DE3023665A1

DE3023665A1 - Verfahren zur herstellung von leichtbetonzuschlaegen in form von pellets

Info

Publication number: DE3023665A1
Application number: DE19803023665
Authority: DE
Inventors: Bengt Prof Forss
Original assignee: Flowcon Oy
Current assignee: Flowcon Oy
Priority date: 1979-07-02
Filing date: 1980-06-25
Publication date: 1981-01-15
Also published as: FI72506C; GB2053876A; FR2464239A1; JPS5622670A; FI792077A; GB2053876B; IT8049115A0; FI72506B; BE884104A

Description

' Verfahren zur Herstellung von Leichtbetonzuschlägen in Porm
^: von Pellets*

j Die Er. indung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
! Leiehtbetonzuschläget, ⁴^ SOrm von Pellets aus feinteiligen
industriellen AbfallrTodukten, wie Flugasche, Konzentraten
und FlotationsrR'ikötänden und Müll, als Ausgangsmaterial_β
; Sei diesem V?r-xahren wird zur Bildung von Grlinpellats mindestens '■ ; ein Bindemittel mit dem Ausgangsmaterial in Berührung gebracht
j und die Grünpellets werlen in einem Drehrohrofen zu fertigen
i Pellets gesintert· j

Auf dem Gebiet des Betonbaus wird in gewissen Fällen ein Material : verlangt mit Eigenschaften, die ein mit üblichen Zuschlägen
hergestellter Beton nicht erreichen kann. Solche Spezialralle

■■ sind z.B. schlechte Bodenbedingungen, der Wunsch nach hoher | Tragkraft im Vergleich zum Eigengewicht des Bauwerks oder eine ! höhere Wärmeisolierung im Vergleich zu Eiblichen BetonmaterialienJ Gelegentlich können diese Erfordernisse auch mit technischer?. \

ί Mitteln bei einem Beton normaler- Zusammensetzung erreicht werden j Jedoch sind solche Lösungen mit zusätzlichen Kosten belastet,
In der Bauwirtschaft geht daher das Bestreben dahin, Betoabauten · von niedrigerem Gewicht und höherer Porosität herzustellen, ohns
daß die froher erreichten voz-teilhaften Eigenschaften verloren ; gehen. Eine Methode besteht darin, die Zuschläge aus nat&rliehem ! Gestein zu ersetzen, durch künstlich hergestellte Zuse-hlsg=

. materialien von niedrigerem Gewicht und höherer Porosität,
sogenannte Leichtzuschläge. '

Pie Esrctslluxig von Leientzuschlägen mittels (Don, Schiefer,

Perlite und anderen natürlichen Eohstoffen als Ausgangsmaterial
^: ist bekannt. Ebenfalls ist es bekannt» Industrieabfälle, wie
ίFlugasche von Kohlekraftwerken, Konzentrations- und Plotatioas-' rückstände, Abfälle aus Kohlebergwerken, Schlacke u.dgl., als ;

Ausgangsmaterial zu verwenden. !

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Bei den bekannten Verfahren wird das Ausgangsmatsrial zusammen mit Zusätzen mit Hilfe von Wasser zu einem weichen Geniech verarbeitet. Dieses Gemisch wird in Spezialaaschinen zn Körnern, .den sogenannten Grünpellets geformt· Diese werden dann gesintert Während der Sinterung werden die organischen Bestandteile verbrannt, wobei Poren in den Pellets verbleiben. Gleichzeitig entweichen Wasser und andere flüchtige Substanzen als Gase, was bei gewissen Materialien zu einer Blähung und einer Volumenzunahme führt» Ils Endergebnis erhält man feste, poröse Pellets, die eine beträchtlich geringere Dichte als natürliches Gestein aufweisen.

liach einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Leicht— Zuschlages aus Industrieabfällen wird ein feuchtes Gemisch au« Abfällen, z.B. Plugasche, und Wasser, gegebenenfalls mit anderen Zusätzen bereitet. !fach Vermischung und Homogenisierung in einem Aktivator wird das Gemisch auf einem geneigten, rotierenden Granulierteller gebracht. Auf diesem werden unter Besprühen mit einer angemessenen Menge Wasser kugelförmige Griinpellets gebildet Nachdem die Griinpellets die gewünschte Größe erreicht haben, j werden sie einem Sinterprozeß zugeführt. {

