DE19531942A1 - Cement-free hydraulic setting building material prodn. - Google Patents
Cement-free hydraulic setting building material prodn.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hydraulisch erhärtenden Deponiebaustoffen und -systemen für Deponatverfestigung und -immobilisierung aus Rückständen von Braunkohlenkraftwerken.The invention relates to a method for producing hydraulically hardening landfill building materials and systems for Landfill consolidation and immobilization from residues of lignite-fired power plants.
Moderne Braunkohlenkraftwerke werden nur noch mit Rauchgasentschwefelungsanlagen betrieben. Will man hohe Entschwefelungsgrade erzielen, ist der Einsatz einer Naßentschwefelung unerläßlich. Als Reststoffe eines solchen Kraftwerksbetriebes fallen letztendlich die unterschiedlichsten Aschen sowie feste und flüssige Rückstände der Rauchgasentschwefelung an, die entsprechend den gesetzlichen Bestimmungen zu entsorgen sind. Die Entsorgung ist sehr kostenintensiv für den Kraftwerksbetreiber.Modern lignite-fired power plants are only included Flue gas desulfurization plants operated. If you want high Achieve desulfurization levels is the use of a Wet desulfurization is essential. As residues of one Power plant operations ultimately fall various ashes as well as solid and liquid Residues of the flue gas desulfurization, which accordingly must be disposed of in accordance with the statutory provisions. The Disposal is very costly for the Power plant operators.
Zur Lösung dieser Problemstellung gibt es die verschiedensten Vorschläge.There is a solution to this problem various suggestions.
Bekannt ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bindemittels und seine Verwendung, wobei das Entschwefelungsprodukt zunächst mit Flugasche in einer solchen Menge vermischt wird, daß beim nachfolgenden Oxidations- und Calciniervorgang sein Gehalt an freiem und dabei freiwerdenden Kalk vollständig an mit Wasser reaktionsfähige Aluminate und Silicate gebunden, anschließend das gebildete Mehrphasengemisch aufgemahlen und schließlich das auf gemahlene Mehrphasengemisch mit Hüttensand gemischt wird (DE-OS 38 21 657).A method for producing a binder is known and its use, the desulfurization product first mixed with fly ash in such an amount will that in the subsequent oxidation and Calcination process its content of free and at the same time lime released completely with water reactive aluminates and silicates bound, then ground the multiphase mixture formed and finally with the ground multi-phase mixture Hut sand is mixed (DE-OS 38 21 657).
Dieses Verfahren ist sehr aufwendig zu handhaben. Der erwähnte Oxidations- und Calciniervorgang läuft bei ca. 1000°C ab. Die Aufmahlung des Gemisches erfordert zusätzlich zur Wärmebehandlung einen weiteren apparativen Aufwand.This process is very complex to handle. Of the mentioned oxidation and calcination process runs at approx. From 1000 ° C. The grinding of the mixture requires in addition to the heat treatment, another apparatus Expenditure.
Nach diesem Verfahren wird zuerst ein Sonderklinker aus Flugasche und einem Entschwefelungsprodukt bei Temperaturen über 700°C (vgl. Anspruch 4) hergestellt, der weiter fein gemahlen und zusammen mit gemahlenem Hüttensand zu einem Fertigprodukt gemischt wird. Bei der thermischen Synthese entstehen im o. g. Sonderklinker neue Minerale (vgl. Anspruch 1), die aus dem Portlandzementklinker (z. B. C₂S und C₁₂A₇) oder aus dem Klinker für Sulfoaluminatzemente (z. B. C₃A₃Cs) seit Jahren in der Zementchemie bekannt sind und von der Zementindustrie produziert werden.According to this procedure, a special clinker is made first Fly ash and a desulfurization product at temperatures over 700 ° C (see claim 4) produced, the fine ground and together with ground slag sand into one Finished product is mixed. In thermal synthesis arise in the above Special clinker new minerals (cf. Claim 1), which from the Portland cement clinker (z. B. C₂S and C₁₂A₇) or from the clinker for sulfoaluminate cements (e.g. C₃A₃Cs) have been known in cement chemistry for years and be produced by the cement industry.
