DE19611454A1 - Mineral filler and building material additive based on calcium aluminum sulfate and their manufacture and use - Google Patents
Mineral filler and building material additive based on calcium aluminum sulfate and their manufacture and useInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft allgemein einen neuen mineralischen Füllstoff bzw. ein Baustoff-Additiv auf Basis von Calciumaluminiumsulfat (CASUL), gegebenen falls im Gemisch und/oder in chemischer Bindung mit Calciumcarbonat (CARBOSUL), und dessen Herstellung und Verwendung; sie betrifft insbeson dere ein Verfahren zur Herstellung eines mineralischen Füllstoffs bzw. Bau stoff-Additivs auf Basis von Calciumaluminiumsulfat (CASUL), gegebenenfalls im Gemisch und/oder in chemischer Bindung mit Calciumcarbonat (CARBOSUL), sowie die dabei erhaltenen Produkte und deren Verwendung bei der Herstellung von Zellstoff, Papier, Pappe oder Karton als Füllstoff- oder Streichpigment-Suspension sowie deren Verwendung im entwässerten Zu stand als allgemeiner Füllstoff, z. B. für die Kunststoffherstellung, sowie im ent wässerten, calcinierten und gemahlenen Zustand als Abbindebeschleuniger für hydraulische Baustoffe, wie Zemente oder Gipse, sowie die Anwendung dieses Verfahrens zur Reinigung von sulfathaltigen Prozeßwässern.The invention relates generally to a new mineral filler or Building material additive based on calcium aluminum sulfate (CASUL) if in a mixture and / or in chemical bonding with calcium carbonate (CARBOSUL), and its manufacture and use; it affects in particular a process for the production of a mineral filler or construction Additive based on calcium aluminum sulfate (CASUL), if necessary in a mixture and / or in a chemical bond with calcium carbonate (CARBOSUL), as well as the products obtained and their use in the manufacture of cellulose, paper, cardboard or cardboard as filler or Coating pigment suspension and its use in the dewatered Zu stood as a general filler, e.g. B. for plastic production, as well as in ent watered, calcined and ground state as a setting accelerator for hydraulic building materials such as cements or gypsum, as well as for use this process for cleaning sulfate-containing process water.
Die chemische Zusammensetzung des erfindungsgemäßen mineralischen Füllstoffs auf Basis von Calciumaluminiumsulfat (CASUL) bzw. des erfin dungsgemäßen mineralischen Baustoff-Additivs auf Basis von Calciumalumi niumsulfat im Gemisch und/oder in chemischer Bindung mit Calciumcarbonat (CARBOSUL) entspricht Mehrstoffsystemen mit folgender SummenformelThe chemical composition of the mineral according to the invention Filler based on calcium aluminum sulfate (CASUL) or invented Mineral building material additive according to the invention based on calcium aluminum niumsulfate in a mixture and / or in a chemical bond with calcium carbonate (CARBOSUL) corresponds to multi-component systems with the following formula
CASUL xCaO·yAl₂O₃·zCaSO₄·βH₂O
x = 2-4, y = 1-2, z = 3-4, β = 25-35
CARBOSUL xCaO·yAl₂O₃·zCaSO₄·aCaCO₃·βH₂O
x = 2-4, y = 1-2, z = 2-4, a = 1-3, β = 10-30CASUL xCaO · yAl₂O₃ · zCaSO₄ · βH₂O x = 2-4, y = 1-2, z = 3-4, β = 25-35
CARBOSUL xCaO · yAl₂O₃ · zCaSO₄ · aCaCO₃ · βH₂O x = 2-4, y = 1-2, z = 2-4, a = 1-3, β = 10-30
Füllstoffe, insbesondere mineralische Füllstoffe, werden in großem Umfang unter anderem in der Kunststoff-, Farben-, Reifen- und Keramikindustrie sowie insbesondere in der Zellstoff- und Papierindustrie verwendet.Fillers, especially mineral fillers, are used on a large scale among others in the plastics, paint, tire and ceramic industries as well used especially in the pulp and paper industry.
