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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
insbesondere verdichtungsfähigen Schlackegranulats, insbesondere
aus Abfallverbrennungsschlacke.
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Stand der Technik:
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Der
Begriff der Schlacke wird sowohl in der Geologie als auch in der
Technik verwendet. In der folgenden Beschreibung wird ohne weitere
Bezugnahme von der technischen Schlacke und zwar her insbesondere von
Schlacke, die aus der Müllverbrennung stammt, gesprochen.
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Es
ist bekannt, dass Schlacke aus Abfallverbrennungsanlagen im Allgemeinen
in Abhängigkeit von Abfallzusammensetzung, Feuerungsbedingungen
und Austragsart unterschiedliche Eigenschaften und Zusammensetzungen
aufweist (Aschen aus der Müllverbrennung – Baustoff
auf Deponien oder Abfall zur Ablagerung?/Bayerisches Landesamt für
Umweltschutz/Seite 2). Demnach ist Schlacke ein Gemenge mit schwankender
Verteilung aus:
- • Asche,
- • gesinterten fein- und grobkörnigen Verbrennungsprodukten,
- • inerten Abfallinhaltsstoffen wie Glas, Keramik und
Steine,
- • Metallen und
- • organischem Material.
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Die
Weiterverarbeitung der Schlacke aus einer Abfallverbrennungsanlage
wird national und teilweise regional sehr unterschiedlich verfolgt.
Ein vielleicht einfacher aber in mancher Hinsicht fragwürdiger
Weg ist die Deponierung der Schlacke. Alternativ hierzu existiert
der Weg der Aufbereitung der Schlacke zu verwertbaren Baustoffen.
Absatzmärkte gibt es beispielsweise im Straßen-
und Wegebau, wo das Recyclingmaterial Schlacke zum Beispiel als
Tragschicht insbesondere unter einer wasserundurchlässigen
Deckschicht eingesetzt wird. Unterhalb der Deck- und Tragschichten
befindet sich zumeist eine Frostschutzschicht, die aufgrund der
guten Drainagewirkung von Schlacke ebenfalls aus dieser, zumindest
anteilig, bestehen kann. Alternativ wird die Schlacke als Bodenbefestigung
mit Zement oder auch als Ersatzbaustoff für Magerbeton
eingesetzt (Merkblatt für den Einbau von emvau-mix/SBH
Spezial-Beton Hamburg GmbH/Seite 1). Allen Anwendungsgebieten gemeinsam
ist, dass die aufbereitete Schlacke die Anforderungen und Richtlinien
zum Einsatz als Baumaterial sowie umweltrelevanten Bedingungen (bisher
festgehalten in den Mitteilungen der Länderarbeitsgemeinschaft
Abfall z. B. LAGA 20) erfüllen muss.
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Die
wesentlichen bauphysikalischen Anforderungen, auch an die durch
Schlacke zu substituierenden Baumaterialien sind entsprechend ihrem
Einsatzzweck und Regelwerk die folgenden:
- a)
Widerstand gegen Frost-Tau-Wechsel,
- b) Widerstand gegen Schlag,
- c) bestimmter Wassergehalt,
- d) bestimmte Proctordichte,
- e) bestimmte Rohdichte,
- f) bestimmter Höchstanteil chemischer Substanzen (selektiv),
- g) bestimmte Siebkennlinie/Korngrößenverteilung
und
- h) Raumbeständigkeit.
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Die
Anforderungen a) und b) sind auf den trivialen Zusammenhang zurückzuführen,
dass ein im Außenbereich eingesetzter Baustoff verschiedensten
Witterungen sowie mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.
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Der
Wassergehalt c), die Proctordichte d) sowie die Rohdichte e) sind
insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Baustoff mit anderen Baumaterialen
in Verbindung kommt oder sogar eine Verbindung eingehen soll.
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Entsprechend
der Anforderung f) dürfen Baustoffe sowohl im gewerblichen
als auch im privaten Bereich ausgewählte Chemikalien nur
innerhalb gesetzlicher Grenzen enthalten. Dieses gilt insbesondere
für Chemikalien, die leicht emittieren oder sich bei Flüssigkeitskontakt
lösen und/oder des Grundwasser verunreinigen können.
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Die
Korngrößenverteilung g) eines Baustoffs bestimmt
maßgeblich die Fähigkeit zum Einsatz im Straßenbau.
