasst. Das bituminöse Material wurde in einem Behälter mit Wasser gegeben und durch starkes Mischen mit einem Mischer nachbearbeitet. Damit trennte sich das Bitumen von dem Fillern und dem Sand. Durch die Zugabe von Salz zum Wasser schwamm das Bitumen auf der Oberfläche auf während der mineralische Teil sedimentierte. Dadurch konnte das Bitumen aufkonzentriert werden.
[0143] Bei den Strassenbelägen haftet das bituminöse Material gewollt besonders stark an den Fillern, an dem Sand und Splitt. Eine Schichtdicke kann mehrere hundert Mikrometer erreichen. Dadurch wird im Verfahren das bituminöse Material Schicht um Schicht von der Matrix abgetragen. Dies wiederum hat zur Folge, dass eine schnelle Zugabe eines reaktiven Stoffes, insbesondere eines Trennungsmittels, zum Beispiel ein Peroxid, folgende Nachteile aufweisen kann:
eine zu heftige Reaktion wird ausgelöst, womit eine grosse Menge Schaum erzeugt wird. Mit den Gasblasen wird damit nicht nur das bituminöse Material, sondern auch viel Sand und Filler nach oben, in den Schaum getragen;
das Peroxid kann auch mit bereits getrenntem bituminösem Material reagieren, womit das bituminöse Material oxidiert wird. Damit wird das Peroxid ineffizient eingesetzt.
[0144] Diese Probleme können mit zwei Massnahmen angegangen werden. Einerseits kann das Peroxid dosiert zugegeben werden, so dass jeweils eine geringe Konzentration vorliegt. Weiter ist es von Vorteil, wenn das Peroxid im Bereich des Sekundärrohstoffes, d. h. im Bereich des Bodens des Behälters zugeführt wird. Dies kann zum Beispiel über ein Tauchrohr erfolgen.
[0145] In diesem fünften Versuch wurden 280 kg Fräsgut eines Strassenbelags eingesetzt und mit 250 L Wasser und 25 kg Kochsalz versetzt. Das Gemisch wurde auf 60 °C erhitzt und mit einem Schaufelmischer gerührt. Anschliessend wurden über ein Tauchrohr jeweils nach 10 Minuten 100 ml Wasserstoffperoxidlösung à 35 % zugegeben. Alternativ kann die Zugabe auch über eine Pumpe kontinuierlich erfolgen. Nach 14 Zugaben von 100 ml Wasserstoffperoxidlösung à 35 % und 2 Stunden Reaktionszeit sowie 1 Stunde Materialsammlung wurden 45 kg bituminöses Material an der Wasseroberfläche gewonnen. Die Matrix wurde grösstenteils vom bituminösen Material getrennt. Das Salzwasser enthielt Schwebstoffe.
[0146] Die Funktionsweise ist nicht vollständig geklärt. Es ist möglich, dass durch das Einbringen der Peroxidlösung ein relativ saurer pH erreicht wird, womit sich Kalkrückstände auflösen und Bikarbonat freigesetzt wird. Das Bikarbonat wirkt wiederum zusammen mit Peroxid als starkes Reinigungsmittel, womit wiederum das bituminöse Material effektiv von der Matrix getrennt werden kann.
[0147] Zusammenfassend ist festzustellen, dass erfindungsgemäss ein Verfahren zum Trennen von bituminösem Material aus einem Sekundärrohstoff geschaffen wird, welches besonders effektiv und mit geringem Aufwand durchgeführt werden kann.
Claims (44)
1. Verfahren zum Trennen von bituminösem Material aus einer Matrix eines bitumenhaltigen Sekundärrohstoffes, umfassend die folgenden Schritte:
– Vermengen des bitumenhaltigen Sekundärrohstoffes mit einer Flüssigkeit, zu einem Gemisch;
– Abtrennen zumindest eines Teils des bituminösen Materials aus der Matrix.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bituminöse Material an einer Flüssigkeitsoberfläche des Gemischs gesammelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bitumenhaltige Sekundärrohstoff bitumenhaltiges Strassenbelagsmaterial, ein aus bitumenhaltigem Strassenbelagsmaterial hergestelltes, insbesondere durch ein mechanisches Aufkonzentrierungsverfahren, besonders bevorzugt durch ein Abriebverfahren hergestelltes bitumenhaltiges Strassenbelagskonzentrat und/oder bitumenhaltige Dachpappe umfasst.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichteunterschied zwischen dem an der Oberfläche auftreibenden bituminösen Material und dem Gemisch durch Zugabe mindestens einer die Dichte beeinflussenden ersten Substanz vergrössert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Wasser ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Dichte beeinflussende erste Substanz eine wasserlösliche erste Substanz, insbesondere eine Lauge oder eine Säure wie zum Beispiel Natronlauge (NaOH) oder ein Salz, vorzugsweise Kochsalz, Magnesiumchlorid, Kalziumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumcarbonat, Natriumnitrat oder eine Mischung davon, oder eine wasserlösliche Flüssigkeit, insbesondere ein wasserlösliches Polyol wie Glyzerin umfasst, welches direkt oder indirekt dem Gemisch zugegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Dichte beeinflussende erste Substanz eine unpolare erste Substanz umfasst, welche eine geringere Dichte aufweist als das bituminöse Material, wobei die unpolare erste Substanz dem bituminösen Material zugegeben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Zugeben mindestens einer zweiten Substanz eine chemische und/oder physikalische Reaktion im Gemisch erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Substanz Natriumhydrogencarbonat und/oder Essigsäure umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Substanz ein Trennungsmittel, insbesondere Wasserstoffperoxid, Sauerstoff, Hydroxidradikale, Perhydroxyl, Hyperoxid, Percarbonate oder einer Kombination der vorstehenden, umfasst.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Substanz Tenside und/oder Ambiphile umfasst.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Substanz mit einem elektrochemischen und/oder chemischen System erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Substanz während des Abtrennens zumindest eines Teils des bituminösen Materials aus der Matrix kontinuierlich oder in mehreren Portionen zugegeben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abtrennens zumindest eines Teils des bituminösen Materials aus der Matrix eine Konzentration der zweiten Substanz bezogen auf ein Gesamtgewicht des Gemischs von höchstens 0.05 gew.% auf höchstens 1.0 gew.%, vorzugsweise von höchstens 0.01 gew.% auf 0.5 gew.% erhöht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konzentrationsänderung der zweiten Substanz bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemischs zwischen 10<-2>und 10<-5>gew.% pro Minute, vorzugsweise zwischen 10<-3>und 10<-4>gew.% pro Minute beträgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Gemisch Gasblasen freigesetzt werden, so dass das bituminöses Material zumindest teilweise an Gasblasen anhaftet und an die Oberfläche des Gemischs auftreibt.
