DE19603965A1 - Verfahren zur Herstellung eines hydraulisch aktiven Bindemittels in Form des Baukalks aus einem kalkarmen bzw. -freien Abfallstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulisch aktiven Bindemittels in Form des Baukalks aus einem kalkarmen bzw. -freien Abfallstoff.

Als Rohstoffe für die Herstellung der Baukalkarten sind Kalkstein, insbesondere CaCO₃, bzw. mit Ton verunreinigter Kalkstein als Kalkmergel, weiterhin auch Dolomit, d. h. CaMg(CO₃)₂, bekannt. Diese Sedimentgesteine haben sich vor allem durch Fällung von CaCO₃ zu feinem Kalkschlamm (chemische Sedimente) oder aus den Kalkschalen bzw. -gerüsten abgestorbener Meerestiere (organische Sedimente: z. B. Muschelkalk) gebildet [vgl. Knoblauch, H.; Schneider U.: Bauchemie. Werner Verlag, Düsseldorf 1992].

Nach dem Stand der Technik wird zwischen dem Wasserkalk als ein schwach hydraulischer, unterhalb der Sintertemperatur aus mergeligem Kalkstein gebrannter Kalk und dem hydraulischen bzw. hochhydraulischem Kalk unterschieden.

Beim Wasserkalk liegt ein kombinierter Erhärtungsvorgang aus Carbonaterhärtung und hydraulischer Erhärtung vor. Um ein hydraulisch aktives Bindemittel zu erhalten, das durch Reaktion mit Wasser an der Luft oder unter Wasser erhärtet und als solches Stoffgemisch wasserunlöslich ist, verwendet man Kalkmergel, der in seinen tonigen Bestandteilen sauer wirkende Verbindungen wie SiO₂, Al₂O₃ und Fe₂O₃ aufweist. Diese Verbindungen mit einer sauren chemischen Charakteristik werden auch als Hydraulefaktoren bezeichnet. Wird dieser Kalkmergel auf Temperaturen von 600 bis 900°C erhitzt, dann entsteht unter CO₂-Freisetzung zunächst das stark basische CaO, das schließlich im Ergebnis einer diffusionskontrollierten Festkörperreaktion mit den Verbindungen SiO₂, Al₂O₃ und Fe₂O₃ bei Temperaturen zwischen 900 und maximal 1200°C unter Neubildung von Mineralphasen reagiert. Die Hauptkomponente des mineralischen Phasenbestandes beim gebrannten hydraulischen bzw. hochhydraulischen Kalk ist das Dicalciumsilicat 2 CaO·SiO₂, auch als C₂S bezeichnet.

Die für die hydraulische Erhärtung wichtigen Mineralphasen Tricalciumsilicat und Dicalciumsilicat sind auch in Zementen vorhanden. Aus chemischer Sicht enthalten die Mineralphasen beim hydratisierten Portland-Zement die Komponenten CaO, SiO₂, Al₂O₃ und Fe₂O₃ in für hydraulische Bindemittel relevanten Konzentrationen.