Es bestehen Jedoch erhebliche Schwierigkeiten, um brauchbare Leichtzuschläge auf Basis von fein zerteilten Abfallstoffen herstellen zu können. Unter den wichtigsten Schwierigkeiten bei j der Durchführung dar bisher bekannten Verfahren »ind folgende ; zu nennen: ·

1. Den Griinpellets konnte nicht die für den anschließenden I ifeansport und die darauffolgende Wärmebehandlung erforderliche^

mechanische Festigkeit gegeben werden. '

2. Infolge der schlechten festigkeit der Griinpellets. mußten ■ solche Sintermethodeh gewählt werden, bei denen die Pellets · während des ßinterns ruhig liegen. Deshalb werden hierfür

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Sinterband-Anlagen verwendet. Bei diesen liegen die Grünpellets als Schichtung von etwa 2o bis 3o cm Dielte auf reinem

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endlosen Band, das langsam durch den Sinterofen geführt wird.

In der dicken, unbeweglichen Schichtung wird eine Expansion j bzw. Blähung der einzelnen Grünpellets unmöglich gemacht, I da sie zu gleicher Zeit zusammengesintert werden. Sas Ergebnis ist ein mehr oder weniger fest zusammenhängender Sinterkuchen der zerkleinert werden muß, wobei scharf eckige (Teilchen entstehen. Die bekannten Verfahren unterscheiden eich lediglich bezüglich der Maßnahmen, die zur Verminderung des Zusammensinterns angewandt werden. Alle Sinterbandverfahren erfordern jedoch den Arbeitsgang des Zerbrechens und Zerkleinerna des Sinterkuchens·

Die auf diesem Wege hergestellten Pellets ergeben einen. Zuschlag für Schwerbeton. Sie haben scharfe Kanten und offene Poren. Zur Einmischung in den Beton erfordern sie eine höhere Wasserzugabe (oder Vorwässerung) als Zuschläge aus ί Naturgestein. Das Wasser-Zement-Verhältnis des Betons wird ί also höher und infolgedessen erhält man eine entsprechend > niedrigere Festigkeit. j

3. Bei den meisten Industrieabfällen erfolgt keine Blähung ; während des Sinterungsvorgangs. Sin niedrigeres Eanmgewicht I entsteht in diesen Fällen allein durch die Poren und Hohl- j räume, die durch das Entweichen der brennbaren und flüchtigen Bestandteile (z.B. Kohle und Wasser) entstehen. Auch bei solchen Pellets sind die Poren offen, was bei der Herstellung des Betons ein ungünstiges Wasser-Zement-Verhältnis erfordert,,

4. Viele Industrieabfälle haben eine so hohe Sintertemperatur ! oder einen so engen (temperaturbereich der Sinterung, daß die :

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Eegulierung des Sinterungsprözesses kostspielig und schwierig durchzuführen oder völlig unmöglich ist·-Venn man z.B. Plugasche von KohlekrafWerken verwendet," ist es erforderlich aus der von den Elektrofiltern der Anlage gesammelten Ische die Fraktion oder Fraktionen auszuwählen, welche die vorteilhaftesten chemischen und physikalischen Eigenschaften aufweisen. Der Best der Äsche ist für diese Zwecke unbrauchbar.

·Die chemische und mineralogische Zusammensetzung der Industrier abfalle ist im großen Maße unterschiedlich. In ungünstigen fällen erfolgt eine Sinterung nur bei unannehmbaren Temperaturen,=

Venn z.B. Eisen im dreiwertigen Zustand zugegen und die Atmosphäre im Sinterofen oxidierend ist, erfolgt eine Sinterunj; nur bei einer temperatur, die wegen ihrer Blühe unwirtschaftlich ist. Hingegen wird der Kern der Pellets, der infeig· verbliebener Kohlenstoffteilchen in reduzierender Umgebung ist, gesintert und gebläht, er verfestigt sich zu einer lav«.-ähnlichen Masse. Sintern in reduzierender Atmosphäre ist in Anbetracht 3es wohlfeilen Materials wirtschaftlich nicht zu vertreten. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen wirtschaftlich und bautechnisch annehmbaren Leichtzuschlag aus Industrieabfällen gemäß folgender Erfordernisse herzustellen:

Die Griinpellets müssen eine solche Festigkeit bekommen, daß sie den bei dem vorteilhaftesten Sinterprozeß auftretenden I mechanischen Beanspruchungen standhalten.