Baustoffe die hier verwendet werden, müssen sich gut verarbeiten
und verdichten lassen. Die Möglichkeit, ein Granulat wie
Sand, oder ein Gemenge aus Steinen und Kies zu verdichten, hängt
von seinen Korngrößenverteilungen ab. Würden
beispielsweise für eine Tragschicht im Straßenbau
nur großkörnige Steine verwendet, entständen
zwischen den Steinen Lücken, die sich mit fortlaufender
Zeit und Belastung verschieben würden. Die Folge wäre
die schnelle Abnutzung oder sogar vorzeitige Zerstörung
der Straßen. Das andere Extrem, die ausschließliche
Verwendung von sehr kleinkörnigem Granulat zur Herstellung
einer Tragschicht im Straßenbau, führt oftmals
auch nicht zu dem gewünschten Erfolg, da das feine Granulat
bei hoher Belastung nachgibt. Beide soeben genannten Beispiele zeigen
sehr deutlich, dass die Auswahl einer geeigneten Korngrößenverteilung
eines Baustoffs, insbesondere bei einer angestrebten längerfristigen
Nutzung, sorgsam zu wählen ist. In der Praxis bewährt
und beispielsweise durch die „Technischen Lieferbedingungen
für Gesteinskörnungen im Straßenbau"
(TL Gestein-StB herausgegeben von der Forschungsgesellschaft für
Straßen- und Verkehrswesen) festgehalten, werden im Straßenbau
Granulate verwendet, die je nach Einsatzzweck eine passend definierte
Siebkennlinie aufweisen und an die typischen Belastungen im Straßenbau
beziehungsweise an die bauphysikalischen Kennwerte angepasst sind.
Die Siebkennlinie beschreibt im Allgemeinen den Siebdurchlass in
Massenprozent gegenüber der Maschenweite. Ein Granulat,
das eine solche Siebkennlinie erfüllt, ist in der Regel
verdichtungsfähig, dadurch tragfähig und so auch
für den Straßenbau zumindest theoretisch geeignet.
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Die
Anforderung h), also die Raumbeständigkeit, bezieht sich
auf nicht inerte Baumaterialien, die möglicherweise nach
ihrem zweckbestimmten Verbau noch chemische Reaktionen ausführen
können und aufgrund dieser Reaktionen ihr Volumen ändern.
Im Allgemeinen sind diese Volumenänderungen sowohl in positiver
als auch in negativer Richtung nachteilig gegenüber raumbeständigen
Materialien, da der Einsatz von raumbeständigen Materialien
wesentlich einfacher, planbarer und folglich auch wirtschaftlich
günstiger ist.
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Übliche
Standardverfahren zur Aufbereitung von Müllverbrennungsschlacke,
in denen die Schlacke zumeist durch Siebung in zwei Anteile (und
zwar üblicherweise größer und kleiner
gleich 32 mm Durchmesser) aufgeteilt wird, erfüllen die
Anforderungen a) bis f).
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In
der Praxis werden die Schlackeprodukte bekanntlich mindestens drei
Monate gelagert, mit dem Ziel die Anforderung h), also die Raumbeständigkeit,
zu erreichen. Dieser Zeitraum muss zumeist voll ausgeschöpft
werden, um noch aktive Carbonatisierungs- und Sulfatreaktionen und
die hiermit verbundenen Volumenänderungen der Schlacke
abzuwarten. Sind die Reaktionen abgeschlossen, kann von einer inerten
und in Folge dessen raumbeständigen Schlacke ausgegangen
werden. Aus dem Stand der Technik sind derzeit keine Verfahren oder
Prinzipien bekannt, die offenlegen oder es dem Fachmann ersichtlich
erscheinen lassen, wie das Zeiterfordernis bis zum Erreichen der
Raumbeständigkeit verringert oder sogar vermieden werden
kann.
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Aus
wirtschaftlicher Sicht ist der hohe Lagerungsaufwand sehr nachteilig.
Fallen in einer Müllverbrennungsanlage an einem Tag beispielsweise
200 Tonnen Schlacke an, so ist zur Aufbereitung der Schlacke bei einer
dreimonatigen Lagerung ein Lagervolumen von ca. 18000 Tonnen bereitzustellen.
Lagervolumen zur Disposition und zur Zwischenlagerung bei Absatzschwierigkeiten
sind hierbei noch nicht berücksichtigt.
