Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neuartiges Verfahren zur
Herstellung von verfestigten Produkten
für die Bauindustrie aus Schlamm, aus Baurestmassen oder einer
Mischung dessen mit anderen mineralischen Abfällen.
Mineralische Abfälle, wie z. B. Bauschutt, Schlacken von Verbrennungsanlagen,
metallurgische Schlacken, Gießereiabfälle, Abfälle der Glasindustrie und der kerami
schen Industrie, Abfälle aus der Herstellung und Verarbeitung von Baustoffen aber
auch mineralische Abfälle aus der industriellen Gewinnung von Steinen und Primär
rohstoffen bestehen überwiegend aus Silikaten, Aluminaten, Karbonaten und
anderen anorganischen Verbindungen. Sie können in praktisch allen Körnungs
bereichen von mehreren Metern bis hinunter in den Bereich von wenigen Mikro
metern anfallen, enthalten meist nur in geringen Anteilen organische Komponenten,
können mit Schadstoffen belastet sein und sind in der Regel, bezogen auf die einzel
nen Partikel, harte Materialien.
In der BRD fallen jährlich weit über hundert Millionen Tonnen dieser Abfälle an. Für
viele Vertreter dieser Gruppe existieren ausgefeilte Verwertung und Nutzungsverfah
ren, doch sind diese Verfahren meist an eng definierte Rahmenbedingungen
geknüpft, so daß nach wie vor große Mengen an mineralischen Abfällen in Teichen
oder Deponien abgelagert werden. Die daraus resultierenden Kosten, evtl. entste
hende Umweltschäden, der Verbrauch an natürlichen Räumen und der Verlust von
prinzipiell verwertbaren Stoffen hat dazu geführt, daß Forschungsanstrengungen
auch in diesem Sektor der Abfallwirtschaft geleistet wurden. Generelles Ziel dieser
Bemühungen ist es, die mineralischen Abfälle zu stofflich verwertbaren "Sekundär
rohstoffen bzw. -baustoffen" umzuwandeln oder zumindest durch eine Immobilisie
rung von zunächst verfügbaren Schadstoffen die Ablagerungsbedingungen des
jeweiligen Abfalls zu verbessern. Alle diese Verfahren verfolgen somit sowohl öko
nomische als auch ökologische Ziele.
Bei der Aufbereitung mineralischer Abfälle wird in der Regel das Material durch
trockene Verfahren nach Störstoffen, Fe-haltigen und NE-haltigen Materialen sortiert,
evtl. zerkleinert und in verschiedene Kornklassen klassiert. Gröbere Kornklassen im
Bereich von wenigen mm bis deutlich über 60 mm können als Zuschlagstoffe bei der
Herstellung von Beton oder als Tragschichtmaterial im Tief- und hier insbesondere im
Straßenbau eingesetzt werden; Kornklassen im Bereich zwischen etwa 100 µm und
etwa 2 mm, können als z. B. Ersatz für Natursande verwendet werden. Das
Feinstkorn unter 100 µm, insbesondere unter 50 µm Korndurchmesser, ist jedoch in
der Regel ein wertloser Abfallstoff, der deponiert werden und hierzu in vielen Fällen
sogar erst in eine deponierfähige Form überführt werden muß.
In einzelnen Anlagen der BRD werden seit kurzem mineralische Abfälle, z. B. aus der
Bauwirtschaft oder auch Müllverbrennungsschlacke, nach einer trockenen
Voraufbereitung naß weiterverarbeitet. Dies führt u. a. zu den gewünschten Effekten,
daß z. B. miteinander verbackene Partikel unterschiedlicher Zusammensetzung ohne
zusätzliche Bildung von Feinstkorn desagglomeriert werden, zerklüftete
Schlackepartikel geringer Kornfestigkeit an ihren Schwächezonen in kleinere, festere
Körner getrennt werden und, daß rauhe Kornoberflächen durch Abreiben von hervor
stehenden Graten und Kanten gerundet werden.
