DE3149173C2 - Verfahren zur Herstellung eines Leichtbaustoffes aus industriellen Abfallprodukten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung schafft einen zur Wärme- und Schallisolierung geeigneten neuen Leichtbaustoff aus einem Aluminiumhydroxidschlamm, der einen sehr schädlichen Industrieabfallstoff darstellt und zerkleinertem Altpapier als Grundbestandteile. Der Schlamm wird zuerst durch den Zusatz von Natriumhydroxid alkalisiert, um das gelartige Aluminiumhydroxid in der Form von Natriumaluminat zu lösen und sodann das zerkleinerte Altpapier beigemischt, um eine aufgeschlämmte Mischung zu bilden, die anschließend durch den Zusatz von Phosphorsäure bis zu einem schwachsauren Zustand neutralisiert wird, wodurch unlösliche Phosphate auf den Zellulosefasern niedergeschlagen werden. Der aufgeschlämmten Mischung wird ferner ein Koagulationsmittel beigemischt, um eine koagulierte Masse des Fasermaterials mit dem Niederschlag der Phosphate zu bilden. Die koagulierte Masse wird sodann von dem flüssigen Bestandteil abgetrennt und getrocknet, um eine Leichtmasse zu bilden, die als ein aufspritzbarer Isolierstoff für Bauwerke oder ein Material zur Formung einer Isolierplatte oder -tafel verwendet wird.

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der alkalischen Lösung von Alkalialuminat in dem Bereich von 8 bis 9 liegt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schritt (a) als Alkali Natriumhydroxid verwendet wird

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, düiß das zerkleinerte Fasermaterial durch zerkleinertes Altpapier gebildet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des in dem Schritt (b) beigemischten zerkleinerten Fasermaterials in dem Bereich von 25 bis 60 Gew.-Teilen auf 75 bis 40 Gew.-Teile des in denn Schritt (a) verwendeten Aluminiumhydroxidschlamm liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schritt (c) als Säure Phosphorsäure verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der in dem Schritt (c) erhaltenem aufgeschlämmten Mischung in dem Bereich von !5 bis 6 liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Koagulationsmittel ein wasserlösliches ionisches Polymer oder Aluminiumsulfat ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbaustoffs, der zu einer Wandplatte und dergleichen Gegenständen geformt oder als ein aufspritzbares Isoliermaterial in Gebäuden verwendet werden kann. Insbesondere bezieht sich die Erfindung au/ ein Verfahren der vorerwähnten Art, durch welches ein Leichtbaustoff äußerst billig aus Altpapier und aluminiumhydroxidhaltigem Schlamm hergestellt werden kann.

Bekanntlich wird gegenwärtig im Baugewerbe in Abhängigkeit von den Erfordernissen eines bestimmten Bauwerks und den örtlichen Gegebenheiten eine große Vielfalt von Baustoffen verwendet. Die an die Baustoffe zu stellenden Anforderungen sind derart vielgestaltig, daß ein für ein bestimmtes Bauwerk geeignetes Material nicht immer auch für ein anderes von Nutzen ist. Einige Kennwerte sind jedoch fast immer in allen Arten von Baustoffen von Wichtigkeit, worunter beispielsweise die mechanische Festigkeit, Feuerfestigkeit oder Flammwidrigkeit und Wärme- und Schallisolierung sowie die Kostengünstigkeit zu erwähnen sind.

Im Hinblick auf die Kostengünstigkeit der Baustoffe

ίο kann gleichzeitig ein doppelter Vorteil erreicht werden, wenn ein industrieller Abfallstoff für Baustoffe aufbereitet oder in diese verarbeitet werden kann, welche befriedigende Eigenschaften hinsichtlich der Lösung des durch den belastenden Abfallstoff hervorgerufenen Problems wie der Umweltverschmutzung aufweisen sowie hinsichtlich des durch die daraus bei außerordentlicher Kostengünstigkeit hergestellten Baustoife erhaltenen wirtschaftlichen Gewinns.

Demzufolge sind bereits zahlreiche Anstrengungen unternommen worden, wertlose Industrieabfaüstoffe zur Herstellung von Baustoffen zu verwenden. Leider sind nur sehr wenige erfolgreiche Beispiele bekannt, in denen für die praktische Verwendung geeignete, hervorragende Baustoffe aus einem sonst wertlosen oder ziemlich schädlichen Industrieabfall als Hauptausgangsmaterial hergestellt werden.