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Um
die ausreichend gelagerte und damit inerte Schlacke direkt als Baumaterial
zu verwenden, fehlt der nach dem bekannten Stand der Technik aufbereiteten
Schlacke zusätzlich noch für bestimmte Anwendungsbereiche
wie den Straßenbau die Erfüllung des Merkmals
g), also der Korngrößenverteilung gemäß bestimmter
Siebkennlinie. Durch das Standardverfahren zur Schlackeaufbereitung,
in dem die Schlacke durch Siebung in zwei Größenordungen
aufgeteilt wird (größer beziehungsweise kleiner/gleich
einem Korndurchmesser von ca. 32 mm), wird eine entsprechende Siebkennlinie
zumindest unmittelbar nicht erfüllt. Hier insbesondere
durch entsprechende Einflussnahme beim Brechen des Überkorns
(größer 32 mm) und durch bestimmte Möglichkeiten
der Einflussnahme auf den Verbrennungsablauf offenbaren sich aber
zusätzliche Möglichkeiten zur Einstellung von
unterschiedlichen Siebkennlinien.
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Problemstellung:
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Aus
dem Stand der Technik geht kein Verfahren zum Recycling von Müllverbrennungsschlacke
hervor, das unmittelbar nach der mechanischen Aufbereitung (Brechen,
Sieben, Metallabscheidung) sowohl wirtschaftlich attraktiv ist als
auch die Anforderungen aus dem Baubereich erfüllt. Endprodukte
bekannter Verfahren, also die herkömmlich aufbereiteten
Schlacken, erfüllen nicht das Erfordernis der Raumbeständigkeit.
Resultierend muss eine kostspielige und zeitaufwendige Lagerung
der Schlacke in Kauf genommen werden, bis die Schlacke genügend
reaktionsträge ist.
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Aufgabe:
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schlacke, insbesondere
aus einer Müllverbrennungsanlage, mindestens ohne zeitaufwendige
Lagerung als alternativen Baustoff zur Verfügung zu stellen.
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Lösung:
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Diese
Aufgabe wird von einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Hauptanspruch:
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Erfindungsgemäß wird
Abfallverbrennungsschlacke zur Herstellung eines verdichtungsfähigen
Schlackegranulats gewaschen. Der Feinkornanteil der Schlacke mit
einem Korndurchmesser kleiner als 0,1 mm wird durch die Wäsche
mit einem Waschwasser ausgewaschen und suspendiert, wobei sich durch
diesen Vorgang der Feinkornanteil um mindestens 50%, insbesondere
um 75% bis 95% – vorzugsweise um mindestens 90% – reduziert
(Reduzierungsquote). Die Restmengen des nicht ausgewaschenen Feinkornanteils
der Schlacke wirken positiv auf die Verdichtungsfähigkeit
des gewaschenen Schlackegranulats.
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Vorzugsweise
wird der übrige Kornanteil der Schlacke (= 0,1 mm) im Wesentlichen
unverändert gelassen – oder zumindest in dem Bereich
von noch relativ feiner Körnung (0,1 mm bis 2,0 mm) mindestens
soweit unverändert gelassen, dass mindestens eine gute
Verdichtungsfähigkeit der Schlacke erhalten bleibt.
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Um
das Resultat der Raumbeständigkeit, dass sich äußerst
vorteilhaft durch die erfindungsgemäße Wäsche
der Schlacke auch ohne Zwischenlagerung ergibt, zu verdeutlichen,
wird im Folgenden der Zusammenhang zwischen der mineralogischen
Phasenzusammensetzung der Schlacke und der durch die Wäsche verhinderten
chemischen und zugleich Raum verändernden Reaktionen dargelegt.
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Der
Feinkornanteil der Schlacke mit einem Korndurchmesser von kleiner
als 0,1 mm weist im Allgemeinen und belegt durch Versuchsreihen
eine höhere Konzentration an Sulfaten und Carbonaten auf.
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Kommt
Schlacke aus Müllverbrennungsanlagen dann in Kontakt mit
Luft, also auch in Kontakt mit Kohlendioxid, wird das in der Schlacke
vorhandene Portlandit mit dem Kohlendioxid der Luft gemäß der
Carbonatisierungsreaktion (Gl. 1) zu Calcit und Wasser umgewandelt.
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Das
Wasser aus dem Reaktionsprodukt gemäß Gleichung
(Gl. 1) sowie bereits vorher vorhandenes Wasser stellt eine Grundlage
für weitere Sulfatreaktionen dar. Im Folgenden werden deshalb
die im Wesentlichen für eine Volumenveränderung
verantwortlichen chemischen Reaktionen aufgezeigt, die ebenfalls
durch die Wäsche der Schlacke annähernd vollständig
verhindert werden. Das Wasser kann bei ungereinigter oder nur ungenügend
gereinigter Schlacke mit dem in dem Feinanteil vorhandenen Sulfat,
insbesondere Calciumsulfat, eine Verbindung gemäß der
Sulfatreaktion (Gl. 2) eingehen, so dass sich hieraus Gips beziehungsweise Bassanit
ergibt.