Papier, Karton und Pappe wird beispielsweise aus einer wäßrigen Suspension (Stoff) im wesentlichen durch Entwässern, Trocknen und Pressen hergestellt. Dabei werden neben Faserstoffen wie Cellulose und Holzschliff unter anderem Füllstoffe, vorzugsweise die natürlichen Minerale Kaolin (Aluminosilicate) und Kreide (Calciumcarbonat), verwendet. Je nach Anforderung an die Papier bzw. Kartonqualität (Bedruckbarkeit, Weißgrad, Glanz, Festigkeit und dgl.) ist der mengenmäßige Einsatz von Füllstoffen jedoch begrenzt. In der Regel liegt er bei 10 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Papiergewicht. In Deutschland wer den in der Papierindustrie pro Jahr etwa 3 Millionen Tonnen Füllstoffe ver braucht.Paper, cardboard and cardboard, for example, are made from an aqueous suspension (Fabric) mainly produced by dewatering, drying and pressing. In addition to fiber materials such as cellulose and wood pulp, among other things Fillers, preferably the natural minerals kaolin (aluminosilicates) and Chalk (calcium carbonate) used. Depending on the requirements of the paper or cardboard quality (printability, whiteness, gloss, strength and the like) however, the quantitative use of fillers is limited. Usually lies he at 10 to 25 wt .-%, based on the paper weight. In Germany who the approximately 3 million tons of fillers used in the paper industry each year needs.
Mineralische Natur-Füllstoffe müssen abgebaut, gereinigt (z. B. gewaschen) und gemahlen werden. Höhere Qualitätsanforderungen der Füllstoff- Verarbeiter haben dazu geführt, daß vermehrt synthetische Präzipitate, vor zugsweise gefälltes Calciumcarbonat, eingesetzt werden. Man hat auch be reits mehrfach versucht, Gips (Calciumsulfat) als Füllstoff einzusetzen, insbe sondere die in großen Mengen anfallenden Reaktionsprodukte aus den Rauchgas-Entschwefelungsanlagen von Kraftwerken (REA-Gips). Dies schei terte bisher daran, daß Calciumsulfat bis zu einer Konzentration von etwa 2 g SO₄2- pro Liter wasserlöslich ist und keine ausreichende "Weiße" erreicht wur de. Bei der Papierherstellung kommt es im Prozeßwasserkreislauf zu einer Anreicherung von gelöstem Calciumsulfat und daher zu unerwünschten Abla gerungen sowie zu mikrobiologischen Problemen (beispielsweise durch Bak terien wie Desulfovibrio oder Desulfazomaculum).Mineral natural fillers must be mined, cleaned (e.g. washed) and ground. Higher quality requirements of the filler processors have led to the fact that synthetic precipitates, preferably calcium carbonate, are increasingly used. Attempts have also been made several times to use gypsum (calcium sulfate) as a filler, in particular the large quantities of reaction products from the flue gas desulphurization plants of power plants (REA gypsum). This has so far failed because calcium sulfate is water-soluble up to a concentration of about 2 g SO₄ 2- per liter and insufficient "whiteness" has been achieved. In papermaking, there is an accumulation of dissolved calcium sulfate in the process water cycle and therefore undesirable deposits and microbiological problems (for example due to bacteria such as Desulfovibrio or Desulfazomaculum).
In der Papierindustrie wird bereits ein Calciumaluminiumsulfat-Präzipitat unter der Bezeichnung "Satinweiß" oder "Glanzpigment" als Streichpigment für hochwertige Papiere eingesetzt. Dieses Produkt wird aus den Rohstoffen Aluminiumsulfat und Kalkhydrat nach der folgenden Reaktionsgleichung ge wonnen:A calcium aluminum sulfate precipitate is already being used in the paper industry the name "satin white" or "gloss pigment" as a coating pigment for high quality papers used. This product is made from the raw materials Aluminum sulfate and hydrated lime according to the following reaction equation won:
Al₂(SO₄)₃ + 6Ca(OH)₂ + 25H₂O → Ca₆Al₂((OH)₄)SO₄)₃*5H₂O {Satinweiß}Al₂ (SO₄) ₃ + 6Ca (OH) ₂ + 25H₂O → Ca₆Al₂ ((OH) ₄) SO₄) ₃ * 5H₂O {satin white}
Dabei entsteht jedoch eine Suspension mit geringem Feststoffgehalt und die Herstellung ist aufwendig und teuer.However, this creates a suspension with a low solids content and the Manufacturing is complex and expensive.