Um einen Eindruck von denjenigen Industriezweigen zu vermitteln, mit denen ein ernstes Problem der Abfallbeseitigung zur Vermeidung einer Umweltverschmutzung verbunden ist, wird auf die Aluminiumherstellungswerke hingewiesen, die typischerweise für ihre mit der Abfallbeseitigung verbundenen Schwierigkeiten bekannt sind. Bekanntlich werden seit den letzten Jahren Aluminiumgegenstände kaum noch in der Form verwendet, in der sie durch Extrusion, Gießen oder andere Formungseinrichtungen mit einer freiliegenden metallischen Aluminiumoberfläche hergestellt werden, sondern ihre Verwendung erfolgt fast immer nur nach einer Oberflächenvergütung. '

Das in der Aluminiumindustrie am weitesten verbreitete Oberflächenvergütungsverfahren besteht natürlich in der Oberflächeneloxierung, bei der die Oberfläche des Aluminiumgegenstandes in einem sauren elektrolytischen Bad auf elektrolytischem Wege oxidiert wird, um mit einer dünnen, jedoch dichten Aluminiumoxidschicht bedeckt und mit einer erhöhten chemischen und physikalischen Widerstandsfähigkeit sowie einem ästhetischen Aussehen ausgestattet zu werden. Eine Schwierigkeit bei der Eloxierungsbehandlung von Aluminiumgegenständen besteht darin, daß in dem elektrolytischen Bad unvermeidlich eine beträchtliche Menge an Aluminiummetali gelöst ist und das solchermaßen gelöste Aluminium schließlich in der Form eines einen gelartigen Schlamm bildenden amorphen Aluminiumhydroxids ausfällt, wenn die elektrolytische Lösung zum Zwecke der Abwasserbeseitigung neutralisiert wird.

Der gelartige Schlamm enthält gewöhnlich große Volumen, beispielsweise 70 bis 90 Gew.-% an Wasser, ist jedoch kaum filtrierbar, so daß die Austrocknung eines derartigen Aluminiumhydroxidschlammes praktisch unmöglich ist. Der einzige bekannte Weg zur Beseitigung des aluminiumhydroxidschlammes besteht daher darin, ihn als solchen in der gelartigen Form auf Poldern bei der Neulandgewinnung oder im Ozean zu deponieren.

Ein derartiges Verfahren der Abfallbeseitigung ist natürlich kein vollkommen gangbarer Weg, selbst wenn man von der Schwierigkeit der hohen Kosten für den Transport eines derartigen wäßrigen Abfallstoffes zu

dem Polder oder auf das Meer hinaus absieht Beispielsweise weist ein mit einem derartigen gelartigen Schlamm aufgefüllter Polder naturgemäß eine geringe Tragfähigkeit des Untergrundes auf, was eine eingeschränkte Nutzbarkeit des Landes zur Folge hat Ebenso ist auch die Beseitigung des Schlamms im Ozean nicht frei von Bestimmungen zur Verhinderung von Wasserverschmutzung. Auf diese Weise stellt die Abfallbeseitigung des gelartigen Aluminiumhydroxidschlammes das unangenehmste Problem der AluminiumhersteUungsindustrie dar.

Daher besteht ein Ziel der Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens zur Beseitigung des oben beschriebenen, in der Aluminiumverarbeitungsindustrie in großen Mengen erzeugten schädlichen Aluminiumhydroxidschlammes in gelartiger Form, ohne irgendwelche Probleme einer Umweltverschmutzung zu verursachen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des neuen Leichtbaustoffes weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

(a) Alkalisieren eines als industrielles Abfallprodukt . anfallenden Aluminiumhydroxidschlammes durch den Zusatz von Alkalien zur Herstellung einer alkalischen Lösung von darin gelösten Alkalialuminat,

(b) Beimischen eines zerkleinerten Fasermaterials zu der alkalischen Lösung zur Bildung einer aufgeschlämmten Mischung,

(c) Neutralisieren der aufgeschlämmten Mischung zur Herstellung ein.» neutralen bis schwachsauren Zustandes durch den Zusatz einer SSure,

(d) Beimischen eines Koagulationsmittels zu der aufgeschlämmten Mischung züt Bestellung einer koagulieren Masse,

(ε) Abtrennen der koagulieren Masse von dem flüssigen Bestandteil der Mischung, und
(f) Trocknen der koagulieren Masse.

