DE102015120721A1

DE102015120721A1 - Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle

Info

Publication number: DE102015120721A1
Application number: DE102015120721.4A
Authority: DE
Inventors: Jörg Gröper; Alexander Lechner; Dittmar Lack
Original assignee: K Utec AG Salt Technologies
Current assignee: K Utec AG Salt Technologies
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-12-01
Also published as: DE102015120721B4

Abstract

Die Erfindung betrifft die Konditionierung und Verarbeitung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle und anderen künstlichen Mineralfasern zum Zwecke der Verwertung dieser Abfälle. Dabei muss eine Abgabe von Mineralwollefasern an die Biosphäre ausgeschlossen sein. Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Verwertung von Dämmmaterialabfällen ist das Einbinden der aufbereiteten Mineralwollefasern in eine durch chemische Reaktionen selbstständig erhärtende mineralische Matrix, die hauptsächlich aus primären und/oder sekundären Bindemitteln und Wasser als Anmischflüssigkeit besteht. Im erhärteten Zustand ist die Mobilität der Mineralwollefasern durch Einschluss in einen mono-lithischen Baukörper auf ein Minimum reduziert und es wird eine für die weitergehende Nutzung dieses Baustoffs ausreichende Festigkeit erzielt. Der Baustoff ist einfach und günstig herzustellen und stellt eine ökologisch und ökonomisch hochwertige Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle dar. Dies trifft insbesondere auf die erfindungsgemäße Herstellung von Baukörpern für den bergbaulichen Versatz zu.

