DE19638960C2 - Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes mit Schadstoffimmobilisierungs- und Dichtungseigenschaften - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes mit Schadstoffimmobilisierungs- und Dichtungseigenschaften

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes mit Schadstoffimmobilisierungs- und Dichtungseigenschaften, wobei Braunkohlenflugaschen verwendet werden. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Nachteil des Standes der Technik dadurch zu beseitigen, daß verschiedene Abprodukte unter Beachtung ihrer Eigenschaften zu einem Produkt vermischt werden, das schadstoffimmobilisierend und nach kurzer Zeit auslaugsicher und dicht ist. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß eine Mischung so hergestellt wird, daß sie zumindest Braunkohlenflugasche und ein Fällungsprodukt, welches aus einer Sulfatfällungsstufe einer Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) eines mit schwefelreicher Braunkohle betriebenen Kraftwerks stammt, durch welche es zu einer Anreicherung von Magnesiumsulfat im REA-Wasser kommt, und welches nach der Sulfatfällungsstufe auf einen Feststoffanteil, der hauptsächlich Magnesiumhydroxid sowie als weitere Bestandteile REA-Gips und feine Inertstoffe aufweist, von 25 bis 300 g/l eingedickt wird, enthält, und in der Mischung das eingedickte Fällungsprodukt und die Braunkohlenflugasche auf ein Verhältnis von 0,2 bis 1,2 eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes mit Schad­ stoffimmobilisierungs- und Dichtungseigenschaften, wobei Braunkohlenfluga­ schen verwendet werden.
Bekannt ist zur herkömmlichen Abdichtung von Deponien, tonhaltige Baustoffe als Basisabdichtungen zu verwenden. Diese wurden mit Kunststoffolien zur Vermeidung von Sickerwasserabfluß in das Grundwasser kombiniert. Der be­ schriebene Aufbau ist außerordentlich kostenintensiv und erfordert einen hohen Herstellungsaufwand.
Des weiteren ist es bekannt, schadstoffbeladene Stoffe mit Asche ggf. unter Wasserzugabe unter Einstellung eines Wasser/Asche-Verhältnisses zwischen 0,23 und 0,35 zu vermischen und anschließend im Ruhezustand vollständig zu hydratisieren (WO 88/02739). Hier wird ebenfalls die Verwendung verschiede­ ner Aschen in Verbindung mit Abwässern der REA sowie anderen schadstoff­ belasteten Stoffen für den Einsatz in Deponien beschrieben.
Nachteil des Verfahrens ist, daß relativ geringe Wasser/Flüssigkeitsmengen zum Einsatz kommen, wobei einerseits mehr Asche benötigt wird und anderer­ seits schlechtere Baustoffeigenschaften erreicht werden.
Weiterhin bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung einer zu einem Bau- und/oder Dichtungsstoff hydratationsfähigen Masse unter Verwendung von Fil­ terasche (DE-PS 41 03 412). In diesem Verfahren wird die Herstellung eines Aschebetons aus mindestens zwei Filteraschen und/oder Filteraschekompo­ nenten unterschiedlicher Körnungsbänder beschrieben, wobei der jeweilige Wasseranspruch ermittelt und im bestimmten Mischungsverhältnis eine Disper­ sion hergestellt wird. Das Verfahren beschreibt kompliziert und wenig nachvoll­ ziehbar die Ermittlung der verschiedenen Wasseransprüche der Ausgangsmate­ rialien und kommt über rein mathematische Berechnungsmethoden zu Anteils­ faktoren der Ausgangsstoffe. Quell- und Treiberscheinungen der Aschen wer­ den nicht beseitigt. Das Gemisch ist als Dichtungsmaterial für Deponien und als Baustoff nicht geeignet.
Es ist bekannt, aus Kraftwerksasche und einer direkt abgezogenen REA- Wasser-Suspension ein hydraulisch erhärtbares Produkt herzustellen, das als Baustoff verwendet werden kann (US-PS 5.256.197).
Eine ähnliche Mischung wird auch in der DE-PS 33 47 234 beschrieben, wobei diese zum einfachen Verfüllen von Tagebaurestlöchern zum Einsatz kommt. Beide Mischungen weisen keine speziellen Schadstoffimmobilisierungs- und Dichtungseigenschaften auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Nachteil des Standes der Tech­ nik dadurch zu beseitigen, daß verschiedene Abprodukte unter Beachtung ihrer Eigenschaften zu einem Produkt vermischt werden, das schadstoffimmobilisie­ rend und nach kurzer Zeit auslaugsicher und dicht ist.
Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß eine Mischung so hergestellt wird, daß sie zumindest Braunkohlenflugasche und ein Fällungsprodukt, wel­ ches aus einer Sulfatfällungsstufe einer Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) eines mit schwefelreicher Braunkohle betriebenen Kraftwerks stammt, durch welche es zu einer Anreicherung von Magnesiumsulfat im REA-Wasser kommt, und welches nach der Sulfatfällungsstufe auf einen Feststoffanteil, der hauptsächlich Magnesiumhydroxid sowie als weitere Bestandteile REA-Gips und feine Inertstoffe aufweist, von 25 bis 350 g/l, eingedickt wird, enthält, und in der Mischung das eingedickte Fällungsprodukt und die Braunkohlenflugasche auf ein Verhältnis von 0,2 bis 1,2 eingestellt wird.
Bei der nassen Reinigung der Rauchgase aus mit fossilen Brennstoffen, vor­ zugsweise schwefelreicher Braunkohle, betriebenen Kraftwerksanlagen kommt es zu einer Anreicherung von Magnesiumsulfat im REA-Wasser, wodurch der Entschwefelungsprozeß negativ beeinflußt wird.
Zur Vermeidung dieses Effektes erfolgt eine Zugabe von Kalkhydrat, wodurch Sulfat gefällt wird.
Dabei entsteht ein Produkt, das im wesentlichen aus Magnesiumhydroxid, Gips und in der Suspension enthaltenen feinen Inertstoffen besteht. Die Suspension wird entweder im Originalanfallzustand oder gipsabgereichert, z. B. mittels Zy­ klon in einer nachgeschalteten Anlage, eingedickt.
Beim Anfeuchten kalkreicher Aschen mit dem dabei entstehenden Schlamm wurde überraschend gefunden, daß insbesondere kalk- und sulfatreiche Braun­ kohlenflugaschen, die normalerweise zu starken Treiberscheinungen neigen und erst nach längeren Lagerungszeiten im Wasser beständig sind, deutlich höhere Festigkeiten, geringe Wasserdurchlässigkeiten und eine nur sehr gerin­ ge Volumenzunahme aufweisen.
Die Wasserbeständigkeiten werden bereits nach sehr kurzer Zeit ohne die Zu­ gabe sonstiger Bindemittel, z. B. nach 12 Stunden erreicht.
Das Gemisch kann als Dichtungsmaterial in Deponien, als Baustoff für Straßen- bzw. Flächenbefestigungen sowie zur dauerhaften Immobilisierung von schad­ stoffbelasteten Stoffen eingesetzt werden.
Darüber hinaus wurde gefunden, daß ähnlich gute Eigenschaften eines Gemi­ sches von Kraftwerksaschen anderer Zusammensetzung mit dem genannten Schlamm erzielt werden können.
Anhand zweier Ausführungsbeispiele soll nachfolgend die Erfindung näher er­ läutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt das Verfahrensschema.
Der in der erfindungsgemäßen REA 1 verwandte Branntkalk 10 enthält stets Mg-Bestandteile. Die mitteldeutsche Braunkohle weist im hohen Maße Chlor­ verbindungen auf.
Daraus resultiert, daß sich im REA-Sumpf 2, bedingt durch den Entschwefe­ lungsvorgang, MgSO4.nH2O + MgCl2.6H2O anreichert.
Die Löslichkeit beider Verbindungen beträgt im Normalfall für beide Verbindun­ gen bis zu 530 g/l.
Diese Verbindungen behindern die Gipsbildung und müssen deshalb aus dem REA-Prozeß 3 ausgeschleust werden.
Dabei wird der Oberlauf 5 des Hydrozyklons 4 vor dem Vakuumbandfilter 6 mit Calciumhydroxidlösung auf einen pH-Wert von ~ 11 alkalisiert und somit Ma­ gnesiumhydroxid ausgefällt.
Die Löslichkeit des Magnesiumhydroxids beträgt bei einem pH-Wert von ~ 11 dann nur 0,009 g/l, so daß eine wirksame Abreicherung der Mg-Verbindungen erzielt wird.
Löslichkeitsdaten verschiedener Mg- und Ca-Verbindungen
Für den zu erläuternden Prozeß sind folgende Unterschiede besonders wesent­ lich:
  • a) Löslichkeit von CaSO4 zu MgSO4 etwa 1 : 300
  • b) Löslichkeit von CaSO3 zu MgSO3 etwa 1 : 200
  • c) Löslichkeit von Ca(OH)2 zu Mg(OH)2 etwa 1 : 130; entsprechend ist der maximale pH-Wert einer Mg(OH)2-Suspension um zwei Einheiten kleiner als der einer Ca(OH)2-Suspension.
Das Fällungsprodukt enthält hauptsächlich Magnesiumhydroxid (< 50%) sowie REA-Gips und feine Inertstoffe.
Die spezielle Kristallstruktur des Magnesiumhydroxids führt zu Baustoffeigen­ schaften, so daß keine weiteren Bindemittel eingesetzt werden müssen. Das mit der Fällung freiwerdende Calciumsulfat (Gips) wird ebenfalls mit ausgefällt. Die Klarphase 7 des Hydrozyklons 4 wird in den REA-Prozeß 3 zurückgeführt.