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Eine
weitere Volumenzunahme wird durch die dritte Reaktion (Gl. 3) hervorgerufen.
Calciumaluminat, welches oftmals Bestandteil einer ungereinigten
oder ungenügend gereinigten Schlacke aus einer Müllverbrennungsanlage
ist, reagiert mit dem sulfatreichen Wasser zu Ettringit.
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Gemäß den
Gleichungen (Gl. 1) bis (Gl. 3) verursachen zumeist alle Reaktionen
bei einer ungereinigten oder nur ungenügend gereinigten
Schlacke eine Volumenzunahme. Durch die gezielte Abtrennung des Feinkornanteils
mit einem Korndurchmesser von kleiner als 0,1 mm wird sichergestellt,
dass die für die Volumenzunahme verantwortlichen Reaktionen
gemäß den Gleichungen (Gl. 1) bis (Gl. 3) nicht
oder zumeist nur in geringem Umfang stattfinden. Das Endprodukt
der Wäsche ist somit ausreichend raumbeständig
und kann ohne Nachlagerung in den zugelassenen Baubereichen eingesetzt
werden.
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Unteransprüche:
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Bevorzugt
ist, eine Trennung des Feinkornanteils der Schlacke und deren restlichen
Anteil beim Waschen durchzuführen und zwar insbesondere
indem die sich beim Waschen bildende Suspension aus Feinkornanteil
und Waschwasser abgeführt wird.
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Entnommene
Wasseranteile können insbesondere durch Frischwasser wieder
ersetzt werden.
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Um
zu erreichen, dass die Schlacke sowohl von dem erfindungsgemäß bestimmten
Feinkornanteil befreit wird, als auch eine gewünschte Korngrößenverteilung
aufweist, kann der Waschprozess vorzugsweise in Abhängigkeit
von Prozessgrößen und/oder -parametern durch Veränderung
der Flüssigkeitszufuhr, der Schlackezufuhr und/oder durch
Veränderung anderer Prozessparameter und/oder -größen
geregelt und/oder gesteuert werden. Ein besonders vorteilhafter
Kompromiss zwischen Aufwand und Ergebnis kann erreicht werden, wenn
der Waschprozess vorzugsweise ausschließlich durch die
Veränderung der Flüssigkeitszufuhr gesteuert und/oder
geregelt wird, mit dem Ziel, den Feinkomanteil entsprechend den
Merkmalen des Anspruch 1 zu reduzieren.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere zur Beschleunigung
des Waschprozesses und/oder um die Homogenität der Suspension
aus Schlacke und Waschwasser zu erhöhen, kann das Waschen
hydrodynamisch und/oder mechanisch unterstützt sein. Ausführungsformen
können die Schwertwäsche, die Setzwäsche,
insbesondere die Vertikalsetzwäsche und/oder die Schneckenwäsche
sein. Die mechanischen Ausführungsformen können
in mehreren, vorzugsweise in aufeinander folgenden Prozessschritten Anwendung
finden, in denen das Waschen jeweils im Gleichstrom und/oder Gegenstromverfahren
ausführbar ist.
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Alternativ
zu einer kontinuierlichen Wäsche oder in Kombination mit
dieser kann der Waschprozess auch diskontinuierliche Abschnitte
aufweisen. Ruhebecken, in denen eine quasistationäre Bewegung
vorherrscht, können einen Beitrag zur Trennung des Feinkornanteils
von dem Hauptkornanteil der Schlacke leisten.
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Zusätze
im Waschwasser des Waschprozesse können für eine
chemische Fällung, insbesondere zur Fällung von
Schwermetallen wie beispielsweise Kupfer, Blei, Zink, Zinn, Nickel
oder Cadmium, vorteilhaft genutzt werden.
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Je
nach Phasenzusammensetzung der Schlacke, vorzugsweise in relativer
Abhängigkeit der Sulfat- und Carbonatanteile, ist es vorteilhaft,
je Kilogramm Schlacke zwischen 2 Liter und 4 Liter, vorzugsweise
3 Liter Waschwasser zu verwenden beziehungsweise dem Waschprozess
zuzuführen. Waschwasser, welches aus dem Waschprozess austritt,
kann vorzugsweise nach einer Wiederaufbereitung für andere
Prozessschritte, insbesondere zur Abgasreinigung, verwendet werden
oder dem Vorfluter zugeführt werden.