Ein weiterer Vorteil der nassen Aufbereitung ist, daß durch die Verwendung von
Wasser als Transportmedium eine trennschärfere Klassierung stattfindet, als dies mit
trockenen Siebverfahren möglich ist. Dadurch enthält so erzeugter Sekundärbaustoff
weniger unerwünschte Feinstanteile als ein trocken hergestellter Sekundärbaustoff.
Außerdem werden durch das Wasser schwimmfähige Stoffe, bei denen es sich
immer um Verunreinigungen des mineralischen Materials handelt ausgetragen.
Während die gröberen Fraktionen sich auf diese Weise problemlos abtrennen und
entwässern lassen, enthält die Feinstfraktion < 100 µm, deren Kornverteilung dadurch
geprägt ist, daß der überwiegende Anteil der Partikel kleiner 63 µm, insbesondere
kleiner als 20 µm ist, noch große Mengen an Wasser. Dieser Wassergehalt wird
durch Hydrozyklone und Klärtürme weiter verringert. Der Wassergehalt ist dann
jedoch noch so groß, daß der Schlamm noch pumpfähig, jedoch nicht stichfest und
damit nicht auf Bauschuttdeponien o. a. geordneten Deponien ablagerungsfähig ist.
Zudem ist die Transportfähigkeit per Lkw bzw. Container von fließendem Schlamm
wesentlich schlechter als die von stichfestem Schlamm (vgl. DE 196 53 328 A1).
Diese Zugangsvoraussetzung zum Deponieren, d. h. die Stichfestigkeit, könnte erst
durch weitere kostenintensive Verfahren, z. B. Zentrifugenverfahren oder thermische
Verfahren erreicht werden (vgl. DE 197 27 172 A1).
DE 42 06 900 A1 beschreibt ein Verfahren zur Aufarbeitung von Schlammassen,
beispielsweise Hafenschlick, wobei dem Schlamm ein trockenes,
wasserspeicherndes Feststoffgranulat, beispielsweise Porenbeton, zugemischt wird,
welcher das Wasser aus dem Schlamm absorbiert, so daß die entstehende
Mischung eine "mehr oder weniger kleinklumpige Masse" bildet, die über Förder- und
Dosiereinrichtungen dosierbar und verarbeitbar ist. Zur Erhöhung der Rohdichte wird
dieses Produkt weiterhin mit einem Zusatzstoff, beispielsweise Sand- oder
Kreidefüller, versetzt und anschließend diese Mischung durch Zugabe von Zement in
einen sich verfestigenden Baustoff überführt. Durch den Gehalt des Porengranulats
sind solche Produkte nur von geringer Festigkeit und nicht für beliebige
Baustoffzwecke geeignet.
DE 31 13 651 A1 betrifft eine Einrichtung zur Wiederaufbereitung von Restbeton,
wobei unter "Restbeton" ein noch nicht ausgehärteter, durch Auswaschen von
Betonbehältern erhaltener verdünnter Betonschlamm verstanden wird. Eine
entsprechende Wirbelvorrichtung im Bodenbereich der Vorrichtung sorgt dafür, daß
sich die Betonbestandteile nicht absetzen und das Gemisch zusammen mit weiterem
Frischwasser zur Herstellung von Beton in einer Betonmischanlage wiederverwendet
werden kann.
Es Seite sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, mit dem die bei der naß
mechanischen Aufbereitung von mineralischen Abfällen anfallenden Abfallschlämme
einfach und kostengünstig in vermarktbare Sekundärbaustoffe umgewandelt werden
können.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den in den Hauptansprüchen wiedergege
benen Merkmalen und wird durch die Merkmale der Unteransprüche gefördert.
