DE19808410C1

DE19808410C1 - Verfahren zur Herstellung von silikatischen Speichermineralen für die Immobilisierung von Schadstoffen und Verwendung der erhaltenen Produkte

Info

Publication number: DE19808410C1
Application number: DE19808410A
Authority: DE
Inventors: Georg Gebhard; Beate Werner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-01
Filing date: 1998-03-01
Publication date: 1999-12-23
Anticipated expiration: 2018-03-02

Abstract

Verfahren zur Herstellung von silikatischen Speichermineralen für die Immobilisierung von Schadstoffen. Hierbei werden Silikate enthaltende Pflanzenteile mit Aschen und Wasser vermischt oder der Verbrennung von Kohle zugegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Speichermineralen für die Immobilisierung von Schadstoffen und die Verwendung der enthaltenen Produkte.

Aus einer Reihe von Anwendungen, wie DE 44 39 819 A1 ist bekannt, daß zur Immobilisierung von Schadstoffen Verbrennungsrückstände eingesetzt werden. Bei der Vermischung der Aschen und den schadstoffhaltigen Substanzen und gleichzeitiger Wasserzugabe entstehen aus den mineralischen Komponenten der Filteraschen und den Schadstoffen Speicherminerale, die die Schadstoffe kristallchemisch einbauen. Diese Immobilisierung der Schadstoffe läßt sich durch Eluationsversuche nachweisen, bei denen der nachgewiesene Schadstoffgehalt deutlich gegenüber dem Originalmaterial reduziert ist. Die Speichermineralbildung kann direkt durch Röntgenuntersuchungen und Rasterelektronenmikroskopie beobachtet werden. Wesentliche Speicherminerale sind Minerale der Gruppe der Calciumaluminathydrate und der Calciumsilikathydrate. Es entstehen zunächst die Aluminathydrate, wie Ettringite. Sie sind auch für die schnelle Erhärtung der Gemische verantwortlich. Die Calciumsilikathydrate (CSH-Phasen) bilden sich langsam und verursachen die späte Festigkeitsentwicklung. Diese Speicherminerale sind vor allem für die Langzeitstabilität der Mischungen aus Aschen und schadstoffhaltigen Substanzen verantwortlich. Die Bildung der Silikate ist deshalb besonders wichtig für die Akzeptanz der kristallchemischen Speicherung von Schadstoffen.

Für die Bildung von Calciumsilikathydraten muß reaktives Silikat zur Verfügung stehen. Von dem analytisch nachgewiesenem SiO₂ steht nur ein Teil für die Bildung von CSH-Phasen zur Verfügung. Dieses Silikat ist bei den üblicherweise verwendeten Filteraschen in den reaktiven Gläsern vorhanden. Die Reaktivität dieses Silikates ist aber nur beschränkt gegeben. Dies zeigt sich an der langsamen Bildung der CSH-Phasen.

Nachteilig ist auch die geringe Verfügbarkeit aufgrund der geringen Konzentrationen der reaktiven Gläser in den Aschen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, mittels eines einfachen und preisgünstigen Verfahrens ein Produkt herzustellen, das eine einstellbare und hohe Bildungsrate von Calciumsilikathydraten besitzt.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst werden kann.

Hierzu werden Aschen mit Pflanzenteilen vermischt, die organisch gebundene Silikate und freie Kieselsäure enthalten. Diese Zugabe von silikatischen Pflanzenteilen kann bei Raumtemperatur erfolgen. Derselbe Effekt einer Bildung von Calciumsilikathydraten wird aber auch durch Zugabe der Pflanzen zur Kohleverbrennung erreicht. Auch können die Pflanzenteile zu Immobilisierungsprozessen bei beliebiger Temperatur zugesetzt werden, wie bei der Speichermineralbildung nach DE 197 19 684 C1. In allen Fällen bilden sich Speicherminerale vom Typus der Calciumsilikathydrate.

Überraschend ist die spontane Bildung von Calciumsilikathydraten innerhalb von wenigen Tagen. Bereits nach 7 Tagen werden Kristalle von Calciumalumosilikaten unter dem Rasterelektronenmikroskop sichtbar, die aus der pflanzlichen Matrix herauswachsen. Gleichzeitig entsteht eine deutlich meßbare Festigkeit des Prüfkörpers. Offensichtlich liegt das Silikat als organische Phase in sehr reaktiver Form vor, so daß die Bindung mit Calcium und anderen Elementen, z. B. Aluminium, viel rascher abläuft als in herkömmlichen Systemen, bei denen Aschen zur Immobilisierung eingesetzt werden.