Andererseits sind bereits Fällungsverfahren entwickelt worden, um den Sulfat gehalt in Prozeß- und Abwässern zu vermindern. Dabei wird unter Zugabe von Kalk und Aluminaten schwerlösliches Calciumaluminiumsulfat (Ettringit) gebil det. Nachteilig an diesen Verfahren ist, daß die Fällungsreaktion bei hohen pH-Werten von 11,5 bis 12,5 stattfinden muß. Daher hat auch das Abwasser bzw. Prozeßwasser einen hohen pH-Wert und kann ohne nachfolgende Neu tralisation auf pH-Werte von unter 9,0 nicht abgeleitet und weiterverwendet werden. Weiterhin tritt bei diesen bekannten Verfahren das Problem auf, daß aus 1 g Sulfat ca. 4,5 g Feststoff entstehen, der bisher mit hohen Kosten ent sorgt werden mußte, so daß sich die Sulfatfällung aus Kostengründen bisher nicht etablieren konnte.On the other hand, precipitation processes have already been developed for the sulfate to reduce content in process and waste water. It is with the addition of Lime and aluminates poorly soluble calcium aluminum sulfate (ettringite) gebil det. A disadvantage of this process is that the precipitation reaction at high pH values from 11.5 to 12.5 must take place. Hence the wastewater or process water has a high pH value and can be used without subsequent new talization to pH values below 9.0 not derived and reused will. Furthermore, the problem arises with these known methods that About 4.5 g of solid are formed from 1 g of sulfate, which previously ent ent high costs had to be taken care of, so that the sulfate precipitation for cost reasons so far could not establish.
Aufgabe der Erfindung war es, einen neuen mineralischen Füllstoff bzw. ein Baustoff-Additiv mit verbesserten Eigenschaften zu entwickeln, der (das) auf wirtschaftliche und ökologisch sinnvolle Weise hergestellt und an die Anwen dungsbedingungen angepaßt werden kann.The object of the invention was to provide a new mineral filler or Building material additive with improved properties to develop the (that) on produced economically and ecologically sensible and to the users conditions can be adjusted.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst werden kann, daß die für die Abtrennung von Sulfat aus Prozeß- und Abwäs sern bereits bekannte Sulfatfällung, die bei hohen pH-Werten durchgeführt werden muß, mit einer Neutralisation kombiniert wird, wobei ein Präzipitat mit besonders vorteilhaften Eigenschaften entsteht, das einen wertvollen Füllstoff darstellt. Dies gilt vor allem für die suspendierte Form des eingedickten Prä zipitats, weil der pH-Wert von etwa 10 anwendungskonform ist. It has now been found that this object is achieved in accordance with the invention can be that for the separation of sulfate from process and waste water also known sulfate precipitation, which is carried out at high pH values must be combined with a neutralization, a precipitate with particularly advantageous properties, which is a valuable filler represents. This is especially true for the suspended form of the thickened pre zipitats because the pH value of about 10 conforms to the application.
Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines mineralischen Füllstoffs bzw. Baustoff-Additivs auf Basis von Calciumaluminiumsulfat (CASUL), gegebenenfalls im Gemisch und/oder in chemischer Bindung mit Calciumcarbonat (CARBOSUL), das dadurch gekenn zeichnet ist, daß man ein sulfathaltiges Medium mit mindestens einer reaktiven Calciumverbindung und mindestens einer reaktiven Aluminiumverbindung kombiniert unter Einstellung eines pH-Wertes von <11, gegebenenfalls Calci umcarbonat zugibt und Kohlendioxid einleitet zur Durchführung einer Teilneu tralisation bis zu einem pH-Wert von 8 bis 11, vorzugsweise 9,5 bis 10,5, und das entstehende amorphe bis feinkristalline Präzipitat abtrennt und gegebe nenfalls entwässert.According to a first aspect, the invention relates to a method for Production of a mineral filler or building material additive based on Calcium aluminum sulfate (CASUL), optionally in a mixture and / or in chemical bond with calcium carbonate (CARBOSUL), thereby known is that you have a sulfate-containing medium with at least one reactive Calcium compound and at least one reactive aluminum compound combined with a pH of <11, optionally calci umcarbonate adds and introduces carbon dioxide to carry out a part new stabilization up to a pH of 8 to 11, preferably 9.5 to 10.5, and the resulting amorphous to fine crystalline precipitate is separated off and added if necessary drained.
Gewünschtenfalls kann das Präzipitat nach dem Abtrennen und Entwässern auch getrocknet, bei 200-1000°C calciniert und gemahlen werden.If desired, the precipitate can be removed and drained also dried, calcined at 200-1000 ° C and ground.