Die Sinterung soll in einem Drehrohrofen stattfinden, sz daß ein freies Expandieren bzw. Blähen der Pellets ermöglicht und erleichtert ist und ein Zusammensintern verhindert wird.

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Die Blähung der Pellets wahrend der Sinterung soll durch Zusätze angeregt werden.

Die Zusätze und die Methode ihrer Einführung sind so auszuwählen, ■daß sowohl die Grünpellet!sierung als auch der Sinterprozeß ί liberwachbar und regulierbar sind.

ί
Die Sinterung der Oberflächenschicht soll in einem frühen S.tadium des Sinterprozesses stattfinden, so daß sich ein undurchlässiger PiIm bildet, der das Entweichen von Gasen, welche die Expansion bewirken, verhindert·

Die Zusammensetzung der Oberflächenschicht der Pellets soll so sein, daß unter den herrschenden Bedingungen die Sinterung in dieser Schicht beginnt, "bevor eine Sinterung des Materials im Kern anfängt· Ein elastischer PiIm muß sich rings um den Kern bilden· Dieser überzug bewirkt dank seiner Dichtheit und Elastizität ein homogenes Blähen des Kerns, ohne daß ein un- ;kontrolliertes Entweichen von Gasen auftritt. Die Pellets erhalten hierbei eine im wesentlichen sphärische Form und vor allem eine Struktur mit geschlossenen Poren. Diese Pellets absorbieren kein Wasser im Gegensatz zu Leichtzuschlägen, die auf dem Band gesintert sind. Dieser Sachverhalt, zusammen mit d^r sphärischen Gestalt, hat eine vorteilhafte Auswirkung auf den Wasserbedarf eines Betons von vorbestimmter Konsistenz.

Erfindungsgemäß werden Griinpellets mit einer solchen, physikalischen und chemischen Zusammensetzung bzw. Beschaffenheit hergestellt, daß sie ohne Gefahr des Zerbrechens oder der Beschädigung zum Ofen, insbesondere einem Drehrohrofen überführt und in diesem unter Blähung gebrannt werden können. Diese Blähung kann reguliert werden, einerseits durch die Eigenschaften der Aufschlämmung, die zur Bildung der Griinpellets verwendet wird, andererseits durch die Brenndauer und Temperatur im Ofen.

Die nach den bekannten Verfahren hergestellten Leichtzuschlag-

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kömer erfüllen nickt die vorstellend aufgeführten. Erfordernisse« Es ist Aufgabe der Erfindung, die den "bekannten. Verfahren., "bzw. deren Erzeugnissen anhaftenden !Nachteile zu "beseitigen..

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß ein wassergesättigter Binder verwendet wird und daß dieser Binder in Form einer Aufschlämmung oder Flüssige keit auf das Ausgaiigsmaterial im Zusammenhang mit der Bildung der Grunpellets aufgesprüht wi? d.

Erfindungsgemäß wird das nicht "befeuchtete fein zerteilte Material (Flugasche, Flotationsrfickstände usw.) einem geneigten. Pelletierteller zugeführt, wo eine Aufschlämmung auf das Material gesprüht wird. Die Aufschlämmung "besteht aus Ton und/ oder hochmolekularen organischen Substanzen, die als Bindemittel, wirken (z.B. Sulfitablauge, verschiedene Cellulosederivate u.dgl.).

Diese Aufschlämmung dient folgendem Zweck. Einerseits vermittelt sie den Grunpellets die fttr/iie folgenden mechanischen Beanspruchungen erforderliche Festigkeit, andererseits gibt sie den Grunpellets eine solche chemische und mineralogische Zusammensetzung, daS die Sinterung leichter vonstatten geht und in der Oberflächenschicht der Grunpellets begonnen hat, bevor im Inneren der Pellets die Gaseentwicklung einsetzt.

Das Verfahren gestattet es also nicht expandierende Eohmaterialien: in der Phase der Grünpelletisierung einzusetzen, da der Ion und/oder die organischen Zusätze der genannten Art ffir eine ι Expanaxerung sorgen.