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Die
Anwendung der erfindungsgemäßen Schlackewäsche
ist insbesondere auch dann vorteilhaft, wenn der Hauptkornanteil
einen sekundären Glasanteil aufweist. Glas, welches im
Allgemeinen einen anderen Lichtberechungsindex als die Schlacke
selbst aufweist, kann durch ein optisches Verfahren erkannt und/oder abgetrennt
werden. Die Anwendung dieser Verfahren setzt allerdings zunächst
ganz allgemein voraus, dass ein Lichtstrahl auf das Glas treffen
kann – und reflektiert oder gebrochen wird, um das Glas
optisch erkennbar zu machen – und bezogen auf den vorliegenden
Fall, dass der Feinanteil der Schlacke das Glas nicht abdeckt und
nicht für Licht undurchlässig macht. Durch die
erfindungsgemäße Wäsche kann die an dem
Glas anhaftende Schlacke im Wesentlichen in das Waschwasser suspendieren,
so dass die Durchsichtigkeit für Licht wieder herstellbar
ist und in diesem Zusammenhang ein optisches Verfahren zur Abtrennung
anwendbar wird.
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Bevorzugt
ist dabei, den gewaschenen Hauptkornanteil im freien Fall mit Licht
zu beleuchten. Die unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit
der Schlacke und des Glases erlauben es, die sich im freien Fall
befindenden Glasanteile zu erkennen und deren Flugbahn und/oder
Fluggeschwindigkeit zu berechnen. So ist es möglich, die
Glasteile insbesondere im freien Fall pneumatisch, vorzugsweise
durch eine ansteuerbare Luftdüsenanordnung, durch Luftimpulse
von der Schlacke zu trennen.
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Entsprechend
den Einsatzgebieten, kann die Schlacke, insbesondere welche nicht
die Korngrößenverteilung einer gegebenen Siebkennlinie
aufweist, in mindestens einem separaten und/oder integrierten, möglicherweise
folgenden Prozessschritt in verschiedene Korngrößen
insbesondere durch Siebung in Einzelfraktionen aufgeteilt werden,
um daraus möglicherweise die Einzelfraktionen direkt zu
vermarkten oder vorzugsweise durch Wägung von Einzelfraktionen
der gewaschenen Schlacke Gemische mit bestimmten Siebkennlinien
für unterschiedliche Anforderungen herzustellen.
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Figuren:
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Diese
und weitere Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen betreffende Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung weiter beschrieben.
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1 zeigt
schematisch einen grundlegenden Verfahrensablauf zur Schlackewäsche
und
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2 zeigt
schematisch einen bevorzugten Verfahrensablauf zur Schlackewäsche
und
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3 zeigt
beispielhaft die Siebkennlinie eines erfindungsgemäß hergestellten
Schlackegranulats zur Substitution von Baustoffen wie „Kies
und Schotterschichten 0/32" gemäß den technischen
Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Schichten
ohne Bindemittel im Straßenbau – ZTV SoB-StB 04.
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1 stellt
schematisch einen möglichen erfindungsgemäßen
Verfahrensablauf dar. Schlacke aus einer Müllverbrennungsanlage
sowie Wasser, welches in den Waschprozess eintritt, werden der Wäsche
zugeführt. Entsprechend der Darstellung in 1 weist
die Schlackewäsche zwei Verfahrensabschnitte auf, und zwar
die Vertikalsetzwäsche und die Abtrennung von Wasser.
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Die
Vertikalsetzwäsche ist durch ein sich vertikal bewegendes,
vorzugsweise schwingendes, Gefäß charakterisiert,
welches von zwei Volumenströmen vertikal im Gegenstromverfahren
durchflossen wird. Die gegenläufigen Volumenströme
sind zum einen das in den Waschvorgang eintretende Wasser und zum
anderen die Schlacke aus der Müllverbrennungsanlage. Um
den Gegenstromeffekt zu erzielen, weist die obere und die untere
Seite des Gefäßes jeweils einen Zufluss sowie
einen Abfluss auf. Die Massenströme an den beiden Zuflüssen
sind die Massenströme von Schlacke und Wasser, welche in
den Waschprozess eintreten. Durch den auftretenden Gegenstromeffekt
ist diese Methode besonders effektiv, um den Feinanteil der Schlacke
in dem Wasser zu lösen.