Vorzugsweise verwendet man als sulfathaltiges Medium verdünnte Schwefel säure, insbesondere Abfallsäure, oder eine sulfathaltige Lösung, insbesondere sulfathaltiges Wasser, Abwasser oder Prozeßwasser. Besonders gut geeignet als sulfathaltiges Medium ist eine Lösung oder Suspension von Gips, vor zugsweise Gips aus Rauchgasentschwefelungsanlagen (REA-Gips).Dilute sulfur is preferably used as the sulfate-containing medium acid, especially waste acid, or a sulfate-containing solution, in particular sulfate-containing water, waste water or process water. Particularly suitable a solution or suspension of gypsum is available as the sulfate-containing medium preferably gypsum from flue gas desulphurization plants (REA gypsum).
Als reaktive Calciumverbindung verwendet man vorzugsweise Kalkmilch (Kalkhydrat bzw. Ca(OH)₂) oder Calciumcarbonat, insbesondere gemahlenes oder in Wasser suspendiertes Calciumcarbonat.Lime milk is preferably used as the reactive calcium compound (Hydrated lime or Ca (OH) ₂) or calcium carbonate, especially ground or calcium carbonate suspended in water.
Als reaktive Aluminiumverbindung verwendet man wasserlösliche Aluminium- Salze, vorzugsweise ein wasserlösliches alkalisches Aluminiumsalz, insbe sondere Natriumaluminat. Eine besonders gut geeignete aktive Aluminium verbindung ist eine alkalische Natriumaluminatlösung, speziell eine Abfallbeiz lauge, wie sie bei der Oberflächenbehandlung von Aluminiummetall erhalten wird. Die wirksamen Komponenten der alkalischen Natriumaluminatlösung bzw. Abfallbeizlauge Na₂O und Al₂O₃ liegen vorzugsweise in einem Molver hältnis von (1,2 bis 5,0):1, insbesondere von (1,4 bis 2,5):1, vor.Water-soluble aluminum is used as the reactive aluminum compound. Salts, preferably a water-soluble alkaline aluminum salt, esp special sodium aluminate. A particularly well suited active aluminum compound is an alkaline sodium aluminate solution, especially a waste pickle alkali, as obtained in the surface treatment of aluminum metal becomes. The effective components of the alkaline sodium aluminate solution or waste pickling solution Na₂O and Al₂O₃ are preferably in a molver Ratio of (1.2 to 5.0): 1, in particular of (1.4 to 2.5): 1.
Als reaktive Aluminiumverbindung kann aber auch eine saure Aluminiumsalz lösung, vorzugsweise eine Aluminiumsulfat-, Aluminiumchlorid- und/oder Alu miniumnitratlösung, verwendet werden.An acidic aluminum salt can also be used as the reactive aluminum compound solution, preferably an aluminum sulfate, aluminum chloride and / or aluminum minium nitrate solution can be used.
Zur Durchführung der Fällungsreaktion verwendet man vorzugsweise kohlen dioxidhaltige Rauch- oder Abgase, insbesondere solche aus Anlagen zur Ver brennung fossiler Brennstoffe, speziell aus Kraftwerken.Carbon is preferably used to carry out the precipitation reaction Dioxide-containing smoke or exhaust gases, especially those from plants for ver burning fossil fuels, especially from power plants.
Die reaktive(n) Aluminiumverbindung(en) wird(werden) vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 1,0, insbesondere von 0,2 bis 0,4 g Aluminium (Al) pro g gefälltes Sulfat (SO₄2-) eingesetzt.The reactive (n) aluminum compound (s) is (are) preferably used in an amount of 0.1 to 1.0, in particular 0.2 to 0.4 g of aluminum (Al) per g of precipitated sulfate (SO₄ 2- ) .
Die reaktive(n) Calciumverbindung(en) wird(werden) vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 5,0 g, insbesondere von 0,5 bis 1,5 g Calcium (Ca) pro g gefälltes Sulfat (SO₄2-) eingesetzt.The reactive calcium compound (s) is (are) preferably in an amount of 0.5 to 5.0 g, in particular 0.5 to 1.5 g calcium (Ca) per g precipitated sulfate (SO ( 2- ) used.
Reaktives Kohlendioxid wird vorzugsweise in einer Menge zur Erzielung eines pH-Wertes von 8 bis 11, vorzugsweise von 9,5 bis 10,5, verwendet.Reactive carbon dioxide is preferably used in an amount to achieve a pH from 8 to 11, preferably from 9.5 to 10.5, is used.
