DE3539264A1 - Process for utilising anthracite flue dust and ZWS (? intermediate cokings) ash, activated via Portland cement, for making up mortars for the production of artificial additives, having a dense structure, for agriculture - Google Patents

Process for utilising anthracite flue dust and ZWS (? intermediate cokings) ash, activated via Portland cement, for making up mortars for the production of artificial additives, having a dense structure, for agriculture

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Abstract

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung von Steinkohlenflugstäuben und ZWS-Aschen, aktiviert über Portlandzement, zum Aufbau von Mörtel für die Herstellung künstlicher Zuschläge mit dichtem Gefüge für die Bauwirtschaft.The invention relates to a method for using hard coal dusts and ZWS ash, activated via Portland cement, to build up Mortar for the production of artificial aggregates with a dense structure for the construction industry.

Die Verknappung der natürlichen Zuschläge, ergänzt durch die Einschränkung der Nutzung abbauwürdiger Vorkommen zur Gewinnung von Kies und Sand, führt zu Überlegungen, Abgänge des Kraftwerke und sonstiger Industrien, die keiner direkten Verwendung zugeführt werden können, daher kosten- und umweltbelastend auf Halden deponiert werden, für die Herstellung von künstlichem Kies und Sand zu verarbeiten, damit den natürlichen Kies- und Sandbedarf zu entlasten.The shortage of natural supplements, supplemented by the restriction the use of mineable deposits for the extraction of gravel and Sand, leads to deliberations, exits of power plants and other industries, which cannot be used directly, therefore are dumped on dumps for the Manufacture of artificial gravel and sand to process relieve natural gravel and sand requirements.

Dieser Sachverhalt gab Anlaß Verfahren und Vorrichtungen zu überprüfen, um aus den anfallenden, im Überschuß vorliegenden Abgängen der Kraftwerke, für Zwecke der Bauwirtschaft Kies und Sand herzustellen. Bei der Erfassung der Abgänge, die für diesen Zweck sich eignen könnten, wurden in erster Linie solche in Betracht gezogen, die als Zusatzstoff und Zumahlstoff zugelassen oder den Eignungstesten entsprechen. Zu den Abgängen der Industrie, die diesen Bedingungen genügen, zählen Flugstäube der Steinkohlenkraftwerke bestimmter Zusammensetzung, ZWS- Aschen sowie ergänzend alle Abbrände mit puzzolanischen Eigenschaften, die bei 850 bis 900°C erbrannt werden.This fact prompted procedures and devices to be checked, order from the accumulated outflows of the power plants, to produce gravel and sand for the construction industry. When recording the exits that could be suitable for this purpose, primarily those considered as additives and additive approved or meet the suitability tests. Industrial exits that meet these conditions include Dust from hard coal-fired power plants of a certain composition, ZWS- Ashes and, in addition, all burns with pozzolana properties, which are fired at 850 to 900 ° C.

Um das Verhalten der unterschiedlichen Abgänge zu untersuchen wurden orientierende Versuche zur Herstellung künstlicher Fein- und Grob- Zuschläge, vordringlich von Kies eingeleitet. In Vorrichtungen, wie Zwangmischer und Kompaktierung, wurde ein Mischgut aus Flugstaub und niedrigem Anteil an Portlandzement zu Fein- und Grobkies verarbeitet. Das hergestellte Korn zeigte auch bei einem sorgfältig gewähltem Wasser/ Feststoffwert geringe Grünstandsfestigkeit, bei einem Einbringen von wirtschaftlich vertretbarer Zementmengen in die aufgebauten Versuchsmischungen.In order to investigate the behavior of the different exits orientation experiments for the production of fine and coarse Surcharges initiated primarily by gravel. In devices like Forced mixer and compacting, became a mix of fly dust and low Portion of Portland cement processed into fine and coarse gravel. The grain produced also showed a carefully selected water / Low green stability, when introduced of economically justifiable amounts of cement in the built Trial Mixes.