17. Verfahren nach Anspruch 16 und einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasblasen durch die zweite Substanz, insbesondere durch eine chemische Reaktion, erzeugt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasblasen mit einer Pumpe und/oder einem Druckbehälter erzeugt werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasblasen Umgebungsluft, Sauerstoff, Stickstoff und/oder Kohlendioxid umfassen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch erhitzt wird, insbesondere direkt und/oder indirekt, vorzugsweise mit Warmwasser, Heisswasser und/oder Wasserdampf.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch auf eine Temperatur über 50 °C erhitzt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch, insbesondere zur Ertragsmaximierung, mechanisch durchmischt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch mit physikalischen Mitteln, insbesondere durch Schall, Ultraschall und/oder Mikrowellen beaufschlagt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass es diskontinuierlich durchgeführt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Abtrennung des bituminösen Materials die Flüssigkeit, insbesondere das Wasser, zur Wiederverwendung im Verfahren, insbesondere für einen nächsten Batch, aufbereitet wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem oder mehreren Wärmetauschern eine Prozesswärme zurückgewonnen wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das bituminöse Material an der Flüssigkeitsoberfläche, insbesondere in Form eines Schaums, kontinuierlich oder diskontinuierlich abgeschöpft oder abgesaugt wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das bituminöse Material nach der Abtrennung von der Matrix einem weiteren Reinigungsschritt unterzogen wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das bituminöse Material nach der Abtrennung von der Matrix durch Zentrifugieren von Fremdkörpern, insbesondere von Filler und Sand, getrennt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärrohstoff zum Erreichen einer grösseren Trennleistung das Verfahren mehrfach durchläuft.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei Unterdruck durchgeführt wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärrohstoff Splitt, Sand und Filler umfasst.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärrohstoff einen Wassergehalt von weniger als 5 gew. %, vorzugsweise weniger als 1 gew. %, besonders bevorzugt weniger als 0.1 gew. % umfasst.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärrohstoff als Bruchstücke vorliegt, wobei zumindest ein Anteil von 10 gew.%, vorzugsweise mindestens 20 gew. % der Bruchstücke einen minimalen Durchmesser von mehr als 10 mm aufweisen.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 20 gew.%, vorzugsweise mindestens 30 gew.%, insbesondere bevorzugt mindestens 40 gew.% der Matrix eine Korngrösse von mehr als 5 mm aufweisen.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärrohstoff ein oder mehrere der folgenden Komponenten umfasst: Polymere, Armierungsfasern, insbesondere Cellulosefasern und/oder Aramidfasern, Kalkhydrat, Juvenatoren.
37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Kalkhydrat zwischen 0.5 und 3 gew.%, vorzugsweise zwischen 1 und 2 gew.% beträgt.
38. Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Polymeren im bituminösen Material mindestens 2 gew.%, vorzugsweise mindestens 4 gew. %, insbesondere zwischen 5 und 7 gew.% beträgt.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärrohstoff eine Dichte zwischen 1.2 g/cm<3>und 2.6 g/cm<3>, vorzugsweise zwischen 1.4 g/cm<3>und 2.4 g/cm<3>aufweist.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil an VOC respektive VVOC im Sekundärrohstoff kleiner als 0.1 gew. %, vorzugsweise kleiner als 0.01 gew. % und/oder ein Anteil an destillierbaren Erdölbestandteilen im Sekundärrohstoff kleiner als 0.1 gew. %, vorzugsweise kleiner als 0.01 gew. % ist.
41. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass eine kinematische Viskosität des bituminösen Materials höher als 400 mm<2>/s, vorzugsweise höher als 1'000 mm<2>/s liegt.
42. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichte des bituminösen Materials grösser als 1'000 kg/m<3>, vorzugsweise grösser als 1'010 kg/m<3>ist.
43. Verwendung von bituminösem Material, welches aus einem Sekundärrohstoff gemäss einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 42 abgetrennt worden ist, für die Herstellung von Asphalt.
44. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 43.
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