Zur Durchführung der Fällung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorzugsweise die sulfathaltige Komponente vorgelegt und die übrigen Reaktanten werden in der Reihenfolge reaktive Aluminiumverbindung, reaktive Calciumverbindung und reaktives Kohlendioxid zugegeben. Zur Her stellung eines besonders feindispersen Präzipitats ist es jedoch bevorzugt, die reaktive Calciumverbindung vorzulegen und danach die reaktive Aluminium verbindung zuzugeben.To carry out the precipitation according to a preferred embodiment of the Invention is preferably submitted to the sulfate-containing component and the other reactants are reactive aluminum compound in the order, reactive calcium compound and reactive carbon dioxide added. To Her position of a particularly finely dispersed precipitate, however, it is preferred that Submit reactive calcium compound and then the reactive aluminum admit connection.
Die Fällungsreaktion wird vorzugsweise in einer Behandlungszone, insbeson dere in einem Rührwerksbehälter unter Rühren, oder in mehreren Behand lungszonen, insbesondere in drei hintereinander geschalteten Behältern unter Rühren, kontinuierlich durchgeführt.The precipitation reaction is preferably carried out in a treatment zone, in particular in a stirrer tank with stirring, or in several treatments development zones, in particular in three containers connected in series Stir continuously.
Die Fällung wird vorzugsweise innerhalb einer Reaktionszeit von 1 bis 300 min, insbesondere 10 bis 30 min, durchführt.The precipitation is preferably within a reaction time of 1 to 300 min, in particular 10 to 30 min.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Präzipitat nach der Fällung einer Sedimentation und Eindickung, insbesondere in einem Absitzbecken, unterworfen. Zur Durchführung der Sedimentation und Eindic kung des Präzipitats gibt man vorzugsweise eine Lösung mindestens eines organischen Polyelektrolyts, insbesondere eines solchen auf Basis von Po ly(meth)acrylaten oder Poly(meth)acrylamiden, zu. Das Poly(meth)acrylat oder Poly(meth)acrylamid wird dabei vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 20 ppm zugegeben.According to a preferred embodiment of the invention, the precipitate after sedimentation and thickening, especially in one Settlement pool, subjected. To carry out sedimentation and indentation The precipitate is preferably given a solution of at least one organic polyelectrolyte, especially one based on Po ly (meth) acrylates or poly (meth) acrylamides. The poly (meth) acrylate or Poly (meth) acrylamide is preferably used in an amount of 5 to 20 ppm added.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Präzipitat mechanisch entwässert, vorzugsweise unter Verwendung einer Kammerfilterpresse oder eines Vakuumbandfilters, und anschließend gegebe nenfalls getrocknet und gemahlen.According to a further preferred embodiment of the invention, the Mechanically dewatered precipitate, preferably using a Chamber filter press or a vacuum belt filter, and then given if necessary, dried and ground.
Das entwässerte und gegebenenfalls getrocknete und gemahlene Präzipitat wird vorzugsweise in Wasser wieder suspendiert und als Füllstoff-Slurry ver wendet.The dewatered and optionally dried and ground precipitate is preferably resuspended in water and used as a filler slurry turns.
Es ist aber auch möglich, das entwässerte Präzipitat vorzugsweise bei 200 bis 1000°C, insbesondere bei 400 bis 900°C, zu calcinieren und anschließend zur Herstellung eines Abbindebeschleunigers für hydraulische Baustoffe, z. B. für Zemente und Gipse, zu mahlen.However, it is also possible for the dewatered precipitate to be preferably at 200 to Calcine 1000 ° C, especially at 400 to 900 ° C, and then to Manufacture of a setting accelerator for hydraulic building materials, e.g. B. for Cements and gypsum to grind.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung des Prä zipitates, wie vorstehend beschrieben bzw. hergestellt als Füllstoff- oder Streichpigment-Suspension zur Herstellung von Zellstoff, Papier, Pappe oder Karton sowie als allgemeiner Füllstoff, z. B. bei der Herstellung von Kunststof fen.According to a further aspect, the invention relates to the use of the pre zipitates as described above or produced as a filler or Coating pigment suspension for the production of cellulose, paper, cardboard or Cardboard as well as a general filler, e.g. B. in the production of plastic fen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwen dung des Präzipitats im entwässerten, calcinierten und gemahlenen Zustand als Abbindebeschleuniger in der Baustoff-lndustrie. Zur Zeit werden als Abbin debeschleuniger für Zemente, z. B. für Portlandzement oder für Spritzbeton, Calciumaluminate oder Natriumaluminate eingesetzt. Diese Verbindungen be schleunigen die beim Abbinden von Zementmörtel wichtige Reaktion mit Tri calciumaluminat zum Zement-Endprodukt "Monosulfat".In another aspect, the present invention relates to uses Formation of the precipitate in the dewatered, calcined and ground state as a setting accelerator in the building materials industry. Currently Abbin accelerator for cements, e.g. B. for Portland cement or for shotcrete, Calcium aluminates or sodium aluminates are used. These connections be accelerate the reaction with Tri that is important when setting cement mortar calcium aluminate for the final cement product "monosulfate".
