DE10021792C2 - Process for the manufacture of solidified products for the building industry - Google Patents
Process for the manufacture of solidified products for the building industryInfo
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Description
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.The present invention relates to a novel method for Manufacture of solidified products for the construction industry from sludge, from construction waste or one Mixing it with other mineral waste.
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.Mineral waste, such as B. rubble, slag from incinerators, metallurgical slag, foundry waste, waste from the glass industry and kerami industry, waste from the manufacture and processing of building materials also mineral waste from the industrial extraction of stones and primary raw materials mainly consist of silicates, aluminates, carbonates and other inorganic compounds. They can come in practically all grits ranges from several meters down to the range of a few micro meters, usually only contain small amounts of organic components, can be contaminated with pollutants and are usually based on the individual particles, hard materials.
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.In the FRG, well over a hundred million tons of this waste are generated annually. For many representatives of this group have sophisticated recycling and usage procedures but these processes are mostly based on narrowly defined framework conditions knotted, so that still large amounts of mineral waste in ponds or landfills. The resulting costs, possibly incurred environmental damage, the consumption of natural spaces and the loss of principally recyclable materials has led to research efforts in this sector of waste management. General goal of this Efforts are being made to turn the mineral waste into recyclable "secondary raw materials or building materials "or at least by immobilization of initially available pollutants, the deposition conditions of the to improve the respective waste. All of these processes thus pursue both eco Nominal as well as ecological goals.
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.When processing mineral waste, the material is usually removed dry processes sorted according to contaminants, Fe-containing and NE-containing materials, possibly crushed and classified into different grain classes. Coarser grain classes in A range of a few mm to well over 60 mm can be used as additives in the Production of concrete or as a base layer material in deep and especially in Road construction can be used; Grain classes in the range between about 100 µm and about 2 mm, can as z. B. Substitute for natural sands can be used. The The finest grain size below 100 µm, especially below 50 µm grain diameter, is in usually a worthless waste that is dumped and in many cases even has to be converted into a form that can be deposited.
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. Mineral waste, e.g. B. from the Construction industry or waste incineration slag, after a dry Pre-processing wet processed. This leads u. a. to the desired effects, that z. B. caked together particles of different composition without additional formation of very fine particles can be deagglomerated, jagged Slag particles of low grain strength at their weak zones in smaller, firmer ones Grains are separated and that rough grain surfaces emerge by rubbing off standing ridges and edges are rounded.
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.Another advantage of wet processing is that by using Water as a transport medium is classified more clearly than with dry screening process is possible. The secondary building material thus produced contains less undesirable fines than a dry-made secondary building material. In addition, the water creates buoyant substances that are always deals with impurities in the mineral material.
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).While the coarser fractions separate easily and in this way Allow to drain, the fine fraction contains <100 µm, the particle size distribution is characterized in that the majority of the particles smaller than 63 microns, in particular is smaller than 20 µm, still large amounts of water. This water content will further reduced by hydrocyclones and sewage towers. The water content is then however still so large that the sludge is still pumpable, but not puncture resistant not on landfill or the like orderly landfill is capable of being deposited. In addition, the transportability by truck or container of flowing sludge much worse than that of puncture-resistant sludge (cf. 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).This access requirement for depositing, i.e. H. the puncture resistance, could only through further cost-intensive processes, e.g. B. centrifuge or thermal Process can be achieved (see. 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 42 06 900 A1 describes a method for processing sludge masses, for example harbor silt, where the sludge has a dry, water-storing solid granules, for example aerated concrete, are added, which absorbs the water from the mud, so that the resulting Mixture forms a "more or less lumpy mass", which is about conveying and Metering devices can be metered and processed. To increase the bulk density this product continues with an additive, such as sand or Chalk filler, and then mix this by adding cement in transferred a solidifying building material. By the content of the pore granules such products are of low strength and not for any Suitable for building materials.
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.DE 31 13 651 A1 relates to a device for reprocessing residual concrete, under "residual concrete" a not yet hardened, by washing out Diluted concrete sludge obtained in concrete containers is understood. A appropriate vortex device in the bottom area of the device ensures that the concrete components do not settle and the mixture together with other Fresh water for the production of concrete reused in a concrete mixing plant can be.
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. It is therefore the task of finding a method by which the wet mechanical treatment of mineral sludge easily and inexpensively converted into marketable secondary building materials can.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den in den Hauptansprüchen wiedergege benen Merkmalen und wird durch die Merkmale der Unteransprüche gefördert.The solution to this problem is achieved with the in the main claims benen features and is promoted by the features of the subclaims.
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.Semi-technical tests have shown that such a finely divided sludge, which water contents of up to 100%, preferably up to 60 or 70% by mass, has, by adding 5-25 mass% cement, based on the solids content of the sludge, and if necessary with the addition of dry sand or grit as a supporting grain and possibly also with the addition of other mineral waste to concrete can solidify. Part of the cement can also be advantageously added by adding latent hydraulic binders such as fly ash, especially from the combustion of Replace brown coal or trass. These can be used in amounts of up to 45% by mass. preferably 5-20% by mass are added, with 2-10% by mass as starter Cement should be included in the mixture. Fly ash is preferably used which serves on the one hand as a filler and on the other hand as a binder.