Die Eigenschaften, die sonst den kugeligen Flugstäuben zugesprochen werden, daß infolge der glasigen und kugeligen Form und umhüllender Netzfeuchte der Oberfläche, eine günstige Verarbeitbarkeit des Mörtels erzielt wird, wirkt sich in diesem Falle, wo der Aufbau des Gemnges durch den Flugstaub bestimmt wird, ungünstig aus. Die Haftung des kugeligen Kornes des Flugstaubgemenges wird durch die Oberflächen-Netzfeuchte der Flugstaub-Glaskugel, bei einer Umhüllung mit einem noch nicht erhärteten Zement, insbesondere bei der hier zu verwendenden geringen Zementmenge, aufgehoben.The properties otherwise attributed to the spherical dusts be that due to the glassy and spherical shape and enveloping  Moisture on the surface of the surface, good mortar processing is achieved, affects in this case, where the structure of the mixture determined by the dust, unfavorable. The liability of the spherical The grain of the flue dust mixture is caused by the surface moisture the flying dust glass ball, when wrapped with a not yet hardened Cement, especially with the small one to be used here Amount of cement lifted.

Erst nach Aufbau einer Trocken-Mischung aus Flugstaub, Puzzolan-Abbrand und dem im Anteil niedrig, zur Aktivierung angesetzten Zementes, ergaben sich über die Verdichtung plastische Mörtel-Mischungen, die zu einem dichten Korn mit hoher Grünstandsfestigkeit verarbeitet werden konnten, bei welchem auch eine ausreichende Lagerungsfestigkeit nach Dauer zu erwarten ist.Only after building up a dry mixture of flying dust, puzzolan burn-off and the low proportion of cement used for activation themselves about the compaction of plastic mortar mixtures that result in a dense grain with high green stability could be processed, in which there is also sufficient storage stability over time is expected.

Weitere Versuche bestätigten, daß erst nach Aufbau der Trocken-Mischungen aus Flugstaub, Puzzolan-Abbrand, aktiviert über niedrige Portlandzementmengen, sich weiche, plastisch formbare Mischungen ergeben können, wenn die verfahrenstechnisch vorgesehene leichte Durchfeuchtung des Mischgutes über fein versprühtes Wasser erfolgt.Further tests confirmed that only after the dry mixtures had built up from flying dust, puzzolan combustion, activated via low Portland cement quantities, soft, plastically formable mixtures can result, if the procedural moisture penetration of the Mixed material is carried out over finely sprayed water.

Die faserige, blättrige Kornstruktur, aus welcher sich das Puzzolan zusammensetzt, wird bei Feuchteeinwirkung durch das entstandene Zementgel so aktiviert, daß ein Verfüllprozeß des Porenraumes mit dem Aufbau der Hydratationsprodukte einsetzt. In dieses verfilzt sich das glasige, kugelige Korn der Flugstäube und ergibt aus diesen eine einheitliche zusammenwirkende feste, dichte Stoffmasse. Bei der Verdichtung der blättrig zelligen Struktur der ZWS-Asche in der Mischung, ergibt sich eine Mörtelmasse, die eine hohe Grünstandsfestigkeit, dem herzustellenden Korn verleiht. Hieraus ergibt sich die Grundbedingung des Fertigungsprozesses von künstlichem Kies aus Flugstaub der Steinkohlenkraftwerke. Wenn man davon ausgeht, daß die Kornzusammensetzung der Steinkohlenflugstäube unterhalb von 120 µ liegt, damit eine Feinststoff ist, so weist der Puzzolan-Abbrand aus der Wirbelschichtanlage eine Feinheit von etwa 9600 cm2/g nach Blaine auf, die wiederum mehr als zweimal höher ist, als die Mahlfeinheit des angewendeten Portlandzementes (PZ 45F), so ist die Mischung aus diesen Einzelstoffen von besonders hoher Feinheit, die sich in ihren Eigenarten des Verhaltens bei Wasserlagerung voneinander aber wesentlich unterscheiden. Die Versuche mit diesem Mischgut ergaben dann auch, daß bei Einbringen von Wasser im Spühverfahren in das Mischgut, sich neben der strukturellen Verfilzung der blättrigen Systems des Puzzolan- Einzelkornes, zusätzlich ein hohes Bindevermögen des Kornes mit der blättrigen Struktur einsetzt. Das ist durch eine hohe Wasseraufnahme gekennzeichnet, die in den blättrigen Zellen gespeichert wird, um für den nachfolgenden Prozeß der Hydratisierung des in der Aktivierung befindlichen Puzzolans zur Verfügung zu stehen.The fibrous, leafy grain structure from which the pozzolan is composed is activated by the resulting cement gel when exposed to moisture so that a filling process of the pore space begins with the build-up of the hydration products. The glassy, spherical grain of the fly dusts matted into it and resulted in a uniform, interacting, solid, dense mass of material. When the leafy cellular structure of the ZWS ash is compacted in the mixture, a mortar mass results that gives the grain to be produced a high level of green stability. This results in the basic condition of the manufacturing process of artificial gravel from the dust from the coal-fired power plants. If one assumes that the grain composition of the hard coal dusts is below 120 µ so that it is a fine substance, the puzzolan burn-off from the fluidized bed plant has a fineness of about 9600 cm 2 / g according to Blaine, which in turn is more than twice higher , as the grinding fineness of the Portland cement used (PZ 45F), the mixture of these individual substances is of particularly high fineness, which differ significantly from one another in their characteristics of behavior when stored in water. The experiments with this mixture then also showed that when water was sprayed into the mixture, in addition to the structural matting of the leafy system of the pozzolan single grain, a high binding capacity of the grain with the leafy structure also set in. This is characterized by a high water absorption, which is stored in the leafy cells, in order to be available for the subsequent process of hydrating the pozzolan which is in the process of activation.