Description

Die Erfindung betrifft die Konditionierung und Verarbeitung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle und anderen künstlichen Mineralfasern.
Vor dem Jahr 2000 erzeugte und verbaute Mineralwolleerzeugnisse sind nicht frei von Bedenken bezüglich ihrer negativen Auswirkung auf die menschliche Gesundheit – sie können gemäß TRGS 905 aufgrund ihrer Wirkung auf die menschlichen Atemwege als krebserzeugend eingestuft werden. Aus diesem Grund dürfen diese nicht zu neuen Mineralwolleerzeugnissen recycelt werden und müssen einer alternativen Verwertung oder Beseitigung zugeführt werden, die eine Freisetzung der Mineralfasern in die Biosphäre ausschließt. Daher sind Verfahren, wie sie in den Patenten CN1128243 , JP2003326238 , TWI201200653 und US2008/0256981 zum Recyceln des Materials durch Aufschmelzen und neuerlicher Wolleherstellung vorgeschlagen werden, nicht zulässig. Auch eine alternative Verwendung der Mineralwolle in der Wasserreinigung ( JP2004041891 ), im Straßenbau ( JPH0347302 ), als Dünger ( KR20010009275 ) oder als Matrix zur Entsorgung gefährlicher Stoffe ( US5463163 ) schließen sich aus denselben Gründen aus. In den Patenten JP2006008448 , JPH0920546 und JPH10279336 wird eine Verarbeitung von gebrauchten Mineralwolleerzeugnissen zu plattenförmigen Baumaterialien, die im Hochbau eingesetzt werden können, beschrieben; bei diesen Erzeugnissen ist jedoch eine Freisetzung von Fasern in die umgebende Atmosphäre während der Verarbeitung, zum Beispiel durch Zuschnitt, nicht ausgeschlossen. Außerdem stehen solchen Entwicklungen die heute bestehenden Forderungen nach nahezu vollständiger Recyclingfähigkeit von Baumaterialien entgegen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle anzugeben, bei dem eine Abgabe der Mineralwollefasern an die Biosphäre ausgeschlossen ist. Im Folgenden wird stellvertretend für alle in Frage kommenden Fasern der Begriff Mineralwolle verwendet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Verwertung von Dämmmaterialabfällen ist das Einbinden der aufbereiteten Mineralwollefasern in eine durch chemische Reaktionen selbstständig erhärtende mineralische Matrix, die hauptsächlich aus primären und/oder sekundären Bindemitteln und Wasser als Anmischflüssigkeit besteht. Im erhärteten Zustand ist die Mobilität der Mineralwollefasern durch Einschluss in einen mono-lithischen Baukörper auf ein Minimum reduziert und es wird eine für die weitergehende Nutzung dieses Baustoffs ausreichende Festigkeit erzielt. Der Baustoff ist einfach und günstig herzustellen und stellt eine ökologisch und ökonomisch hochwertige Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle dar. Dies trifft insbesondere auf die erfindungsgemäße Herstellung von Baukörpern für den bergbaulichen Versatz zu.
Die zunächst voluminösen Abfälle von Dämmmaterialabriss aus Mineralwolle oder entsprechende Produktionsrückstände werden in einem geeigneten Aggregat – als Beispiele seien hier Mühle oder Schredder genannt – mechanisch so zerkleinert, dass die Fasern der Mineralwolle erheblich verkürzt werden und die Schüttdichte durch den Verlust des wollartigen Charakters um den Faktor 5 bis 20 deutlich erhöht wird. Diese Faserteile werden in einem Mischer mit einer wässrigen Suspension mit Bindemittelcharakter so vermengt, dass sämtliche Oberflächen mit der Suspension benetzt werden. Die Mischung, die eine Konsistenz von flüssig bis zu erdfeucht haben kann, wird in eine Form eingebracht, wobei durch Aufbringen einer äußeren Kraft die Mischung durch Auspressen unter Umständen eingerührter Luft verdichtet werden kann. Der so erhaltene Körper erhärtet selbsttätig bei normaler Temperatur und atmosphärischem Druck. Physikalische Eigenschaften wie Festigkeit und Dichte sind in Abhängigkeit vom Faseranteil, dem verwendeten Bindemittel und dem aufgebrachten Druck in weiten Grenzen variierbar. Die erhärteten Körper können zum Beispiel als Versatzbaustoff in untertägige Bergwerke eingebracht werden und durch ihre Druckfestigkeit der Konvergenz des Gebirges entgegenwirken.
Es wurde gefunden, dass durch Verkürzung der Faserlänge von Mineralwolleprodukten eine Schüttdichte von über 0,3 g/cm³ erreicht werden kann. Dies deutet auf eine vorteilhaftere Anordnung der Fasern für eine Kompaktierung als im ursprünglichen Dämmmaterial, das eine Dichte von etwa 0,03 g/cm³ besitzt, hin. Diesen Mineralwollefasern wird eine Bindemittelsuspension beigemengt. Dabei hat sich gezeigt, dass die meisten Mineralwolleprodukte hydrophobiert sind und nur nach Zugabe eines Tensids zur Bindemittelsuspension benetzt werden können. Die Bindemittelsuspension kann einerseits Primärbindemittel, zum Beispiel handelsüblichen Zement, beinhalten und andererseits zusätzlich oder auch ausschließlich sekundäre Bindemittel.
Primärbindemittel können unterschiedliche Zemente (zum Beispiel Portlandzement, Hochofenzement oder Tonerdezement), Gips, Kalkbinder oder Sorelbinder (Magnesiumoxid mit Magnesiumchloridlösung) sein.
Unter sekundären Bindemitteln versteht man Nebenprodukte aus Industrieprozessen, wie zum Beispiel Flugaschen oder Filterstäube aus thermischen Prozessen, die unter Wasserzugabe eine hydraulische Abbindereaktion zeigen. Deren Kinetik ist zwar nicht gut definierbar, jedoch haben sie gegenüber Zementen den Vorteil, kostengünstiger erhältlich zu sein und Rohstoffreserven der Primärbindemittel zu schonen. Typische Sekundärbindemittel können Filterstäube aus Kohlekraftwerken und Abfallverbrennungsanlagen, Bypassstäube aus der Zementherstellung, CaSO₄-basierte Abfälle, Stäube aus metallischen Prozessen und ähnliche sein. Durch Kombination verschiedener sekundärer Materialien können gezielt spezielle Bindesysteme eingestellt werden, die als Alternative zu Zementen einsetzbar sind. Diese Bindemittelsysteme ermöglichen die chemische Bindung hoher Wasseranteile in Form von Hydraten.
Genauso lässt sich das für die Herstellung der Bindemittelsuspension verwendete Wasser durch abfallbasierte wässrige Lösungen teilweise oder ganz ersetzen und es können dadurch natürliche Ressourcen geschont werden. Lösungen, deren Einsatz denkbar und möglich erscheint, sind zum Beispiel Salzlösungen aus der Kaligewinnung, Abwässer, sowie Flüssigkeiten aus der Rauchgasreinigung.
Wird bei der Mischung von Bindemittelsuspension und Mineralwollefasern ein hoher Anteil an Bindemittelsuspension gewählt, so lässt sich ein Gemisch herstellen, das flüssig bis breiförmig ist und sich in Formen abgießen oder auch verpumpen lässt. Bei einem niedrigeren Anteil von Bindemittelsuspension gegenüber den Mineralwollefasern erhält man ein erdfeuchtes Gemisch, das, in eine Form eingebracht, verdichtet oder eingepresst werden muss, um einen kompakten Körper zu erhalten. Während eine flüssige Mischung bis zum Aushärten in einer Form, die auch durch einen geschlossenen Gebirgshohlraum gebildet werden kann, bleiben muss, kann das erdfeuchte Gemisch nach der Kompaktierung aus der Form genommen werden und frei liegend aushärten. Eine Alternative stellen Formen dar, die als Hülle erhalten bleiben und somit einen Teil des Spezialbaustoffs bilden. Die Formen oder Verpackungen, in die die Mischung eingebracht wird, können beliebig gestaltet sein (Würfel, Prismen, Zylinder, etc.), wobei die Mischung innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls verarbeitbar bleibt, ehe sie selbsttätig bei normaler Temperatur und bei atmosphärischem Druck zu einem festen Körper aushärtet. Diese Körper können zum Beispiel für Versatzmaßnahmen in untertägigen Bergwerken herangezogen werden.
Die mechanischen und physikalischen Eigenschaften solcher erhärteter Körper lassen sich in weiten Grenzen beeinflussen, insbesondere durch das Verhältnis Mineralwollefasern zu Bindemittel, die Art des Bindemittels und den Umfang der Komprimierung der Masse vor dem Abbinden.
Die Erfindung wird durch nachfolgende Ausführungsbeispiele weiter erläutert:
Beispiel 1 (Stampfmasse):