Besonders vorteilhaft besteht das in dem obigen Schritt (b) beigemischte zerkleinerte Fasermaterial aus zerkleinertem Altpapier, das außerordentlich billig verfügbar ist Ferner kann das dem Aluminiumhydroxidschlamm zuzusetzende Alkali durch Natriumhydroxid gebildet sein, und die in dem obigen Schritt (c) zur Neutralisation verwendete Säure ist vorzugsweise durch Phosphorsäure gebildet, um die Aluminiumkomponente in unlösliches Aluminiumphosphat umzuwandeln, das auf dem Fasermaterial niedergeschlagen wird. Das in dem obigen Schritt (d) verwendete Koagulationsmittel kann organischer oder anorganischer Natur sein, wie es durch das Beispiel ionischer Polymere wie Polyacrylamid und dergleichen und Aluminiumsulfat dargestellt wird.

Bei bevorzugten Ausführungsformen wird der als ein industrieller Abfallstoff angesammelte Aluminiumhydroxidschlamm in der gelartigen Form zuerst durch den Zusatz eines alkalischen Materials alkalisiert. Das alkalische Material ist nicht auf eine spezielle Art beschränkt, besteht jedoch besonders vorteilhaft angesichts dessen Kostengünstigkeit aus Natriumhydroxid. Bekanntlich wird Aluminiumhydroxid durch die Reaktion mit Natriumhydroxid in einem alkalischen Zustand in wasserlösliches Natriumaluminat umgewandelt. Die dem Aluminiumhydroxidschlamm zuzusetzende Natriumhydroxidmenge sollte sorgfältig kontrolliert werden, so daß die sich ergebende Lösung des Natriumaluminats nicht übermäßig alkalisch ist. Der pH-Wert der Natriumaluminatlösung liegt vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 8 bis ungefähr 9. In diesem schwachalkalischen Zustand wird möglicherweise eine vollständige Lösung des Aluminiumhydroxids nicht immer erreicht, doch verursachen kleine Mengen ungelösten Aluminiumhydroxids keine besonders nachteiligen Wirkungen auf die nachfolgenden Schritte sowie auf die Qualität des fertigen Baustoffes, wenngleich die Natriumhydroxidmenge natürlich in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung des Aluminiumhydroxidschlammes festgelegt werden sollte, welche in Abhängigkeit von dem Ursprung des Schlammes eine breite Streuung aufweisen kann. Die Konzentration des Natriumaluminats in dieser Lö-SUOg hängt auch von dem Gehalt an Aluminiumhydroxid im Ausgangsschlamm ab sowie der dem Schlamm zugesetzten Menge an Natriumhydroxid.

Der nächste Schritt besteht in der Beimischung eines zerkleinerten oder zerfaserten Fasermaterials zu der oben erhaltenen Lösung von Natriumaluminat bei einem pH-Wert von vorzugsweise 8 bis 9. Das Fasermaterial kann entweder anorganischer oder oganischer Natur sein, wie Asbest als ein Beispiel für ersteres und Zellulosefasern als ein Beispiel für letzteres. Das am meisten bevorzugte Fasermaterial besteht jedoch angesichts der herausragenden Kostengünstigkeit des Materials im Vergleich zu anderen organischen and anorganischen Fasermaterialien aus einem flockigen Fasermaterial, das durch eine Zerkleinerung von Altpapier erhalten wird.
Das Mischungsverhältnis des zerkleinerten Altpapiers mit der Lösung liegt vorzugsweise in einem derartigen Bereich, daß zwischen 25 und 60 Gew.-% des Fasermaterials auf 40 bis 75 Gew.-% des anfänglichen Aluminiumhydroxidschlammes verwendet werden. Die Mischung wird gut gerührt, um eine aufgeschlämmte Mischung zu bilden, in der die Zelluiosefasern des Altpapieres die Natriumaluminatlösung absorbieren.