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Durch
angepasste Prozessgrößen und -parameter wird der
Feinkornanteil mit dem an der Oberseite austretenden Wasser abgeführt,
während der Hauptkornanteil der Schlacke an der Unterseite
mit dem restlichen Wasser austritt. In diesem Zusammenhang wird
deutlich, welchen Einfluss die Einstellung der zufließenden
Wassermenge besitzt. Eine höhere Wassermenge führt
zu einer stärkeren Durchspülung und folglich zu einem
höheren Austrag der Schlacke mit dem Waschwasser an der
Oberseite. Deshalb wird hier eine Einstellung gewählt,
die sowohl den Feinkornanteil um den gewünschten Anteil,
vorzugsweise um 90%, reduziert und zugleich die gewünschte
Siebkennlinie, vorzugsweise eine an den Straßenbau angepasste
Siebkennlinie, sicherstellt. Denn das hier beispielhaft beschriebene
erfindungsgemäße Verfahren hat den zusätzlichen
Vorteil, dass sein Produkt – die aufbereitete Schlacke – einer
Siebkennlinie unmittelbar entspricht.
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Die
Suspension des Waschprozesses, bestehend aus dem Wasser und dem
Hauptkornanteil der Schlacke, wird in dem zweiten Verfahrensabschnitt
getrennt. Das abgeschiedene Wasser wird im Weiteren der zuvor an
der Oberseite des Gefäßes austretenden Suspension
aus Feinanteil und Wasser zugeführt. Die Endprodukte der
Schlackewäsche sind somit zum einen der Hauptkornanteil
der Schlacke und zum anderen die Suspension aus Wasser und dem Feinkornanteil
der Schlacke, welche im Weiteren der Wasseraufbereitung zugeführt
wird. Hier erfolgt die Abtrennung des Feinkornanteils von dem Wasser
insbesondere durch die Ausnutzung unterschiedlicher spezifischer
Gewichte, vorzugsweise unter Verwendung einer Zentrifuge. Der abgetrennte
Feinkornanteil wird, vorzugsweise über eine Zwischenlagerung
im Müllbunker, in die Verbrennungskammer zurückgeführt,
so dass keine neuen Abfälle entstehen. Das komplementär
abgetrennte Wasser wird dem Vorfluter zugeführt oder kann
in verschiedenen Prozessabschnitten der Müllverbrennungsanlage
verwendet werden.
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Aufgrund
dieser beschriebenen Wäsche weist die derart gereinigte
Schlacke einen Hauptkornanteil mit einem Korndurchmesser von mindestens
0,1 mm auf. Der Feuchtigkeitsanteil des Hauptkornanteils der Schlacke
ist gering, weil sie wegen des fehlenden Feinanteils durch die Schwerkraft
gut entwässert wird. Aufgrund der Abtrennung des Feinkornanteils
ist es nicht erforderlich, die Schlacke abzulagern, um die Carbonatisierungs-
und Sulfatreaktionen und damit die Raumbeständigkeit abzuwarten.
Die gereinigte Schlacke kann vielmehr umgehend als Baustoff zum
Einsatz kommen.
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Befindet
sich der Hauptkornanteil wie erwähnt innerhalb des Toleranzintervalls
einer Siebkennlinie, wie sie beispielsweise in 3 abgebildet
ist, kann der Hauptkornanteil direkt zur Substitution von Baustoffen eingesetzt
werden. Weist der Hauptkornanteil Anteile außerhalb des
Toleranzintervalls der gewünschten Siebkennlinie auf, kann
der fehlende Hauptkornanteil gleich oder später zugemischt
werden. Für andere Anwendungszwecke ist es aber auch sinnvoll,
die gereinigte Schlacke in unterschiedliche Korngrößenbereiche
zu trennen. Beispielsweise durch Sieben kann der Hauptkornanteil
der Schlacke in einem weiteren Verfahrensschritt zum Beispiel in
einen Bereich kleinerer, mittlerer und größerer
Korngrößen aufgeteilt werden. Die einzelnen Korngrößen
können getrenit vermarktet und beispielsweise als Zusatzstoffe
und/oder Füllstoffe verwendet werden oder sie können
später entsprechend den geforderten Masseanteilen insbesondere
durch Abwägung der einzelnen Anteile für die erforderliche
Siebkennlinie zusammen gemischt werden.
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Der
in 2 schematisch dargestellte Verfahrensablauf zur
Aufbereitung von Schlacke, insbesondere aus Müllverbrennungsanlagen,
umfasst eine vorteilhafte Verkopplung von bevorzugten Verfahrensabschnitten.