Auch Asbestzement-Abfallstoffe sind chemisch analog zusammengesetzt, indem sie aus etwa 88 Gew.-% Portland-Zement und etwa 12 Gew.-% Asbest bestehen. In der Regel wurde das aufbereitete Mineral Chrysotil, das mit der Idealformel Mg₃(Si₂O₅)(OH)₄ angegeben wird, zur Faserverstärkung der Zementmatrix verwendet [vgl. H. Klos: Asbestzement - Technologie und Projektierung. Springer-Verlag, Wien, New York 1967]. Praktisch weicht aber die chemische Zusammensetzung des Chrysotil-Asbestes von der Idealformel ab, wie am Beispiel einer Probe aus dem Ural (P-3-70) gezeigt werden konnte (Angaben in Gew.-%) 38,76 SiO₂; 38,41 MgO; 3,76 Fe₂O₃; 1,63 Al₂O₃; 0,84 CaO; 0,29 K₂O; 0,38 Na₂O; 2,81 Rest; 13,5 Glühverlust [vgl. Riedel, W.; Bimberg, R.; Kluge, H.-G.: Die Beständigkeit von Asbest-, Glas- und Mineralfasern im alkalischen Milieu. Wissenschaftliche Zeitschrift der Hochschule für Architektur und Bauwesen Weimar 19 (1972) 471-477]. Demzufolge enthält also selbst der Chrysotil-Asbest Bestandteile im Sinne von Hydraulefaktoren mineralischer Bindemittel.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein natürliche Ressourcen schonendes Verfahren zur Herstellung eines hydraulisch aktiven Bindemittels bei Temperaturen unterhalb der Sintergrenze des Stoffgemisches, ohne daß dabei die klassischen Prozeßstufen, d. h. "Entsäuerung von Kalksteins" und damit Emission von Kohlendioxid sowie "Neubildung hydraulisch reagierender Verbindungen", auftreten sollen, zu entwickeln, wobei zudem das Verfahren durch einen geschlossenen Stoffkreislauf infolge rohstofflicher Einbindung von Abfallmaterialien in den Stoffwandlungsprozeß gekennzeichnet sein soll.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Herstellung eines hydraulisch aktiven Bindemittels in Form des Baukalks erfindungsgemäß zementgebundener Asbest allein oder in Verbindung mit baukalktypischen Stoffgemischen durch Behandlung im einem thermischen Aggregat bei einer Temperatur unterhalb der Sintergrenze (ca. 1200°C) dehydratisiert, dehydroxyliert und in seinem mineralischen Phasenbestand so umgewandelt wird, daß schließlich ein Produkt insbesondere mit den chemisch wirksamen mineralischen und bindemittelrelevanten Phasen Dicalciumsilicat und/oder Calciumoxid entstanden ist.

Das erfindungsgemäß erhaltene Produkt kann durch Wechselwirkung mit Wasser nachfolgend hydraulisch erhärtet bzw. durch Carbonaterhärtung verfestigt werden.

Als zementgebundener Asbest lassen sich Asbestzement-Abfallstoffe, d. h. Stoffe, die in der Regel aus einem Gemisch von ca. 88 Gew.-% hydratisiertem Portland-Zement und ca. 12 Gew.-% Chrysotil-Asbest bestehen, einsetzen. Damit wird ein gefahrstoffhaltiger Abfall vorteilhaft in einen ökologisch verträglichen Wertstoff für die Bauwirtschaft durch einen stoffwandelnden Prozeß umgewandelt.

Damit wurde ein kalkfreier bzw. kalkarmer Ausgangsstoff zu einem gleichwertigen mineralischen Bindemittel umgewandelt, die bisher nur aus einem Naturkalkrohstoff herstellbar sind.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines hydraulisch aktiven Bindemittels in Form des Baukalks aus einem kalkarmen bzw. -freien Abfallstoff, dadurch gekennzeichnet, daß zementgebundener Asbest allein oder in Verbindung mit baukalktypischen Stoffgemischen durch Behandlung im einem thermischen Aggregat bei einer Temperatur unterhalb der Sintergrenze (ca. 1200°C) dehydratisiert, dehydroxyliert und in die für das gebildete mineralische Bindemittel erforderlichen Phasen Dicalciumsilicat und/oder Calciumoxid umgewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zementgebundener Asbest insbesondere Asbestzement-Abfallstoffe, d. h. Stoffe, die in der Regel aus einem Gemisch von ca. 88 Gew.-% hydratisiertem Portland-Zement und ca. 12 Gew.-% Chrysotil-Asbest bestehen, verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erhaltene Produkt im Ergebnis der Wechselwirkung mit Wasser schließlich hydraulisch erhärtet bzw. durch Carbonaterhärtung verfestigt wird.