Diese Erkenntnis führte dazu, daß an Stelle des fein verdüsten Wassers, zum Feuchteaufbau des Trockenmörtels Heißdampf eingesetzt wurde, um noch besser aktivieren zu können.This knowledge led to the fact that instead of the finely atomized water, steam was used to build up the moisture of the dry mortar to still to be able to activate better.

In einer entsprechenden Vorrichtung, in welcher das Trockengemenge über die Dosierer zum Verdichtungsaggregat durchrieselt, wird durch Aufgabe von Heißdampf die Mischung durchfeuchtet und mit der Feuchte eine gezielte Wärmemenge in die Stoffmasse eingebracht.In a corresponding device in which the dry batch over trickling through the dosing unit to the compaction unit is done by task The mixture is moistened by superheated steam and a targeted one with the moisture Quantity of heat introduced into the mass of material.

Das durchfeuchtete, auch erhitzte Mischgut, fällt aus der speziellen Vorrichtung der Stoffaufgabe in die Vorrichtung der Verdichtung und wird in dieser zum erforderlichen Korn, entsprechender Dichte und Größe geformt. Das mit der notwendigen Wärem durchsetzte Korn aus dem Mischgut, durchläuft nach der Verdichtung den Prozeß der Warmbehandlung und baut hierdurch die Frühfestigkeit des Einzelkornes auf.The moist, also heated, mix falls out of the special device the stock in the compression device and is in this is shaped into the required grain, corresponding density and size. The grain from the mix mixed with the necessary heat passes through after compression the process of heat treatment and thereby builds the early strength of the individual grain.

Die beschleunigte Erhärtung des Kornes hängt wiederum von der Reaktionsfähigkeit der Gesamt-Zusammensetzung des Mischgutes ab, und muß zu Beginn der Auslegung des Mischgutes, der Fertigung von küsntlichem Zuschlag präzise festgelegt werden, über entsprechende Vorversuche oder Bestimmungen unter Bedingungen des Laboratoriums.The accelerated hardening of the grain in turn depends on the reactivity the total composition of the mix, and must be at the beginning the design of the mix, the production of a kissable surcharge be specified precisely, via appropriate preliminary tests or provisions under laboratory conditions.

Das Maß der einzubringenden Feuchte ergibt sich aus der festzulegenden Plastizität für die Kornformung im gewählten Aggregat der Verdichtung, der erforderlichen Intensität der Warmbehandlung und dem Feuchte- Rückhaltebedarf für die Abwicklung der Hydratation des im Mischgut eingebauten Bindemittels sowie dessen Nacherhärtung.The measure of the moisture to be introduced results from the one to be determined Plasticity for grain formation in the selected aggregate of compaction, the required intensity of the heat treatment and the moisture Restraint requirement for handling the hydration of the built-in material Binder and its post-hardening.