  • 1. Gipsabgereicherter Eindickerschlamm 8 aus dem Eindicker 9 und schad­ stoffbelastete Stäube, z. B. aus Müllverbrennungsanlagen, werden im Ver­ hältnis Schlamm/Staub von 5 : 1 miteinander vermischt, so daß eine Sus­ pension entsteht. Freikalkreiche mitteldeutsche BFA wird anschließend mit dieser Suspension im Verhältnis
    Suspension/BFA = 0,6 (60/100 M-%),
    wobei der Anteil der Suspension durch die enthaltene freiverfügbare Was­ sermenge bestimmt ist, angefeuchtet.
    Das Verhältnis ist entsprechend der Zusammensetzung des Müllverbren­ nungsstaubes anzupassen, wobei sich z. B. mit steigendem Calciumsulfat- Gehalt im Staub der Schlammanspruch erhöht. Im Müllverbrennungsstaub und im Schlamm enthaltene Spurenelemente und Salze, wie z. B. Chloride und Sulfate sowie gelöste Salze, werden überraschend in die Kristallstruk­ tur der neu gebildeten Mineralien oder physikalisch dauerhaft eingebunden.
  • 2. Für eine Verwendung als Deponiedichtungsmaterial wird der Eindicker­ schlamm 8 im Verhältnis
    Schlamm/BFA = 0,7 (70/100 M-%)
    gemischt und als Basismaterial verdichtet in der Deponie eingebracht. Es zeichnet sich durch geringe Wasserdurchlässigkeiten und erforderlich hohe Festigkeiten aus.
Dies wird dadurch erklärt, daß überraschenderweise eine völlig neue Gefüge­ entwicklung dieser bisher unbekannten Abproduktmischungen stattfindet, die z. B. nach 28 Tagen Abbindezeit eine
  • - geringe Kornbildung
  • - mittlere Porösität
  • - teilweise unreagierte Schlackeglaskugeln
  • - einen feinen Belag aus neugebildeten Hydratphasen
  • - und Gipskristallen
und nach 360 Tagen eine
  • - völlig geschlossene Gefügestruktur bei
  • - gleichzeitiger Gefügeverdichtung
  • - ohne primäres Gefüge
  • - bei stark reduziertem Porenraum
aufweist.
Durch eine erhöhte Feststoffanreicherung (durch Flockung) und Speicherung im Schlamm wird eine höhere Wassermenge in das Stabilisat eingebunden und an die ablaufenden Abbindeprozesse langsam aber stetig abgegeben.
Es treten keine äußerlichen Quellerscheinungen und keine oberflächlichen Auflösungs- und Zerfallserscheinungen auf.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:
  • 1. Es wird mehr Wasser eingebunden, wodurch Asche für Baustoffzwecke frei­ gesetzt wird.
  • 2. Deutlich geringere Wasserdurchlässigkeit als vergleichbare Produkte auf­ grund des verbesserten Porengefüges.
  • 3. Verringerte Eluationsfähigkeit von Schadstoffen.
  • 4. Eine Wasserstabilität des erhärtenden Gemisches wird in relativ kurzer Zeit erreicht.
  • 5. Hohe Festigkeit der Gemischkörper.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1
Rauchgasentschwefelungsanlage (REA)
2
Sumpf
3
REA-Prozeß
4
Hydrozyklon
5
Oberlauf
6
Vakuumbandfilter
7
Klarphase
8
Eindickerschlamm
9
Eindicker
10
Branntkalk
11
Filtratbehälter
12
Hydrozyklon
13
Zwischenbehälter
14
Mischschnecke
15
Löscheinrichtung
16
Prozeßwasser
17
Reifebehälter [Ca(OH)2
]
18
Aschebefeuchtung
19
Rohgas
20
Reingas

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes mit Schadstoffimmobilisie­ rungs- und Dichtungseigenschaften, bei dem eine Mischung so hergestellt wird, daß sie zumindest Braunkohlenflugasche und ein Fällungsprodukt, welches aus einer Sulfatfällungsstufe einer Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) eines mit schwefelreicher Braunkohle betriebenen Kraftwerks stammt, durch welche es zu einer Anreicherung von Magnesiumsulfat im REA-Wasser kommt, und welches nach der Sulfatfällungsstufe auf einen Feststoffanteil, der hauptsäch­ lich Magnesiumhydroxid sowie als weitere Bestandteile REA-Gips und feine Inertstoffe aufweist, von 25 bis 350 g/l eingedickt wird, enthält, und in der Mi­ schung das eingedickte Fällungsprodukt und die Braunkohlenflugasche auf ein Verhältnis von 0,2 bis 1,2 eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das eingedickte Fällungsprodukt mit einem Feststoffanteil von 100 bis 250 g/l, eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß dem einge­ dickten Fällungsprodukt schadstoffbelastete Stäube zugemischt werden.
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