Als besonders gut geeignete Pflanzen für die silikatische Speichermineralbildung haben sich Pflanzen aus der Familie der Schachtelhalme, Nesseln und Algen herausgestellt. Alle Pflanzen haben als sogenannte Unkräuter den Vorteil der leichten Verfügbarkeit und der geringen Kosten. Aber auch Pflanzenteile mit geringen Silikatgehalten können erfindungsgemäß verwendet werden, wenn sie der Verbrennung von Kohle zugegeben werden. Dann enthalten die Aschen silikatische Speichermineralkomponenten, die zur Calciumsilikat bildung angeregt werden können. Die Pflanzen werden vor der Zugabe zur besseren Verteilung aufgemahlen.

Die Höhe der Zugabe richtet sich nach der zu erzielenden Konzentration an silikatischen Speichermineralen. Vorteilhaft ist eine auf CSH. Phasen bezogene, annähernd stöchiometrische Zugabe, die sich an der Konzentration von verfügbarem Calcium und Aluminium orientiert. Der nutzbare Effekt läßt sich bereits bei 1% Zugabe bezogen auf die Aschemenge, deutlich nachweisen.

Durch die Erfindung können Filteraschen zur Immobilisierung eingesetzt werden, die bisher durch fehlende Reaktivität (z. B. Steinkohlenfilteraschen und Braunkohlenfilteraschen mit geringen reaktiven Silikat-Gehalten) für eine Speichermineralbildung nicht geeignet waren.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt nicht nur zu einer Anreicherung von reaktiven Mineralphasen für die Immobilisierung von Schadstoffen, sondern auch zur Erhöhung der Menge an hydraulisch aktiven Komponenten. Dies zeigt sich an baustofftechnischen Werten des erhärteten Produktes (siehe Anwendungsbeispiel). Diese Verbesserung der Abbindefähigkeit gegenüber den Ausgangsprodukten ermöglicht einen Einsatz im Baustoffbereich. Sowohl die Frühfestigkeiten als auch die Langzeitstabilität der Baustoffe werden durch die spontane Silikatbildung erhöht.

Im folgenden wird ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben:

Zu einer Filterasche aus Braunkohle, die eine geringe Reaktivität zur Speichermineralbildung mit folgender Zusammensetzung hat

Aschebestandteil
Gewichts %
SiO₂	31,8
Al₂O₃	6,7
Fe2O₃	22,8
MgO	6,7
CaO	23,7
SO₃	5,7
Rest	2,6

werden 1,6% Schachtelhalm hinzugegeben. Die Mischung wird mit 33% Wasser angesetzt. Eine Erhärtung setzt nach 12 Stunden ein.

Nach 7 Tagen wird der Prüfkörper untersucht. Im Mikroskop sind deutlich Kristalle sichtbar, die aus dem Schachtelhalm entstanden sind. Sie haben nach der Analyse folgende Hauptbestandteile:

Bestandteil
At%
Si	50.91
Al	8,74
Ca	14,43
Fe	5,57
S	10,37
Mg	3,37
Na	2,54

Diese Zusammensetzung entspricht einem Calciumalumosilikathydrat mit substituierten Anteilen von Silikat durch Sulfat.

Die Messung der Druckfestigkeit (DF) führt nach 7 Tagen zu folgendem Ergebnis:

Probeköper aus reiner Filterasche
Probekörper aus Filterasche und 1,6% Schachtelhalm
DF < 1 N/mm²	2,5 N/mm²

Beispiel für die Immobilisierung von Schadstoffen

Der o. g. Mischung von Flugasche und Schachtelhalm wird anstelle des Frischwassers dieselbe Menge an Sickerwasser einer Deponie als Anmachwasser hinzugegeben. Nachstehend werden die Eluatwerte nach einer Immobilisierung mit reiner Asche und mit Zusatz von Schachtelhalm (nach 7 Tagen Abbindezeit) verglichen:

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von silikatischen Speichermineralen für die Immobilisierung von Schadstoffen, wobei aufgemahlene, Silikate enthaltende Pflanzenteile mit Aschen und Wasser vermischt oder der Verbrennung von Kohle zugegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Pflanzenteile aus der Familie der Schachtelhalme und/oder der Familie der Nesseln und/oder der Familie der Kieselalgen verwendet werden.

3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Pflanzenteile von Stroh und/oder Reisschalen und /oder Schilf verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Filteraschen aus der Verbrennung von Braun- und/oder Steinkohlen und/oder Hausmüll, und/oder Sondermüll und/oder Klärschlamm verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzenteile vor der Zugabe auf eine Korngröße von 90% < 200 µm aufgemahlen werden.

6. Verwendung der nach einem der vorangegangenen Ansprüche erhaltenen Produkte zur Immobilisierung von Schadstoffen in Wässern, Schlämmen und/oder Feststoffen.