Durch das Heißdampf-Verfahren, die beschleunigte Erhärtung, ergibt sich in Verbindung mit der Verdichtung ein Hydratationsprozeß, der zusätzlich zu einer lang andauernden Porenverdichtung der Korn-Stoffmasse führt, damit ein hochverdichtetes Korn des künstlichen Zuschlages ergibt. Der aus den vorgegebenen Mischungen anfallende Korn-Rohstoff, nach DIN 1164 als Mörtel zu Prismen verarbeitet, erreicht nach einer Härtedauer von 2 bis 5 Stunden eine Druckfestigkeit bis zu 5 N/mm2. Je nach Auslegung des Mörtels kann nach 24 Stunden eine Druckfestigkeit von 15 N/mm2 erreicht werden.The superheated steam process, the accelerated hardening, in connection with the compression results in a hydration process, which additionally leads to a long-lasting pore compression of the grain material mass, so that a highly compressed grain of the artificial aggregate results. The grain raw material obtained from the specified mixtures, processed into prisms as mortar in accordance with DIN 1164, reaches a compressive strength of up to 5 N / mm 2 after a hardening period of 2 to 5 hours. Depending on the design of the mortar, a compressive strength of 15 N / mm 2 can be achieved after 24 hours.

Nach einer entsprechenden Auslagerung, bezogen auf die Festigkeitsentwicklung und sonstiges Verhalten der Mörtelmischungen mit Zement und Puzzolan-Bindung, kann der künstlich gefertigte Zuschlag für die Betonherstellung verwendet werden. Die Kornfestigkeit des künstlich gefertigten Zuschlages kann, nach Anteil des in den Trockenmörtel einzubringenden Puzzolan-Abbrandes und des für die Aktivierung desselben genutzten Zementes, unterschiedlich in der Korneigenfestigkeit, den Betonerfordernissen entsprechend, ausgelegt und auch gefertigt werden. Der herzustellende Beton kann demnach über den Portlandzementanteil, den W/Z-Wert, und zusätzlich über die Güte des künstlich gefertigten Zuschlages variiert werden.After appropriate outsourcing, based on the strength development and other behavior of the mortar mixtures with cement and Puzzolan binding, can be the artificially manufactured aggregate for concrete production be used. The grain strength of the artificially manufactured Surcharge can be based on the proportion of what is to be put into the dry mortar Pozzolan erosion and the cement used to activate it, different in grain inherent strength, concrete requirements accordingly, designed and also manufactured. The concrete to be produced can therefore use the Portland cement portion W / Z value, and also on the quality of the artificially produced surcharge can be varied.