Das erfindungsgemäß gewonnene Präzipitat CASUL entspricht nach der Calcinierung bei über 200°C einem Ettringit-Dehydrat und reagiert stürmisch unter starker Wärmeentwicklung wieder mit Wasser. Die heute als Beschleu niger meist eingesetzten Calciumaluminate reagieren weitaus träger und sind aufgrund aufwendiger Herstellungsverfahren (Kalk + Aluminiumhydrat) teuer. Mit dem erfindungsgemäß hergestellten Produkt können somit technische-wie auch wirtschaftliche Vorteile erzielt werden.The precipitate CASUL obtained according to the invention corresponds to the Calcination at over 200 ° C an ettringite dehydrate and reacts violently with strong heat again with water. The one today as an obstruction less commonly used calcium aluminates react far more sluggishly and are expensive due to complex manufacturing processes (lime + aluminum hydrate). The product manufactured according to the invention can thus be technical-like economic benefits can also be achieved.
Schließlich betrifft die Erfindung auch die Anwendung des vorstehend be schriebenen Verfahrens zur Reinigung von Abwasser, vorzugsweise von sul fathaltigem Abwasser, sowie zur Reinigung von Prozeßwässern, vorzugsweise von sulfathaltigen Prozeßwässern der Zellstoff- und Papierindustrie.Finally, the invention also relates to the application of the above Written method for the purification of waste water, preferably sul wastewater containing waste, and for cleaning process water, preferably of sulfate-containing process water from the pulp and paper industry.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ökologisch bedeutsam, weil die Gewin nung eines Wertstoffes mit der Lösung eines Abwasser- und Abgasproblems gekoppelt werden kann. Sulfathaltige Prozeß- und Abwässer und kohlendi oxidhaltige Abgase können erfindungsgemäß umweltschonend gereinigt wer den. Dieser Recyclingprozeß ist vor allem für die Papier- und Baustoffindustrie von Bedeutung. The method according to the invention is ecologically significant because of the profit a valuable material with the solution of a waste water and exhaust gas problem can be coupled. Process and wastewater containing sulphate and coal-di According to the invention, oxide-containing exhaust gases can be cleaned in an environmentally friendly manner the. This recycling process is primarily for the paper and building materials industry significant.
Erfindungsgemäß steht nicht die Lösung eines Abwasserproblems im Vorder grund, sondern die Gewinnung und Kommerzialisierung eines neuen minerali schen Füllstoffs bzw. Baustoff-Additivs. Darüber hinaus wird mit dem erfin dungsgemäßen Fällungsverfahren der Einsatz von Gips als Füllstoff ermög licht, weil das Problem der Sulfatrücklösung in Prozeßkreislaufwässern erfin dungsgemäß gelöst wird. Darüber hinaus eröffnen sich zusätzliche Verwen dungsmöglichkeiten für den bei der Rauchgasreinigung von Rauchgasent schwefelungsanlagen (REA) entstehenden Gips (REA-Gips).According to the invention, the solution of a wastewater problem is not in the foreground reason, but the extraction and commercialization of a new minerali filler or building material additive. In addition, with the invent precipitation process according to the invention enables the use of gypsum as a filler light because invented the problem of sulfate redissolution in process cycle water is solved accordingly. In addition, additional uses open up Possibilities for the flue gas cleaning of flue gas Sulfur plants (REA) resulting gypsum (REA gypsum).
Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Füllstoff als Präzipitat einer Fällungsreaktion gewonnen, bei der die sulfathal tige Komponente in Form beispielsweise von verdünnter Schwefelsäure oder sulfathaltigen Prozeß- oder Abwässern oder einer Gips-Suspension vorgelegt, mit reaktiven Calcium- und Aluminiumverbindungen auf einen pH-Wert von <12 eingestellt und je nach Verwendung des Fällungsprodukts gleichzeitig mit Calciumcarbonat versetzt und mit Kohlendioxid bis zu einem pH-Wert von 9 bis 12, vorzugsweise von 9,5 bis 10,0, teilneutralisiert wird. Dabei entsteht ein amorphes bis feinkristallines weißes Präzipitat, das vorzugsweise als Füllstoff in der Zellstoff- und Papierindustrie verwendet werden kann. Dieses Präzipitat kann aber auch nach dem Entwässern getrocknet und calciniert werden zur Herstellung eines Baustoff-Additivs mit besonders vorteilhaften Eigenschaften.In the practical implementation of the method according to the invention Filler obtained as a precipitate of a precipitation reaction in which the sulfate term component in the form of, for example, dilute sulfuric acid or submitted to process or waste water containing sulfate or a gypsum suspension, with reactive calcium and aluminum compounds to a pH of <12 set and, depending on the use of the precipitation product, simultaneously with Calcium carbonate mixed with carbon dioxide up to a pH of 9 to 12, preferably from 9.5 to 10.0, is partially neutralized. This creates a Amorphous to fine crystalline white precipitate, which is preferably used as a filler can be used in the pulp and paper industry. This precipitate but can also be dried and calcined after dewatering Production of a building material additive with particularly advantageous properties.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.The invention is illustrated by the following examples, but without to be limited to that.
Es wurde ein Abwasser einer Papier- und Zellstoffabrik mit einem Sulfatgehalt
von 1208 mg/l verwendet. In einen Reaktor wurden unter Rühren eingeführt:
1000 l Prozeß-Abwasser mit 1208 mg/l SO₄ (= 1,2 kg Sulfatfracht)
4,3 kg Natriumaluminatlösung mit 7 Gew.-% Al und 18 Gew.-% Na₂O
(entsprechend 0,25 g Al pro 1 g SO₄2-)
2,0 kg Calciumhydroxid mit 52 Gew.-% Ca (entsprechend 1,04 g Ca pro 1 g
SO₄2-).Waste water from a paper and pulp mill with a sulfate content of 1208 mg / l was used. The following were introduced into a reactor with stirring:
1000 l process waste water with 1208 mg / l SO l (= 1.2 kg sulfate load)
4.3 kg of sodium aluminate solution with 7% by weight Al and 18% by weight Na₂O (corresponding to 0.25 g Al per 1 g SO₄ 2- )
2.0 kg calcium hydroxide with 52 wt .-% Ca (corresponding to 1.04 g Ca per 1 g SO₄ 2- ).
Bei einem pH-Wert von 12,1 entstand ein weißer Calciumaluminiumsulfat (CASUL)-Niederschlag. Nach einer Reaktionszeit von 15 min wurde in der fil trierten Abwasser-Probe noch ein Rest-Sulfatgehalt von 168 mg/l gemessen, d. h. die Sulfatkonzentration hatte um 86% abgenommen.A white calcium aluminum sulfate was formed at a pH of 12.1 (CASUL) precipitation. After a reaction time of 15 min, the fil a residual sulfate content of 168 mg / l was measured, d. H. the sulfate concentration had decreased by 86%.
Das weiße feinstkristalline CASUL-Präzipitat wurde durch Zugabe einer anio nischen Polyelektrolytlösung eines Copolymerisats von Acrylamid + Na-Acrylat zur Sedimentation gebracht, eingedickt und am Reaktorboden als Suspension abgezogen. Die Suspension wurde direkt als Füllstoff bei der Papierherstel lung eingesetzt.The white ultrafine crystalline CASUL precipitate was by adding an anio African polyelectrolyte solution of a copolymer of acrylamide + Na acrylate brought to sedimentation, thickened and on the reactor floor as a suspension deducted. The suspension was used directly as a filler at papermaking lung used.
Das gleiche Prozeß-Abwasser wie in Beispiel 1 wurde zberst mit 2 kg Calci umcarbonat pro 1 m³ Abwasser versetzt und anschließend nach Beispiel 1 be handelt. Es entstand ein Präzipitat, bei dem die Calciumcarbonat-Teilchen in die sich bildenden CASUL-Kristalle eingelagert wurden. Der Sulfatgehalt des Prozeß-Abwassers wurde von 1208 mg auf 184 mg/l, d. h. um 87% vermindert.The same process waste water as in Example 1 was burst with 2 kg of calci umcarbonate per 1 m³ of wastewater and then be according to Example 1 acts. A precipitate was formed in which the calcium carbonate particles in the CASUL crystals that formed were stored. The sulfate content of Process wastewater was increased from 1208 mg to 184 mg / l, i.e. H. reduced by 87%.