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Der
einleitende Verfahrensabschnitt der Schlackewäsche unterteilt
sich in die Unterabschnitte der Schwertwäsche, der Schneckenwäsche
und der Abtrennung der Suspension, wobei dem Fachmann sowohl die
Schwert- als auch die Schneckenwäsche aus der Kiesaufbereitung
bekannt sind. Die aus der Müllverbrennungsanlage stammende
Schlacke wird der Schwertwäsche ebenso zugeführt
wie das Waschwasser. In diesem ersten Waschvorgang durchmischen
mehrere Schwerter, die auf einer rotierenden Welle befestigt sind, die
Schlacke und das Wasser in einem schräg angeordneten Trog.
Die Schwertwäsche erfolgt vorzugsweise kontinuierlich im
Gegenstromverfahren. Entsprechend der Anordnung aus 2 wird
die Schwertwäsche insbesondere zur Vorreinigung der Schlacke
verwendet, denn ausgangsseitig wird der erste Abgangsmassenstrom
bestehend aus gröberen Hauptkornanteil und Wasser, zur
Abtrennung des Wassers weitergeleitet, wohingegen der zweite Abgangsmassenstrom
bestehend aus Wasser, Feinkornanteil sowie dem zumeist feineren
Hauptkornanteil an die Schneckenwäsche weitergeleitet wird.
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In
der Schneckenwäsche wird der zweite Abgangsmassenstrom
in den Feinkornanteil mit Wasser und in den anteiligen Hauptkornanteil
mit Wasser getrennt, wobei die letztere Suspension zusammen mit
der Suspension aus der Schwertwäsche in den letzten Schritt,
die Abtrennung des Wassers, eintritt. Das abgetrennte Wasser wird
der Suspension aus Feinkornanteil und Wasser zugeführt.
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Die
Endprodukte der Schlackewäsche sind der Hauptkornanteil
der Schlacke mit allen Korndurchmessern größer/gleich
0,1 mm, sowie die Suspension aus Wasser und dem Feinkornanteil der
Schlacke mit Korndurchmesser kleiner als 0,1 mm.
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Von
dem Hauptkornanteil werden durch einen weiteren Verfahrensschritt
sekundäre Bestandteile wie beispielsweise Glas oder Metall
abgetrennt. Die anzuwendenden Methoden hängen deutlich
von den sekundären Bestandteilen ab. In diesem Zusammenhang
ist beispielsweise eine optische Methode sinnvoll, die aufgrund
unterschiedlicher Lichtbrechungen die Schlacke vom Glasanteil unterscheiden
und trennen kann. Andere Methoden, die auf magnetischen Wechselwirkungen
beruhen oder die die unterschiedlichen Dichten von Schlacke und
den sekundären Bestandteilen nutzen, sind zum Beispiel
auch geeignet, um Metalle abzutrennen.
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Die
Beurteilung für die Verwendung der gereinigten Schlacke
in späteren Einsatzgebieten erfolgt im Allgemeinen durch
eine Analyse der Korngrößenverteilung, die erfindungsgemäß vorzugsweise
der Verteilung für den Einsatz im Hoch- und/oder Tiefbau
entspricht und durch ein Toleranzintervall um eine für
den jeweiligen Einsatzzweck festgelegte Siebkennlinie begrenzt wird,
und zwar insbesondere um eine dem Baugewerbe angepasste Siebkennlinie,
wie sie beispielhaft in 3 dargestellt ist. Eine Siebkennlinie
zeigt bekannterweise den Siebdurchlass gegenüber der Maschenweite
des Siebes. Ein Toleranzintervall, bestehend aus dessen Ober- und
Untergrenze um eine gewünschte Siebkennlinie trägt
dabei der grundsätzlich zulässigen Toleranz entsprechend
der bauphysikalischen Anforderungen Rechnung.
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Die
nur als Beispiel in 3 dargestellte Siegkennlinie
etwa enthält die folgenden Anweisungen für Toleranzintervalle
bestimmter durch die Maschenweite definierter Korngrößen:
für eine Maschenweite von 0,06 mm einen Toleranzbereich
von 0 Gew.-% bis 7 Gew.-% sowie bevorzugt einen Siebdurchlass von
ca. 0,7 Gew.-%, für eine Maschenweite von 0,5 mm einen
Toleranzbereich von 5 Gew.-% bis 35 Gew.-% sowie bevorzugt einen
Siebdurchlass von 10 Gew.-%, für eine Maschenweite von
2 mm einen Toleranzbereich von 16 Gew.-% bis 47 Gew.-% sowie bevorzugt
einen Siebdurchlass von 31,5 Gew.-% und für eine Maschenweite
von 16 mm einen Toleranzbereich von 55 Gew.-% bis 85 Gew.-% sowie
bevorzugt einen Siebdurchlass von 70 Gew.-%.