Aus dem Aufbau der Trockenmischungen für die Herstellung der künstlichen Zuschläge, dem verwendeten Heißdampf-Verfahren der Durchfeuchtung des Mischgutes sowie der eingebrachten Wärme für die Entwicklung der Frühfestigkeit des Kornes, ergeben sich die Parameter der Fertigung der künstlichen Zuschläge mit dichtem Gefüge. Diese Parameter sind in den Ansätzen der Entwicklung oder der Auslegung der Fertigung aufeinander so abzustimmen, daß optmale Wirtschaftlichkeit der entsprechenden Prozeführung erzielt wird.From the structure of the dry mix for the production of the artificial Supplements, the superheated steam process used to moisten the Mixed material and the heat introduced for the development of the Early strength of the grain, the parameters of the manufacture of the result artificial aggregates with dense structure. These parameters are in the approaches of development or design to coordinate the production so that optimal economy the corresponding process management is achieved.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von künstlichem Zuschlag für die Bauwirtschaft aus einem Mischgut, bestehend im Hauptbestandteil aus Steinkohlenflugstaub, gebunden an ein durch Portlandzement aktivierbaren Abbrand aus dem Brennprozeß der Steinkohlenabgänge oder Ballastkohle in der Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet daß die Flugstäube der Steinkohlenkraftwerke als glasiges, kugeliges Feingut erst durch anteiligen Einsatz des hochfeinen Puzzolan-Abbrand, der durch Portlandzement aktiviert, ein Mischgut ergibt, welches sich als plastischer Mörtel kornformend verarbeiten läßt.1. A process for the production of an artificial aggregate for the construction industry from a mixture consisting of the main constituent of hard coal flying dust, bound to a burn-off that can be activated by Portland cement from the burning process of the hard coal discharges or ballast coal in the fluidized bed, characterized in that the flying dust of the hard coal power plants as a glassy, spherical Fine material only results from the partial use of the ultra-fine pozzolan burn-off, which is activated by Portland cement, to produce a mix which can be processed as a plastic mortar to form a grain. 2. Verfahren nach Pos. 1 dadurch gekennzeichnet, daß über die einzubringende Feuchte, optimal als Heißdampf ausgelegt, in das Mischgut vor der Verdichtung eingebracht, die blättrige Struktur des Puzzolan-Abbrandes mit dem sich bildenden Zementgel so durchsetzt wird, daß das blättrige Kornsystem des Puzzolans eine Verflechtung, Verfilzung in der Stoffmasse eingeht, dadurch das glasige, kugelige Rollkorn der Flugstäube, in die Stoffmasse des Mischgutes voll integriert wird.2. The method according to item 1, characterized in that the to be introduced Moisture, optimally designed as superheated steam, in the mix before compaction introduced the leafy structure of the pozzolan burn with the cement gel is formed so that the leafy grain system of the pozzolan interweaving, matting in the material mass, thereby the glassy, spherical rolled grain of the flying dusts, into the mass of the Mixed goods are fully integrated. 3. Verfahren nach Pos. 1 und Pos. 2 dadurch gekennzeichnet, daß über die Feuchte, die Einwirkung des Heißdampfes auf die Teilkomponenten des Mischgutes, durch die stoffliche Veränderung infolge der Hydratation des Bindemittelanteils, sich ein weicher, plastischer Fein-Mörtel ergibt, welcher sich in den Vorrichtungen der Komprimierung und Zwangsmisch-Verdichtung, intensiv verdichten läßt und dadurch ein Rohkorn mit hoher Grünstandsfestigkeit entsteht.3. The method according to pos. 1 and pos. 2, characterized in that about the humidity, the effect of superheated steam on the sub-components of the mix, due to the material change due to the hydration of the binder component, the result is a soft, plastic fine mortar, which is in the devices of compression and compulsory mixing, intensive can be compacted and this results in a raw grain with high green stability. 4. Verfahren nach Pos. 1 und 2 sowie 3 dadurch gekennzeichnet, daß durch die eingebrachte Wärme aus dem Heißdampf-Verfahren das Mischgut einer Warmbehandlung zugeführt wird, sich infolge der Warmbehandlung eine Intensivierung der Hydratation des Bindemittels und der Puzzolane einsetzt, die das Stoffgemenge jedes Einzelkornes früh verfestigt, eine Korneigenfestigkeit aufbaut, daß der Prozeß der Fertigung der künstlichen Zuschläge dadurch eingeleitet und abgewickelt wird. 4. The method according to Items 1 and 2 and 3, characterized in that by the heat from the superheated steam process is the mix of a heat treatment is intensified due to the heat treatment the hydration of the binder and the pozzolans that the Mixture of each individual grain solidified early, a grain inherent strength builds up the process of making the artificial supplements by doing so is initiated and processed.   5. Verfahren nach Pos. 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß zu der Prozeßsteuerung die einzubringende Feuchte im Anteil der Mischung so zu bemessen ist, daß die Verdichtung der Stoffmasse sich formgerecht abwickeln, die Hydratation für die Frühfestigkeit sich aufbauen läßt, daß aber die blättrige Struktur des Puzzolans ausreichend Feuchte speichert, die über Nachhärtung zur weiteren Kornverdichtung und Verfestigung beiträgt, die Korneigenfestigkeit über das möglche Maß der erfolgten Verdichtung wesentlich steigert.5. The method according to Item 1, 2, 3 and 4, characterized in that to the Process control increases the moisture content in the mixture is dimensioned so that the compression of the mass of material unwinds according to shape, the hydration for early strength can be built, but that leafy structure of the pozzolana stores enough moisture that over Post-curing contributes to further grain compaction and consolidation Grain intrinsic strength above the possible degree of compaction is essential increases.
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