2,5 kg Mineralwollefasern
1,4 kg Portlandzement
1,4 kg Wasser
10 g Tensid (Natriumlaurylethersulfat)

Beispiel 2 (Gussmasse):

1,0 kg Mineralwollefasern
1,4 kg Portlandzement
1,4 kg Wasser
10 g Tensid (Natriumlaurylethersulfat)

Beispiel 3 (mit sekundärem Bindemittel):

2,3 kg Mineralwollefasern
1,1 kg Flugasche
0,3 kg Portlandzement
1,4 kg Wasser
10 g Tensid (Natriumlaurylethersulfat)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CN 1128243 [0002]
JP 2003326238 [0002]
TW 201200653 [0002]
US 2008/0256981 [0002]
JP 2004041891 [0002]
JP 0347302 H [0002]
KR 20010009275 [0002]
US 5463163 [0002]
JP 2006008448 [0002]
JP 0920546 H [0002]
JP 10279336 H [0002]

Claims

Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Mineralwolle fix in eine Bindemittelmatrix eingebunden werden.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralwollefasern vor der Verarbeitung in einer Mühle, einem Shredder oder einem ähnlichen Aggregat zerkleinert werden, um Schüttdichten von über 0,15 g/cm³ zu erreichen.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zerkleinerten Mineralwollefasern mit einer Bindemittelsuspension vermischt werden.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Masseverhältnis Mineralwollefasern zu Bindemittelsuspension 5:1 bis 1:5 beträgt, vorzugsweise 1:1 bis 1:3.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindemittelsuspension Additive zur Erhöhung der Benetzbarkeit der Mineralwollefasern in Form von Tensiden, vorzugsweise anionischen, amphoteren und nichtionischen Tensidmischungen in Mengen von 0,1 bis 1 Prozent zugesetzt werden.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindemittelsuspension Additive zur Verminderung des Wasseranspruches, sogenannte Fließmittel oder Plastifizierer, zum Beispiel auf der Basis von modifizierten Polycarboxylatethern in Mengen von 0,01 bis 1 Prozent, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Prozent, zugesetzt werden.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelsuspension aus marktüblichen Baustoffen (Portlandzement, Hochofenzement, Gips, Kalkbinder, etc.) und Wasser zusammengesetzt ist.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelsuspension aus sekundären Bindemitteln (Flugasche, Filterstaub, etc.) und Wasser zusammengesetzt ist.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelsuspension sowohl aus marktüblichem Zement als auch aus sekundären Bindemitteln und Wasser zusammengesetzt ist.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser in der Bindemittelsuspension teilweise oder ganz durch abfallbasierte wässrige Lösungen, wie zum Beispiel Salzlösungen, Abwässer oder Rauchgasreinigungsflüssigkeiten, ersetzt wird.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der w/z-Wert der Bindemittelsuspension auf das verwendete Bindemittel abgestimmt und optimiert ist.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Mineralwollefasern und Bindemittelsuspension in Formen, deren Geometrie keinerlei Einfluss auf die weitere Verwendung des Baustoffs hat, abgegossen wird.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Mineralwollefasern und Bindemittelsuspension in abgeschlossene untertägige Hohlräume abgegossen wird.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Mineralwollefasern und Bindemittelsuspension in Formen, deren Geometrie keinerlei Einfluss auf die weitere Verwendung des Baustoffs hat, eingestampft und verdichtet wird.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichtete Körper aus Mineralwollefasern und Bindemittelsuspension vor dem Abbinden aus der Form genommen wird und frei liegend aushärtet.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichtete Körper aus Mineralwollefasern und Bindemittelsuspension in seiner Form verbleibt und in dieser aushärtet.
Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die hergestellten Körper als Baumaterial, von der Biosphäre abgegrenzt, eingesetzt werden.