Die Bindeeigenschaften des so hergestellten Produktes beruhen auf den Eigenschaften der erst bei der thermischen Synthese entstehenden Minerale. Die o. g. Patentschrift spricht nicht über eine Verwertung von Naßaschen und REA-Wasser.The binding properties of the product so produced are based on the properties of thermal Synthesis of minerals. The above Patent specification does not talk about recycling wet ash and REA water.
Die Herstellung eines nach dem Anmachen mit Wasser schnell erstarrenden hydraulischen Bindemittels beschreibt die DE-OS 38 43 625. Bei diesem Verfahren wird Calcium-Alphahy drat Hüttensand beigemischt. Das Calciumsulfat-Alphahalbhy drat stellt dabei die Schnellerstarrungskomponente dar, der Hüttensand ist demgegenüber die im Langzeitbereich reagierende latent hydraulische Komponente. Das entstehende Dihydrat funktioniert als sulfatischer Anreger für den Hüttensand.Making one quickly after starting with water the solidifying hydraulic binder describes the DE-OS 38 43 625. In this process Calcium-Alphahy Drat sand blended in. The calcium sulfate alpha halfhy drat represents the rapid setting component, the In contrast, blastfurnace slag is in the long-term range reacting latent hydraulic component. The emerging Dihydrate works as a sulfate stimulator for the Slag sand.
Ziel dieses Verfahrens ist die Produktion eines wasserbeständigen Gipsbinders. Als Nachteil des Verfahrens ist die Verwendung eines bereits behandelten und somit kostenintensiven Produktes aus der Gips- bzw. REA-Gips-Veredelung zu sehen. Der hochwertige und teure Sulfatbinder - Calciumsulfat-Alphahalbhydrat - ist wesentlicher Bestandteil bzw. Hauptbestandteil des Endproduktes (vgl. Seite 1 der Beschreibung). Eine Verwertung von Filterasche, Naßaschen und REA-Wässern wird nicht angesprochen. The aim of this process is the production of a water resistant gypsum binder. As a disadvantage of the process is the use of an already treated and therefore costly product from the gypsum or REA gypsum finishing can be seen. The high quality and expensive Sulfate binder - calcium sulfate alpha hemihydrate - is essential component or main component of the End product (see page 1 of the description). A Recycling of filter ash, wet ash and REA water not addressed.
Weiterhin bekannt ist ein Verfahren zur Entsorgung von schadstoffbeladenen Stoffen und eine Verwendung des dabei hergestellten Produkts nach WO 88/02739, wobei der zu entsorgende Stoff unmittelbar mit Asche, ggf. unter Wasserzugabe, unter Einstellung eines Wasser/Asche-Verhält nisses zwischen 0,23 und 0,35 gemischt wird und die Mischung anschließend im Ruhestand vollständig hydra tisiert. Hier wird z. B. die Flugasche eines Kohlekraftwer kes mit dem Abfallprodukt aus der Rauchgasentschwefelungs anlage (50 Masse % Flugasche und 50 Masse % Calciumsulfat/Sulfitgemisch) und dem Abwasser aus derselben Rauchgasent schwefelungsanlage innig vermischt.A method for the disposal of is also known pollutant-laden substances and a use of the manufactured product according to WO 88/02739, the to disposal material immediately with ash, if necessary under Add water, setting a water / ash ratio mixed between 0.23 and 0.35 and the Then mix completely hydra in retirement tized. Here z. B. the fly ash of a coal power plant kes with the waste product from the flue gas desulfurization plant (50 mass% fly ash and 50 mass% calcium sulfate / sulfite mixture) and the waste water from the same flue gas sulfurization plant intimately mixed.