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.Depending on the strength of the concrete produced, it can be used to manufacture concrete Molded parts or also to be poured into simple concrete slabs. The latter can also broken up and by previously described dry processing method the, possibly supplemented by wet methods, in coarse-grained, marketable secondary building materials to be converted.
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.The sludge used can be very fine for this consolidation to concrete have d. H. a particle size of less than 100 microns, the majority the particle is smaller than 63 µm and in particular less than 20 µm and a water content of up to 100, preferably 50-80 mass%, based on the solid to have content. The particles should be predominantly mineral in nature and in particular from silicon dioxide, aluminum oxide, and silicates and aluminates from predominantly calcium, iron, magnesium exist. You can in more or less to a large extent also contain clays.
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:
Examples of mineral wastes that are suitable for the process outlined above after wet mechanical processing are listed in the following table according to their classification in the European Waste Type Catalog (EWC):
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.The necessary water content is achieved through appropriate partial drainage more water-containing sludges, for example by hydrocyclone, by settling in appropriately sized sedimentation tanks or in sewage towers and given if adjusted by adding dry, granular material. Unless the material is so far drained that it is 25-30 necessary for the setting of the cement % By mass of water no longer contains a corresponding amount of water Lich be added again.
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.The cement required for agglomeration of the mineral particles is in one Amount of about 10 to 35% by mass based on the solids content of the sludge added. A cement with a grain size of less than 100 µm is used as the cement preferably less than 50 microns, and in particular less than 20 microns, used, known Cement types such as Portland cement, iron Portland cement, blast furnace cement, trass cement, alumina cement, etc. can be used.
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.However, a latent hydraulic binder such as stone is particularly preferred product made from coal or lignite fly ash and Portland cement clinker used, which already has sufficient consolidation in smaller quantities of the mineral particles contained in the sludge.
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.The sands and other additives added as a support grain should meet the requirements requirements of DIN 42 26 "surcharge for concrete (part 1) - surcharge with dense Structure "so that it is broken out of the molded blocks again material obtained also complies with this standard.
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.In principle, such substances can be dry as well as the usual building sands Screening materials made from building rubble with the appropriate grain size, broken slag, in particular ash waste, old chippings from the treatment of grit, sand, re stands of municipal sewage treatment plants, used sandblasting material etc. added become. These wastes can also contain pollutants without the Concrete consolidation is adversely affected. In these cases, the concrete consolidation lead to a fixation of pollutants or reduce their availability. The landfill properties could be harmed by reducing the eluability mineral waste containing substances or, in individual cases, a final storage is only possible and can be approved.
Als Zusatzmittel können übliche Zementabbindebeschleuniger oder -verzögerer, Quellmittel, Dispergiermittel etc. zugegeben werden.Common cement setting accelerators or retarders, Swelling agents, dispersants, etc. are added.
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.As far as the aggregates and additives are not also waste trades whose recycling is desired, these products should be economic reasons, since the real object of the invention is the solidification of Mud affects not to be contained in too large an amount. Are aggregates thereby in amounts of 5-50% by mass and additives in amounts of 0.1-10 % By mass makes sense.
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.The sludge is solidified by cement and other Auxiliary substances are stirred into the sludge or with appropriate mixing units, e.g. B. Plate mixer, mixed and the finished mixture either in large plates or in appropriate forms can solidify and optionally air-dried.
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.The solidified material is then, if necessary after coarse crushing tion, dry in appropriate rubble treatment plants, or possibly then also processed wet. It can also be used together with normal rubble processed, d. H. crushed, classified and in the usual way as Building aggregate for the production of mortar or concrete instead of the otherwise required ten sand or gravel can be used.
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.Insofar as a concrete can be produced with the method described above, the If the strength is B 25 or above, this concrete can also be used to manufacture tion of molded parts can be used. This can be L-stones, paving stones under different size and shape or other molded parts.
Folgende Stoffe wurden für ihren erfindungsgemäßen Einsatz untersucht.The following substances were examined for their use according to the invention.
- 1. Schlamm aus der nassen Aufbereitung von Bauschutt. Wassergehalt 70 Masse-%, Kornverteilung (Masse-%) 90% < 63 µm, 50% < 20 µm,1. Sludge from the wet processing of rubble. water content 70% by mass, particle size distribution (% by mass) 90% <63 µm, 50% <20 µm,
- 2. Portlandzement, Korngröße < 20 µm,2. Portland cement, grain size <20 µm,
- 3. Braunkohlenflugasche, Körnung < 10 µm,3. brown coal fly ash, grain size <10 µm,
- 4. Bausand, Körnung 2,0-0,01 mm,4. Construction sand, grain size 2.0-0.01 mm,
- 5. naß gemahlene Schlacke, Körnung 2,0-0,01 mm, Wassergehalt 20 Masse-%.5. wet ground slag, grain size 2.0-0.01 mm, water content 20% by mass.
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.The components were in the amounts given in the table in one Cement mixer 15 min. mixed, with the addition of water not necessary and then cast into 5 cm thick plates. In all trials, After a hardening of 3 days, perfect solid building boards are obtained.
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