Als nächstes folgt der Schritt des Zusatzes einer Säure, vorzugsweise Phosphorsäure, am die aufgeschlämmte Mischung zu neutralisieren oder in einen ziemlich schwachsauren Zustand zu überführen. Die Menge der Phosphorsäure sollte derart kontrolliert werden, daß die resultierende aufgeschlämmte Mischung einen pH-Wert von ungefähr 5 bis 6 aufweist, wodurch in der Mischung Phosphate einschließlich wasserunlöslichem

45. Aluminiumphosphat zusätzlich zu den Präzipitaten von Aluminiumhydroxid gebildet werden.

Der mit dem Zusatz der Säure verbundene herabgesetzte pH-Wert wirkt sich dahingehend aus, daß die durch das in dem nachfolgenden Schritt der Mischung beizufügenden Koagulationsmittel herbeigeführte Koagulation des Materials vollständig erhalten wird. Wenn nach dem Zusatz der Säure der pH-Wert der Mischung höher ist als oben angegeben, ist die Koagulation des Materials in dem nachfolgenden Schritt unvollständig, so daß die Abtrennung der koagulierten Masse von dem flüssigen Bestandteil in dem Schritt (e) nur mit Schwierigkeiten ausführbar ist Wenn andererseits die Säuremenge zu groß ist und eine übermäßige Herabsetzung des pH-Wertes der Mischung hervorruft, werden die Zellulosefasern durch die Säure angegriffen und mehr oder weniger zersetzt.

Der solchermaßen wie oben angegeben neutralisierten oder schwach angesäuerten aufgeschlämmten Mirchung wird sodann ein Koagulationsmittel oder Flokkungsmittel beigemischt, das organischer oder anorganischer Natur sein kann, wie es sich am Beispiel wasserlöslicher ionischer Polymere wie Polyacrylamid und Aluminiumsulfat und dergleichen darstellt. Der Zweck

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des Zusatzes dieses Koagulationsmittels besteht in einer Eine andere Anwendungsart des erhaltenen Materials

Stärkung der Haftung zwischen den Zellulosefasern und besteht in der Formung einer freitragenden Platte oder dem Phosphat und Hydroxid des Aluminiums, das dar- TafeL In diesem Fall sollten gewisse Maßnahmen zur auf in den nachfolgenden Schritten der Behandlung der Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Materials koagulierten Masse einschließlich der Trocknung und 5 vorgenommen werden. Beispielsweise wird das zerklei-Zerkleinerung niedergeschlagen wird. Demzufolge soll- nerte Material mit einem Bindemittel und einem Koagute angesichts der im Vergleich zu den Hauptausgangs- lationsmittel wie Kalk zusammen mit Wasser vermischt materialien hohen Kosten des Koagulationsmittels die und nach ausreichendem Kneten zu einer Platte oder Menge des Koagulationsmittels so klein wie möglich Tafel geformt und nachfolgend getrocknet Die solchergehalten werden, vorausgesetzt, daß der oben angege- io maßen erhaltene Platte oder Tafel wessi ebenfalls eine benp Zweck seines Zusatzes in einem ausreichenden hervorragende Wärme-und Schallisolierungauf. Maße erreicht ist. Ein weherer möglicher Weg zur Hersteilung der frei-

Eine wahlweise Maßnahme, die jedoch manchmal zu tragenden Platte oder Tafel besteht darin, daß der aufbevorzugen ist, besteht darin, daß der aufgeschlämmten geschlämmten Mischung vor dem Schritt (e) außerdem Mischung vor dem Zusatz des Koagulationsmittels ein 15 eine zusätzliche Menge eines Klebemittels und eines wasserdispergierbares Bindemittel, beispielsweise wäß- Koagulationsmittels wie Kalk zugemischt wird, um eine rige Emulsionen von Acrylharzen oder kopolymeren zur Formung geeignete Konsistenz anzunehmen und Harzen von Äthylen und Vinylacetat in einer Menge unmittelbar in die gewünschte Gestalt der Tafel oder von 5 bis 10 Gew.-% zugesetzt werden, um Einstreuun- Platte geformt sowie nachfolgend getrocknet wird, gen palverförmigen Materials in den endgefertigten, ge- m Die obige Beschreibung macht at-utlich, daß die Erfintrockneten Erzeugnissen zu vermeiden. dung insofern einen hohen praktischen Wert besitzt, als