Dieses Verfahren beschränkt sich auf Asche mit zumindest latent hydraulischen Eigenschaften (vgl. Seite 3 und Anspruch 1). Solche Asche besitzt eigene Abbindeeigenschaf ten, d. h., ist in der Lage, durch Zugabe eines Anregers (latent hydraulische Asche) oder ohne zusätzliche Anreger (hydraulische Asche) unter Wasser abzubinden. Andere Abbin demechanismen, z. B. gips- bzw. kalkähnliche, können nicht als (latent)hydraulisch bezeichnet werden. Das Wasser/ Asche-Verhältnis ist hierbei in sehr begrenztem Rahmen va riierbar und liegt immer unter 0,35.This process is limited to using ashes at least latent hydraulic properties (see page 3 and Claim 1). Such ashes have their own setting property ten, d. i.e., is capable of adding an exciter (latent hydraulic ash) or without additional stimulators (hydraulic ash) under water. Other Abbin demechanisms, e.g. B. gypsum or lime-like, can not be referred to as (latent) hydraulic. The water/ The ash ratio is above all very limited adjustable and is always below 0.35.
Ziel des Verfahrens ist ein nach vollständiger hydrauli scher Erhärtung fester Körper der deponiert oder nach Brechen/Mahlen als Bindematerial oder als Filterschicht z. B. in Deponien oder Böden eingesetzt werden kann.The aim of the process is after complete hydrauli shear hardening of solid or deposited Breaking / grinding as binding material or as a filter layer e.g. B. can be used in landfills or soils.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus dem Wasser einer Rauchgasentschwefelungsanlage (REA-Wasser), der Asche eines Kohlekraftwerkes und ggf. Hüttensand einen Sonderbaustoff zu entwickeln, der eine elutionssichere Immobilisierung von sämtlichen vorhandenen Schadstoffen bei ausreichender Druckfestigkeit ohne die Zugabe von Zement gewährleistet und unter Wasser hydraulisch erhärtet sowie bei einer Wasserlagerung raumbeständig ist. The invention has for its object from the water a flue gas desulphurization plant (REA water), the ashes a coal-fired power plant and, if applicable, blast furnace sand To develop special building material that is an elution-proof Immobilization of all existing pollutants sufficient compressive strength without the addition of cement guaranteed and hydraulically hardened under water as well is stable when stored in water.
Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Hydratation der aktiven Bestandteile der Ausgangsstoffe durch zugeführte notwendige Anreger initiiert und/oder beschleunigt und/oder gesteuert wird, wobei als Anreger ein Teil der durch Prozeßwasser einer Rauchgasentschwefelungs anlage (REA) gezielt befeuchteten und vorhydratisierten Filteraschen, bei denen nur der Freikalk (CaO) abgelöscht wurde, verwendet wird und daß als Anmachwasser oder als Teil des Anmachwassers REA-Prozeßwasser eingesetzt wird.This is achieved in that the invention Hydration of the active ingredients in the raw materials initiated by supplied necessary stimulators and / or is accelerated and / or controlled, being a stimulator Part of the flue gas desulfurization process water system (REA) specifically humidified and pre-hydrated Filter ash in which only the free lime (CaO) is extinguished was used and that as mixing water or as Part of the mixing water REA process water is used.
Der Anteil des Aschegemisches aus Braunkohlenfilteraschen und Naßaschen am Gesamtgemisch soll dabei mindestens 50 Masse % und der Anteil des Hüttensandes maximal 50 Masse % betragen. Das Wasser-Feststoffverhältnis soll den Wert 0,5 nicht übersteigen. Die Naßasche kann vollständig oder teilweise durch einen oder mehrere silikatische(n) oder tonig-silikatische(n) Stoffe, durch Wirbelschichtaschen, Gießereisande, getempertes oder ungetempertes Bergematerial, Recycling-Betonbruch und Ziegelsplitt, Ton oder Betonit oder durch eine Mischung der genannten Stoffe ersetzt werden.The proportion of the ash mixture from brown coal filter ash and wet ash on the total mixture should at least 50% by mass and the maximum proportion of slag sand 50 mass%. The water-solids ratio should do not exceed 0.5. The wet ash can completely or partially by one or more silicate (s) or clayey silicate (s), by Fluidized bed ash, foundry sand, tempered or untempered mining material, recycled concrete and Brick grit, clay or concrete or a mixture of the mentioned substances are replaced.