Halbtechnische Versuche haben gezeigt, daß sich ein solcher feinteiliger Schlamm,
welcher Wassergehalte von bis zu 100%, vorzugsweise bis zu 60 oder 70 Masse-%,
aufweist, durch Zusatz von 5-25 Masse-% Zement, bezogen auf den Feststoffgehalt
des Schlamms, und ggf. unter Zusatz von trockenem Sand oder Splitt als Stützkorn
und gegebenenfalls auch unter Zumischung anderer mineralischer Abfälle zu Beton
verfestigen läßt. Ein Teil des Zementes läßt sich vorteilhaft auch durch Zusatz latent-
hydraulischer Bindemittel wie Flugaschen, insbesondere aus der Verbrennung von
Braunkohle, oder Trass ersetzen. Diese können in Mengen von bis zu 45 Masse-%,
vorzugsweise 5-20 Masse-% zugesetzt werden, wobei als Starter 2-10 Masse-%
Zement in der Mischung enthalten sein sollen. Bevorzugt wird Flugasche verwendet,
welche einerseits als Füllstoff und andererseits als Bindemittel dient.
Je nach Festigkeit des erzeugten Betons kann dieser zur Herstellung von Beton-
Formteilen oder auch zu einfachen Betonplatten vergossen werden. Letztere können
auch nachgebrochen und durch zuvor beschriebene trockene Aufbereitungsmetho
den, evtl. ergänzt durch nasse Methoden, in grobkörnige, vermarktbare Sekundär
baustoffe umgewandelt werden.
Der eingesetzte Schlamm kann für diese Verfestigung zu Beton eine hohe Feinheit
aufweisen, d. h. eine Partikelgröße von unter 100 µm, wobei der überwiegende Anteil
der Partikel kleiner als 63 µm und insbesondere unter 20 µm ist und einen Wasser
gehalt von bis zu 100, vorzugsweise 50-80 Masse-%, bezogen auf den Feststoff
gehalt besitzen. Die Partikel sollten überwiegend mineralischer Natur sein und
insbesondere aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, sowie Silikaten und Aluminaten von
überwiegend Calcium, Eisen, Magnesium bestehen. Sie können in mehr oder minder
großem Umfang auch Tone enthalten.
Beispiele mineralischer Abfälle, die nach einer naßmechanischen Aufbereitung für
das oben skizzierte Verfahren geeignet sind, werden entsprechend ihrer Einstufung
in den Europäischen Abfallartenkatalog (EAK) in der folgenden Tabelle genannt:
Der notwendige Wassergehalt wird durch eine entsprechende Teilentwässerung
wasserhaltigerer Schlämme durch beispielsweise Hydrozyklon, durch Absetzen in
entsprechend großen Absetzbecken oder in Klärtürmen entwässert und gegebenen
falls durch Zufügen von trockenem, körnigem Material eingestellt. Sofern das Material
soweit entwässert ist, daß es die für das Abbinden des Zements notwendigen 25-30
Masse-% Wasser nicht mehr enthält, kann eine entsprechende Wassermenge natür
lich auch wieder zugefügt werden.
Der zur Agglomerierung der mineralischen Partikel notwendige Zement wird in einer
Menge von etwa 10 bis 35 Masse-%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Schlamms
zugefügt. Als Zement wird ein Zement mit einer Korngröße von unter 100 µm, vor
zugsweise unter 50 µm und insbesondere unter 20 µm, eingesetzt, wobei bekannte
Zementsorten wie Portlandzement, Eisenportlandzement, Hochofenzement, Trass
zement, Tonerdezement etc. verwendet werden können.
Besonders bevorzugt wird aber ein aus latent hydraulischen Bindemitteln, wie Stein
kohlen- oder Braunkohlenflugasche und Portlandzementklinker hergestelltes Produkt
verwendet, welches in geringeren Mengen bereits eine ausreichende Verfestigung
der im Schlamm enthaltenen Mineralpartikel bewirkt.
Die als Stützkorn zugefügten Sande und sonstigen Zuschlagstoffe sollten den An
forderungen der DIN 42 26 "Zuschlag für Beton (Teil 1) - Zuschlag mit dichtem
Gefüge" entsprechen, damit das aus den geformten Blöcken durch Brechen wieder
gewonnene Material ebenfalls dieser Norm entspricht.