Durch Auswahl der Menge und Art der in der Phase der Grünpelletisierung verwendeten Aufschlämmung ist es möglich, die Eigenschaften des Bohmaterials so zu modifizieren, daß es flir den ßinterprozeß vorteilhaft wird. Dies ist von. besonderer Bedeutung, wenn man z.B. Flugasche verschiedener Arten verwenden

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^will· Durch das organische Material wird eine Oxidatioa der ί

Eisenverbindungen in der Oberflächenschicht verhindert. Eine J

solche Oxidation führt zu einer Verzögerung der Sinterung der j

Oberflächenschicht im Verhältnis zum Inneren der Pellets und : auch zum Bersten und zu Deformationen.

Die Sinterung wird vorzugsweise in eiie m Mehrkammer-Drehroiirof en durchgeführt, um den Trocknungs- und Sisterungsprozeß besser überwachen und regulieren zu können. Man erhält beim Sintern eine dichte Oberflächenschicht, welche die im Inneren der Pellets entstehenden Gase am Entweichen hindert. Verfahrensgemäß entsteht ein Lsichtzuschlag mit geschlossenen Poren, der aus betontechno- !

logischen Gesichtspunkten einem solchen mit offenen. Poren zuziehen ist. Durch Auswahl einer angemessenen Brenntemperatur und -zeit ist es möglich, aus ein und dem gleichen Ausgangsmaterial Zuschläge mit jeweils gewünschter Eomgröße, Gewicht und Festigkeit herzustellen. :

Es ist wichtig, daß die in der Phase der Grünpelletisierung verwendete Tonaufschlämmung mit ¥asser gesättigt ist, d.h. daß der Ton nach Beginn des Verfahrens kein Wasser aus der Aufschlämmung absorbiert. Trockener Ton muß also vorher ausreichend und bis zur Sättigung gewässert werden.

Gegenüber den bekannten Verfahren wird auch die Värmeausnutzung verbessert, da die genannten Zusätze Reaktionen bewirken, durch welche die Blähungen bei niedrigeren Temperaturen entstehe-n.

Durch Sinterversuche im Drehrohrofen wurde gefunden, daß die besten Pellets entstehen, wenn der Prozeß in mehrere Wärmebehandlungsphasen unterteilt iv'ird, nämlich:

a. Erwärmung, Entfernung der Feuchtigkeit,

b. Oberflächensinterung, Blähung in einer oder mehreren Stufen,

c. Kühlung.

Im Hinblick auf die überwachung und Steuerung bzw. Regulierung ist es vorteilhaft diese einzelnen Phasen in verschiedenes,

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-logetrennten Ofsnkammern durchzuführen, bei denen, die Botationsgeschwindigkeit unabhängig voneinander reguliert werden kenn.

Anschließend werden Beispiele gegeben., in denen erfindungs- ^! gemäß hergestellte Pellets vergleichsweise gegenübergestellt [ werden mit nach bekannten ^verfae.ren hergestellten Pellets.

Beispiel Λ

Festigkeit von Grünpellets

\ Auf dem selben Pelletisierteller wurden Grünpellets nach einem J bekannten verfahren und nach dem erfindungsgemäßen Verf ahren. hergestellt. Für beide Fälle wurde die gleiche Flugasche verwendet. Nach dem bekannten Verfahren wurde allein Wasser aufgesprüht. Erfindungsgemäß wurde eine Tonaufschlämmung aufgesprüht, bestehend aus wassergesättigtem Ton und Wasser. Der konstante Anteil drs Tons befcug 6 Gev»-% des Grßnpellets. Der Feuchtigkeitsgehalt betrug in beiden Fällen 25 Gew.-%·

Zur Prüfung der Festigkeit ließ man die Grttnpellets wiederholt aus einer Höhe von einem Meter auf einen Betonboden fallen. Es wurde die Anzahl der Fälle festgestellt, nach denen der erste sichtbare Hiß auftrat. Man erhielt folgende Durchschnittswerte:

Bekanntes Verfahren (Flugasche + Wasser) 2o Fälle, erfindungsgemäß (Flugasche + Tonaufschlämmung) 39 Fälle«

Beispiel 2

Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, Leicht zuschlage aus Pellets von. vex-öchiedenem Expandierungsgrad herausteilen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, die man beim Brennen in einem Muffelofen erhielt. Die Brennzeit betrug 1o min. Aus der Tabelle ist das Ausmaß der Blähung der Pellets ersichtlich.