Die Braunkohlenfilterasche(n) können des weiteren vollständig oder teilweise durch ein Gemisch aus Steinkohlen- und/oder Braunkohlenwirbelschichtaschen ersetzt werden. Ebenso ist es möglich, als Anreger sulfat- und kalkhaltige Braunkohlenfilteraschen und/oder REA-Gips und/oder α-, β-Gips bzw. Anhydrit aus REA-Gips und/oder nichtascheartige Rückstände aus industriellen Prozessen und/oder Sulfate, Klinker, Wasserglas oder Soda zu verwenden. Anstelle REA-Prozeß-Wassers ist auch normales Leitungswasser als Anmachwasser möglich. Als Braunkohlen filteraschen kommen vorzugsweise Mischaschen der verschie denen Rauchgasreinigungsstufen in Betracht, während in Form des Zuschlagstoffes vorzugsweise eine Naßasche in der Bandbreite bis 2 mm Korngröße verwendet wird. Der Hüttensand wird als hydraulisches Bindemittel eingesetzt. The brown coal filter ash (s) can also completely or partially from a mixture Hard coal and / or lignite fluidized bed ash be replaced. It is also possible to use sulfate and calcareous lignite filter ash and / or FGD gypsum and / or α-, β-gypsum or anhydrite from REA gypsum and / or non-ash residues from industrial processes and / or sulfates, clinker, water glass or soda too use. Instead of REA process water is also normal Tap water possible as mixing water. As lignite Filter ashes are preferably mixed ashes of various types which flue gas purification levels are considered while in shape of the aggregate preferably a wet ash in the Band width up to 2 mm grain size is used. Of the Slag sand is used as a hydraulic binder.
Es handelt sich hierbei um einen fein gemahlenen latent hydraulischen Stoff (vorzugsweise 2500-4000 cm²/g) Stoff, der unter Zugabe von Anregern (CaO, Sulfat) in Form des REA-Wassers auch unter Wasser abbinden kann.It is a finely ground latent hydraulic fabric (preferably 2500-4000 cm² / g) Substance in the form with the addition of exciters (CaO, sulfate) of REA water can also set under water.
Es wird zwischen Wasser/Feststoff- und Wasser/Filterasche-Verhältnis unterschieden, wobei das Wasser- bzw. REA-Was ser/Filterasche-Verhältnis immer größer 0,35 ist.It is between water / solids and water / filter ash ratio distinguished, the Wasser- or REA-What water / filter ash ratio is always greater than 0.35.
Nach umfangreichen Versuchen wurde überraschenderweise gefunden, daß ein gezieltes und gesteuertes Ablöschen des Freikalkgehaltes von Filteraschen durch Befeuchten und Vorhydratisierung mittels Prozeßwasser einer Rauchgasentschwefelungsanlage zur Initiierung der nahezu vollständigen Hydratation der aktiven Bestandteile der Ausgangsstoffe führt. Die Hydratation läßt sich dadurch beschleunigen oder verlangsamen. Als Anmachwasser des Aschegemisches und des Hüttensandes kommt ebenfalls REA-Prozeßwasser zur Anwendung. Die Erhärtung des hergestellten Gemisches erfolgt schwindfrei unter leichter Quellung. Die Quellung ist abhängig vom Anteil des eingebrachten Hüttensandes. Damit erhöht sich der Immobilisierungseffekt der Schadstoffe und die Beständigkeit gegenüber Auslaugung.After extensive trials, it was surprisingly found that a targeted and controlled deletion of the Free lime content of filter ash by moistening and Pre-hydration using process water Flue gas desulfurization system for the initiation of almost complete hydration of the active ingredients of the Leads. This allows hydration speed up or slow down. As the mixing water of the Ash mixture and the slag sand also comes REA process water for use. The hardening of the prepared mixture is shrinkage free under lighter Swelling. The swelling depends on the proportion of brought in hut sand. This increases the Immobilization effect of the pollutants and the Resistance to leaching.
Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, daß schon unter Zugabe von 2,5 bis 3,5 Masse % Hüttensand zu einer Braunkohlenfilterasche/REA-Wasser-Mischung bei einem REA-Wasser/Filterasche-Verhältnis von ca. 0,5-0,8 mit einer Festigkeit von 3-5 N/mm² nach 7 Tagen Wasserlage rung zu rechnen ist. Eine extrem hohe Einbindung von REA-Wasser (W/A-Verhältnis von 3,5) ist z. B. bei einer Zugabe von 12,5 Masse % Hüttensand erreicht. The present results show that even with addition from 2.5 to 3.5 mass% of slag sand to one Lignite filter ash / REA / water mixture in one REA water / filter ash ratio of approx. 0.5-0.8 with a strength of 3-5 N / mm² after 7 days in water tion is to be expected. An extremely high level of integration of REA water (W / A ratio of 3.5) is e.g. B. at a Addition of 12.5% by mass of slag sand reached.
Die erfindungsgemäße Lösung weist somit folgende Vorteile auf:The solution according to the invention thus has the following advantages on:
- - Es könne alle Aschetypen eingesetzt werden. Auch puzzolanische Aschen, die erst unter Zugabe von Reaktionspartnern (Kalk, Zement, Hüttensand) hydraulisch abbinden, sind nach diesem Verfahren geeignet.- All types of ash can be used. Also pozzolanic ashes that are only added by adding Reaction partners (lime, cement, slag sand) hydraulically set, are suitable according to this procedure.
- - Verwendung findet Naßasche, die als inerter oder z. T. inerter Stoff gleichzeitig die Rollen des Feinzuschlages im System sowie des Wasserspeichers übernimmt. Gleichzeitig dient die Naßasche als Wasserlieferant für die spätere langsame Hydratation des Hüttensandes und eines Teils der Aschen.- Use wet ash, which as an inert or z. T. inert substance simultaneously the roles of the fine aggregate in the system as well as the water storage. At the same time, the wet ash serves as a water supplier for the later slow hydration of the slag sand and part of the ashes.
- - Als Wasser wird REA-Wasser in Anfallqualität verwendet.- REA water of seizure quality is used as water.
- - Es können auch grobere Filteraschen (unter 2000 cm²/g) neben den Naßaschen mit einem natürlich anfallenden sowie mit sand- bzw. kieselähnlichem Kornaufbau eingesetzt werden.- Coarse filter ash can also be used (below 2000 cm² / g) in addition to the wet ash with a naturally occurring as well used with sand or pebble-like grain structure will.
- - Die einzelnen Komponenten müssen nicht alle von Anfang an vermischt werden.- The individual components do not all have to be from the start be mixed.
- - Hohe Einbindung von REA-Wasser in das Gemisch.- High integration of REA water in the mixture.
- - Minimale Auslaugbarkeit an Sulfat und Chlorid.- Minimal leachability of sulfate and chloride.
- - Raumbeständigkeit bei Wasserlagerung.- Resistance to space when stored in water.
- - Ausreichende Enddruckfestigkeit des erhärtenden Gemisches von 2-10 N/mm².- Sufficient final compressive strength of the hardening mixture from 2-10 N / mm².
- - Durchlässigkeitsbeiwert (k-Wert) kleiner als 10-7 m/s.- Permeability coefficient (k value) less than 10-7 m / s.