Als solche Stoffe können prinzipiell außer den üblichen Bausanden auch trockene
Vorsiebmaterialien aus Bauschutt entsprechender Körnung, gebrochene Schlacke,
insbesondere Ascheabfälle, Altsplitt aus der Aufbereitung von Streugut, Sand, Rück
stände kommunaler Kläranlagen, verbrauchtes Sandstrahlmaterial etc. zugegeben
werden. Diese Abfälle können auch Schadstoffe enthalten, ohne daß dadurch die
Betonverfestigung negativ beeinflußt wird. In diesen Fällen würde die Betonverfesti
gung zu einer Schadstoff-Fixierung führen bzw. deren Verfügbarkeit herabsetzen.
Durch die Herabsetzung der Eluierbarkeit könnten die Deponieeigenschaften schad
stoffhaltiger, mineralischer Abfälle verbessert werden oder in einzelnen Fällen eine
endgültige Ablagerung erst ermöglicht und genehmigungsfähig werden.
Als Zusatzmittel können übliche Zementabbindebeschleuniger oder -verzögerer,
Quellmittel, Dispergiermittel etc. zugegeben werden.
Soweit es sich bei den Zuschlagstoffen und Zusatzmitteln nicht ebenfalls um Abfälle
handelt, deren Wiederverwertung erwünscht ist, sollten diese Produkte aus wirt
schaftlichen Gründen, da die eigentliche Aufgabe der Erfindung die Verfestigung des
Schlammes betrifft, nicht in zu großer Menge enthalten sein. Zuschlagstoffe sind
dabei in Mengen von 5-50 Masse-% und Zusatzmittel in Mengen von 0,1-10
Masse-% sinnvoll.
Die Verfestigung des Schlammes erfolgt dadurch, daß man Zement und sonstige
Hilfsstoffe in den Schlamm einrührt oder mit entsprechenden Mischaggregaten, z. B.
Tellermischer, vermischt und die fertige Mischung entweder in großen Platten oder in
entsprechenden Formen erstarren läßt und gegebenenfalls an der Luft nachtrocknet.
Das verfestigte Material wird anschließend, gegebenenfalls nach grober Zerkleine
rung, in entsprechenden Bauschuttaufbereitungsanlagen trocken, bzw. evtl.
anschließend auch naß aufbereitet. Es kann gegebenenfalls auch zusammen mit
normalem Bauschutt verarbeitet, d. h. zerkleinert, klassiert und in üblicher Weise als
Bauzuschlagstoff zur Herstellung von Mörtel oder Beton anstelle des sonst benötig
ten Sandes oder Kieses eingesetzt werden.
Soweit mit dem oben beschrieben Verfahren ein Beton hergestellt werden kann, des
sen Festigkeit bei B 25 oder darüber liegt, dann kann dieser Beton auch zur Herstel
lung von Formteilen verwendet werden. Dies können L-Steine, Pflastersteine unter
schiedlicher Größe und Form oder andere Formteile sein.
Beispiel
Folgende Stoffe wurden für ihren erfindungsgemäßen Einsatz untersucht.
- 1. Schlamm aus der nassen Aufbereitung von Bauschutt. Wassergehalt
70 Masse-%, Kornverteilung (Masse-%) 90% < 63 µm, 50% < 20 µm,
- 2. Portlandzement, Korngröße < 20 µm,
- 3. Braunkohlenflugasche, Körnung < 10 µm,
- 4. Bausand, Körnung 2,0-0,01 mm,
- 5. naß gemahlene Schlacke, Körnung 2,0-0,01 mm, Wassergehalt 20 Masse-%.
Die Komponenten wurden in den in der Tabelle angegebenen Mengen in einem
Zementmischer 15 min. gemischt, wobei eine Zugabe von Wasser nicht erforderlich
ist und danach zu 5 cm dicken Platten vergossen. In allen Versuchen wurden nach
einer Aushärtung von 3 Tagen einwandfreie feste Bauplatten erhalten.