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Tabelle 1

Bohmaterial 4-

--^ Biadei?

' pro Gesamttrockeamas»

A. ilugasclie t- 6 % 5on B Flugasciie + 15 % Ton G Flugaseiie + 57 % Ion D Flugasche + 5 % Sulfitablauge E ilotationsrttckstaad + 18 % iDon

To lumenzunahme 2o ?i 1oo

12o2°	C	1.214-°	C
118o°	C	12ü3°	C
1161°	σ	1174°	σ
1196°	C	-I21O-	σ
1152°	σ	1164°	σ

BeJgpiel 3

Eine Eeihe von iOrmkäsben mit den Abmessungen 4 χ 4 χ 16 cm (Innalt 256 om^) wurden mit gleichen Volumina handelsüblicher gesinterter Pellets und erfindungsgemäß hergestellter Pellets gefüllt. Unter Anwendung von Vibration wurden die Poi-jakästan mit einem Zementbrei von einem Wasser-Zement-Verhältnis von o,33 gefüllt. Nach einem Tag wurde entformt und nach 3 lagen ■wurde eine Druckprüfung durchgeführt. Die Pellets hatten einen Durchmesser von Io bis 12 mm.

Die Ergebnisse zeigt Tabelle 2.

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Eigenschaften von Leichtzuschlägen

Material Volumen- Wasserabsorption Porosität gewicht 5 m 1h

Druckfestigkeit ²

1538

1577 1633 2ooo 6oo 153o

1,3

1,5

o,6

1,8

o,6

24

12

1,4 1,9 o,9 3,8

o,9 26

15

43,2 49,6 39,3 45,4 32,8

41,9

35,2 31,5 32,2 35rO 34*1 12,8 21,1

* Basis Ton

** Basis Flugasche

Die mit A "bis E bezeichneten Materialien sind erfindungsgemsß hergestellte Leichtzuschläge. Έ und G sind handelsübliche Lei-Jhtzuschläge.

Die Druckfestigkeit wurde an Stttckec von Io zu 12 mm in Zementmörtel gemessen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Pellets waren schwerer, aber durch die vergleichsweise höhere Festigkeit sind sie vorteilhafter im Hinblick auf Betonersparnis.

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Claims

Boineenkatu Ί8, SF 37 600 Valkeakoski, Finnland

Pafrenfransp ruche

Verfahren zur Herstellung von LeichtJbetonzuscnlägen in iOrm von Pellets aus feinteiligen industriellen. Abfällen, wie Jlugascne, Konzentrations- und Plotationsrüclcständen und Mttll als Ausgangsmaterial, bei dem zur Bildung von Griinpellets mindestens ein Bindemittel mit dem Ausgangsmaterial in Eerlinrung gebracht ur.d die Grtinpellets ±n einem Drehrohrofen zu fertigen Pellets gesintert werden, dadurch gekennzeichnet, daß man ein wassergesättigtes Bindemittel einsetzt und dieses Bindemittel in 3Form einer Aufschlämmung oder Pllissigkeit auf das Ausgangsmaterial im Zusammenhang a»it der Bildung der Grttnpellets aufsprüht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bindemittel mit Hilfe von Düsen o.dgl. aufsprüht.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, f

daß das Aufsprühen intermittierend durchgeführt wird. !

j j

j '

j 4-. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, j I

j daß das Aufsprühen kontinuierlich durchgeführt wird. ! I

j " i

j 5· Verfahren nach, einem der Ansprüche Λ bis 4-, dadurch. ;

j gekennzeichnet, daß man wassergesättigten iDon als Binde- j

mittel verwendet. I

6. Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 bi.3 4, dadurch. ι gekennzeichnet, daß man organische Materialien von hohem ( Molekulargewicht, wie Sulfitablauge o.dgl* als Bindemittel
verwendete

7- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch
gekennzeichnet, daß man Flugasche als industriellen Abfall- I stoff und Ton verwendet, wobei, der Anteil des Ions j> bis j 15 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der gesamten !rockenmasse ! beträgt. ^!

8. Verfahren nach einem der Ansprüche Λ bis 7> dadurch
gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung der Grünpellets in

mehrere Phasen unterteilt wird, nämlich: i

a) Erwärmung, Entfernung der Feuchtigkeit,

b) Oberflächensinterung, Blähung in einer oder mehreren
Stufen

c) Kühlung.

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