- - wirtschaftlich wettbewerbsfähiger Deponiebaustoff. - economically competitive landfill building material.
- - baustofftechnische Handhabung der Frischmasse (Misch-/Pumpaggregate, Verdichtbarkeit, Erstarren).- Building material handling of the fresh mass (Mixing / pumping units, compressibility, solidification).
Anhand zweier Ausführungsbeispiele soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.Using two exemplary embodiments, the Invention will be explained in more detail.
Es wurde erfindungsgemäß eine Mischung aus 50% (m/m) einer Lausitzer Braunkohlenfilterasche (BFA) und 50% (m/m) gemahlener Hüttensand (HüS) unter Zugabe von REA-Wasser hergestellt.According to the invention, a mixture of 50% (m / m) was obtained Lusatian lignite filter ash (BFA) and 50% (m / m) ground blast furnace sand (HüS) with the addition of REA water produced.
Das REA-Wasser/BFA-Massenverhältnis lag bei 3,5. Dieser Mischung wurden die Braunkohlennaßaschen beigemischt. Das Massenverhältnis o. g. BFA/HüS-Binder zu Naßaschen betrug 1 zu 3. Die aus so zusammengesetzten Mischungen in Anlehnung an DIN 1164 hergestellten Prismen wurden 1 Tag bei 20°C/95% relativer Feuchtigkeit gelagert. Die weitere Lagerung der Proben hat unter Wasser bei 20°C stattgefunden.The REA water / BFA mass ratio was 3.5. This The brown coal wet ash was mixed into the mixture. The Mass ratio o. G. BFA / HüS binder for wet ash was 1 to 3. The mixtures composed in this way based on prisms produced on DIN 1164 were 1 day at 20 ° C / 95% relative humidity stored. Further storage the samples took place underwater at 20 ° C.
Die Proben mit einem Hüttensandgehalt der Feststoffmischung von 12,5% (m/m) haben sich als wasserbeständig erwiesen und erreichten nach 7 bzw. 28 Tagen oben beschriebener Wasserlagerung folgende Festigkeiten:The samples with a slag sand content of the solid mixture of 12.5% (m / m) have proven to be water-resistant and reached after 7 or 28 days as described above The following strengths:
Es wurde erfindungsgemäß eine Mischung aus 95% (m/m) einer Lausitzer Braunkohlenfilterasche (BFA) und 5% (m/m) gemahlener Hüttensand (HüS) unter Zugabe von REA-Wasser hergestellt.According to the invention, a mixture of 95% (m / m) was obtained Lusatian lignite filter ash (BFA) and 5% (m / m) ground blast furnace sand (HüS) with the addition of REA water produced.
Das REA-Wasser/BFA-Massenverhältnis lag bei 0,82. Dieser Mischung wurden die Braunkohlennaßaschen beigemischt. Das Massenverhältnis o. g. BFA/HüS-Binder zu Naßaschen betrug 1 zu 1. Die aus so zusammengesetzten Mischungen in Anlehnung an DIN 1164 hergestellten Prismen wurden 1 Tag bei 20°C/95% relativer Feuchtigkeit gelagert. Die weitere Lagerung der Proben hat unter Wasser bei 20°C stattgefunden.The REA water / BFA mass ratio was 0.82. This The brown coal wet ash was mixed into the mixture. The Mass ratio o. G. BFA / HüS binder for wet ash was 1 to 1. The mixtures composed in this way based on prisms produced on DIN 1164 were 1 day at 20 ° C / 95% relative humidity stored. Further storage the samples took place underwater at 20 ° C.
Die Proben mit einem Hüttensandgehalt der Feststoffmischung von 2,5% (m/m) haben sich als wasserbeständig erwiesen und erreichten nach 7 bzw. 28 Tagen oben beschriebener Wasserlagerung folgende Festigkeiten:The samples with a slag sand content of the solid mixture of 2.5% (m / m) have proven to be water resistant and reached after 7 or 28 days as described above The following strengths:
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