Die solchermaßen mit dem Koagulationsmittel ver- eine Lösung zur Beseitigung des schädlichen Aluminischnittene aufgeschlämmte Mischung wird sodann in umhydroxidschlammes erreicht ist, der bisher hinsichteiner geeigneten Weise, beispeilsweise durch Filtration, lieh der Schwierigkeit der Umweltverschmutzung nicht einer Trennung in den flüssigen Bestandteil und die koa- ;a unter Kontrolle war. Ferner kann der Baustoff mit gegulierte Masse unterzogen, die dann getrocknet und er- ringen Kosten hergestellt werden, was auf der Kostenwünschtenfalls einer Zerkleinerung unterzogen wird. günstigkeit nicht nur der Hauptbestandteile des Alumr-Wenn das Material zerkleinert werden soll, wird es vor- niumhydroxidschalmmes und des Altpapiers sondern zugsweise nicht vollständig getrocknet, sondern behält auch der anderen zuzusetzenden Hilfsstoffe beruht soeinen Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 30 Gew.-%, um ω wie auf der Einfachheit des Herstellungsverfahrens für die Zerkleinerung zu erleichtern. Das solchermaßen ge- dieses Erzeugnis. Außerdem besitzt der Leichtbaustoff trocknete und zerkleinerte Material ist sehr leicht und einen hohen kommerziellen Wert, was der hohen Leiweist eine Schüttdichte von ungefähr 0,2 g/cm² oder stung an Wärme- und Schallisolationsfähigkeit zuzukleiner auf, wenngleich dies von dem Mischungsverhält- schreiben ist sowie der guten Verarbeitbarkeit, durch nis des Aluminiumhydroxidschlammes und des zerklei- 35 die er in allen Arten von Bauwerken vielseitig anwendnerten Altpapiers abhängig ist Das derart erhaltene Er- bar ist
zeugnis weist trotz der Verwendung des brennbaren
Altpapiers als einer seiner Grundbestandteile eine
durch die Zersetzung der Phosphate, beispielsweise
Aluminiumphosphat und Natriumphosphat, in großen .10
Mengen herbeigeführte ausreichende Flammwidrigkeit
auf, was aus der Tatsache zu verstehen ist, daß Phosphate stark flammwidrige Substanzen darstellen. Das Erzeugnis ist hochwärmeisolierend und schallisolierend, so
daß es äußerst nützlich in Bauwerken anwendbar ist, <is
wenngleich von einem derartigen Material eine hohe
mechanische Festigkeit nicht erwartet werden kann.

Das durch das oben beschriebene erfindungsgemäße
Verfahren erhaltene Material wird in Bauwerken auf
zwei Arten angewendet Die erste Anwendung besteht so
in einem lufspritzbaren Isoliermaterial. Das zerkleinerte Material wird zusammen mit einer kleinen Menge
eines Klebemittels als Binder auf die Wände und Dekken aufgespritzt, um die Oberfläche mit einer aus dem
Material hergestellten Schicht einer gewünschten Dicke 55
zu versehen, die eine hohe Wärme- und Schallisolierung
aufweist. Ebenso wird das zerkleinerte Material auf die
Oberfläche einer Aluminiumtafel oder Sperrholzplatte
aufgespritzt, um eine Schicht zu bilden, die dann sai:dwichartig mit einer weiteren Aluminiumtafel oder ta
Sperrholzplatte bedeckt wird, um eine zur Wärme- und
Schallisolierung geeignete Bauplatte von Sandwichstruktur zu bilden. An das in diesem Fall verwendete
Klebemittel sind keine speziellen Anforderungen zu
stellen, jedoch sind verschiedene Arten von Wasser- 65
emulsionsklebemitteir bevorzugt, wie Emulsionen von
Acrylharz und kopolymeren Harzen von Äthylen und

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Leichtbaustoffes, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

(a) Alkalisieren eines als industrielles Abfallprodukt anfallenden Aluminiumhydroxidschlammes durch den Zusatz von Alkalien zur Herstellung einer alkalischen Lösung von darin gelöstem Alkali aluminat,

(b) Beimischen eines zerkleinerten Fasermaterials zu der alkalischen Lösung zur Bildung einer aufgeschlämmten Mischung,

(c) Neutralisieren der aufgeschlämmten Mischung zur Herstellung eines neutralen bis schwachsauren Zustandes durch den Zusatz einer Säure,

(d) Beimischen eines Koagulationsmittels zu der aufgeschlämmten Mischung zur Herstellung einer koagulierten Masse,

(e) Abtrennen der koagulierten Masse von dem flüssigen Bestandteil der Mischung, und

(I) Trocknen der koagulierten Masse.