Das entstandende weiße, feinstkristalline CARBOSUL-Präzipitat wurde durch Zugabe einer Polyelektrolytlösung zur Sedimentation gebracht, eingedickt und am Reaktorboden als Suspension abgezogen. Die Suspension wurde direkt als Füllstoff bei der Papierherstellung eingesetzt. Der Calciumcarbonat-haltige Füllstoff ergab eine deutlich bessere Opazität (Deckkraft) und eine verbesserte Bedruckbarkeit des Papiers. The resulting white, very fine crystalline CARBOSUL precipitate was through Addition of a polyelectrolyte solution brought to sedimentation, thickened and withdrawn as a suspension from the reactor bottom. The suspension became direct used as a filler in papermaking. The one containing calcium carbonate Filler showed a significantly better opacity and an improved Printability of the paper.
Eine Suspension aus REA-Gips wurde in einem Rührkessel wie nachstehend
angegeben mit Kalk und Natriumaluminatlösung versetzt:
1000 l Prozeß-Abwasser mit 1208 mg/l SO₄2- (entsprechend 1,2 kg Sulfat
fracht)
100 kg REA-Gips
100 kg Natriumaluminatlösung mit 7 Gew.-% Al und 18 Gew.-% Na₂O
10 kg Calciumoxid (Branntkalk)
Durch die Zugabe von Branntkalk trat eine Wärmeentwicklung auf, so daß die
chemische Reaktion und Umkristallisation zu CASUL beschleunigt wurde und
innerhalb von 5 h abgeschlossen war. Es entstand eine sämige, absetzstabile
Suspension, die als Streichpigment bei der Papierherstellung eingesetzt wur
de.A suspension of FGD gypsum was mixed with lime and sodium aluminate solution in a stirred kettle as follows:
1000 l process wastewater with 1208 mg / l SO ( 2- (corresponding to 1.2 kg sulfate load)
100 kg REA gypsum
100 kg of sodium aluminate solution with 7 wt .-% Al and 18 wt .-% Na₂O
10 kg calcium oxide (quicklime)
The addition of quicklime gave rise to heat, so that the chemical reaction and recrystallization to CASUL was accelerated and completed within 5 hours. The result was a creamy, settling-stable suspension that was used as a coating pigment in papermaking.
Die in Beispiel 3 erhaltene Suspension wurde auf einer Kammerfilterpresse entwässert und bei 550°C getrocknet (calciniert). Das calcinierte Produkt wur de gemahlen und als Abbinde-Beschleuniger für Zement eingesetzt. Durch Zusatz von 8% CASUL konnte Portland-Zement schneller abgebunden wer den. Die Erstarrungszeit wurde von 30 h auf 5 min reduziert.The suspension obtained in Example 3 was on a chamber filter press dewatered and dried at 550 ° C (calcined). The calcined product was de ground and used as a setting accelerator for cement. By Adding 8% CASUL made it easier for Portland cement to set the. The setting time was reduced from 30 h to 5 min.
Claims (25)
- a) reaktive Aluminiumverbindung: 0,1 bis 1,0, vorzugsweise 0,2 bis 0,4 g Aluminium (Al) pro g gefälltes Sulfat (SO₄2-);
- b) reaktive Calciumverbindung: 0,5 bis 5,0 g, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 g, Calcium (Ca) pro g gefälltes Sulfat (SO₄2-) und
- c) reaktives Kohlendioxid in einer Menge zur Erzielung eines pH-Wertes von 8 bis 11, vorzugsweise von 9,5 bis 10,5.
- a) reactive aluminum compound: 0.1 to 1.0, preferably 0.2 to 0.4 g of aluminum (Al) per g of precipitated sulfate (SO) 2- );
- b) reactive calcium compound: 0.5 to 5.0 g, preferably 0.5 to 1.5 g, calcium (Ca) per g of precipitated sulfate (SO₄ 2- ) and
- c) reactive carbon dioxide in an amount to achieve a pH of 8 to 11, preferably from 9.5 to 10.5.
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