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Weitere
Beispiele für Siebkennlinien oder Siebkennlinienbereiche
finden sich in der Literatur „Zusätzliche Technische
Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Schichten
ohne Bindemittel im Straßenbau" herausgegeben unter der ISBN
3-937356-53-3 von der „Forschungsgesellschaft
für Straßen- und Verkehrswesen e.V., Köln"
etwa für Frostschutzschichlen im eingebauten Zustand zum
Beispiel: „Frostschutzschicht 0/8", „Frostschutzschicht
0/11", „Frostschutzschicht 0/16", „Frostschutzschicht
0/22", „Frostschutzschicht 0/32", „Frostschutzschicht
0/45", „Frostschutzschicht 0/56" oder „Frostschutzschicht
0/63" oder für Kies- und Schottertragschichten im eingebauten
Zustand zum Beispiel: „Kies- und Schottertragschicht 0/32", „Kies-
und Schottertragschicht 0/32 – STSuB", „Kies-
und Schottertragschicht 0/45" oder „Kies- und Schottertragschicht
0/56" oder Siebkennlinienbereiche für Deckschichten ohne
Bindemittel im eingebauten Zustand zum Beispiel: „Deckschicht
ohne Bindemittel 0/11", „Deckschicht ohne Bindemittel 0/16", „Deckschicht
ohne Bindemittel 0/22" oder „Deckschicht ohne Bindemittel
0/32".
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Mögliche
Prozessgrößen und/oder -parameter, durch die der
Waschprozess geregelt und/oder gesteuert wird, um das erfindungsgemäße
Auswaschen der Partikel = 0,1 mm zu gewährleisten, können
ein Volumenstrom und/oder eine Strömungsgeschwindigkeit
und/oder eine Strömungsrichtung des Waschwassers jeweils
in Bezug zur Schlacke und/oder davon und/oder von einer Kontur einer
Strömungsbahn (zum Beispiel veränderbare Einströmungsrichtungen
des Wasser) sein.
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Damit
der Hauptkornanteil der Schlacke, insbesondere unabhängig
von den eintretenden Volumenströmen der Schlackewäsche,
eine gewünschte Siebkennlinie, vorzugsweise eine dem Straßenbau
angepassten Siebkennlinie, aufweist, werden Prozessgrößen
und -parameter, so wie beispielsweise auch die zugeführten
Wasser- und Schlackemengen und/oder Wellendrehzahl der Schwertwäsche
und/oder die mittlere Schwingungsfrequenz der Vertikalsetzmaschine
der Regelungs- und Steuereinheit übermittelt. Aufgrund
dieser Informationen verändert die Regelungs- und/oder
Steuereinheit Prozessgrößen und -parameter mit
dem Ziel, sowohl die gewünschte Siebkennlinie des Hauptkornanteils
der Schlacke insbesondere im Bereich der kleineren Korngrößen
nicht zu verlassen (oder wohlmöglich sogar die Korngrößenanteile
entsprechend einzustellen), als auch den Feinkornanteil = 0,1 mm
vom Hauptkornanteil der Schlacke zu trennen.
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Eine
geeignete Stellgröße stellt die Flüssigkeitszufuhr,
sowohl für die Schwert- als auch für die Schneckenwäsche,
dar. Mit einem sehr geringen Stellaufwand kann die Qualität
der Schlacke sehr schnell verbessert und ein vorteilhafter Kompromiss
zwischen Aufwand und Ergebnis erreicht werden.
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Bei
geeignet eingestellter Regelung und/oder Steuerung weist die gereinigte
Schlacke im wesentlichen ausschließlich den Hauptkornanteil
der Schlacke auf, wobei diese vorzugsweise nur um Korndurchmesser
kleiner/gleich 0,1 mm bereinigt ist, deshalb raumbeständig
ist und der gewünschten Siebkennlinie entspricht – so
dass diese gereinigte Schlacke unmittelbar nach der Aufbereitung
und/oder nach hinreichender Entwässerung im Straßenbau
verwendet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ISBN 3-937356-53-3 [0053]
