DE3834751A1

DE3834751A1 - Verfahren zur herstellung von leichtzuschlagstoffen mit geringer dichte

Info

Publication number: DE3834751A1
Application number: DE3834751A
Authority: DE
Inventors: Manfred Ackermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-10-12
Filing date: 1988-10-12
Publication date: 1990-04-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Leichtzuschlagstoffen mit geringer Dichte aus Verbrennungsrück ständen mineralstoffhaltiger Einsatzstoffe aus Wirbelschicht feuerungsanlagen, die mit dem Gasstrom ausgetragen und an den Filtern anfallen und gesammelt werden oder aus ähnlichen mineralischen Produkten.

Die in den Wirbelschichtfeuerungsanlagen anfallenden Verbrennungsrückstände können nicht oder nur schwer weiter verarbeitet werden. Probleme bereitet dieses Material insbe sondere aufgrund der Feinkörnigkeit, da der Anteil der Körner < 63 µm immerhin rund 70 Gew.-% ausmacht, so daß dieses Material zum Fließen neigt und wenn überhaupt nur mit hohem Aufwand transportiert und auf Halden abgelagert werden kann. Im Prinzip das gleiche gilt für Flugaschen aus anderen Feue rungsanlagen und für ähnliche mineralische Produkte. Der Versuch, daraus einen Zuschlagstoff geringer Dichte für die Bauindustrie herzustellen, scheitert daran, daß zwar ein im Bereich der Oberfläche sehr hartes, im Kern aber dichtes Korn erzielt wird, das damit ein unter Berücksichtigung des Ausgangsproduktes hohes Schüttgewicht von ca. 1 KG/dm³ auf weist. Darüber hinaus entstehen aufgrund des Ausgangsproduktes bei Wasserzutritt unter Umständen Probleme durch verzögerte Abbindereaktionen des Zementes und durch Quellvorgänge auf.

Der Wunsch nach höheren Dämmwerten ist Grund für Bemühungen, Leichtbaustoffe mit immer geringeren Dichten zu schaffen. Natürliche Baustoffe sind vor allem in der Bundes republik Deutschland nicht vorhanden. Künstliche Baustoffe dieser Art sind abhängig von ausländischen Rohstoffen. Die Rohstoffkosten sind aufgrund der großen Nachfrage hoch und zusätzlich noch durch die Frachten belastet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Leichtzuschlagstoff aus schwer verwertbaren Verbrennungsrück ständen mit einer Schüttdichte deutlich unter 1 KG/dm³ herzu stellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die feinkörnigen bis mehlfeinen Verbrennungsrückstände unter Zugabe von fehlendem, anorganischem Binder mit granuliertem oder körnigem, meistens hydrophobem, durch vorherige Kontaktie rung mit einem Schaumbildner benetzbar gemachtem Leichtstoff, bis sich eine abbindefähige Hohlschale einstellt, durchmengt werden, woraufhin die gebildeten Körper zum Aushärten abge lagert oder hydrothermal gehärtet werden.

Durch die Vorbehandlung des an sich hydrophoben Leicht stoffes wird ein ultraleichter Kern vorgegeben, um den sich dann die mehlkornfeinen Verbrennungsrückstände ablagern und damit Körnungen bilden, die für die unterschiedlichsten Zwecke weiterverarbeitet werden können. Aufgrund des ultraleichten Kerns kann so die Schüttdichte gezielt reduziert werden, ohne die Eigenschaften des Ausgangsmaterials zu verändern. Da ein an sich hydrophober Leichtstoff zum Einsatz kommt, bleibt der Kern durch die prozeßbedingte Befeuchtung unbeeinflußt, was sich sowohl bezüglich der Wasseraufnahme wie auch der Verarbeitbarkeit des Produktes vorteilhaft auswirkt. Es ergibt sich eine verkittete Hohlschale, in der der im Inneren hydro phobe Kern beim Abbinden an der Atmosphäre erhalten bleibt oder aber sich bei hydrothermaler Behandlung weitgehend auf löst, ohne die Eigenschaften des gebildeten Korns zu verändern. Auf diese Weise wird nicht nur ein ansonsten schwer verwert barer, in großen Mengen anfallender Stoff vorteilhaft lager fähig gemacht, sondern gleichzeitig zielgemäß ein Leichtzu schlagstoff mit niedriger Dichte geschaffen, der in der Bau industrie zu verschiedensten Dämmbauzwecken einsetzbar ist. Überraschenderweise kann dabei für diese Zwecke auch ein Sekundärstoff für den Baustoffmarkt nutzbringend eingesetzt werden, weil dieser aufgrund des Verfahrens die hydrophobe Eigenschaft seiner Oberfläche verliert bzw. verändert. Vorteil haft ist außerdem, daß ein solches Verfahren ohne großen Aufwand auch direkt in einer Feuerungsanlage verwirktlicht werden kann, so daß der schwierige und kostspielige Transport des mehlfeinen Einsatzstoffes verkürzt wird bzw. ganz entfallen kann.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungs gemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der granulierte Leicht stoff als natürliche Körnung von Sägeschnittabfall aus der Zurichtung von Schaum- oder Dämmstoffplatten mit einem zuvor schaumig gerührten Schaumbildner durchmischt und dann mit den Verbrennungsrückständen vermengt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß Körnungen entstehen, deren Kornband durch die Körnungsauswahl der Leichtstoffe genau vorher bestimmbar ist.

Um den üblichen Anforderungen der Bauindustrie an die Kornbänder von Leichtzuschlagstoffen zu genügen, sieht die Erfindung vor, den granulierten Leichtstoff mit einer Körnung von 1 bis 10 mm abzusieben und dann mit Schaumbildner und anschließend mit den Verbrennungsrückständen zu mischen. Weiter besteht die Möglichkeit, durch Mengenverteilung durch das Anreichern und Abmagern in bestimmten Siebstufen das jeweils gewünschte Kornband ganz genau in vorgegebenen Grenzen einzu stellen.

Bei Ausgangsmaterial ohne Kalkanteil wird den kalkfreien Verbrennungsrückständen vor der Zuführung des granulierten Leichtstoffes bis zu 30% Zement zugemischt und das gebildete Korn dann zum Aushärten nach entsprechender Schalenbildung abgelagert. Hierdurch erreicht das Korn bzw. die verkittete Hohlschale die jeweils erforderliche Stabilität, um in ent sprechend hergestellten Produkten günstig verwendet werden zu können. Der Zement sorgt dabei für das Verkitten der Ver brennungsrückstände rund um den an sich hydrophoben Styropor kern oder den entsprechend gekörnten Schaumstoff. Zur Reduzierung der Abbindezeit kann das Produkt auch in Dampf kammern bei ca. 70°C oder im Autoklaven gehärtet werden.

Bei aus Wirbelschichtanlagen mit Schwefeleinbindungen stammenden Verbrennungsrückständen ist es von Vorteil, eine Kalkbindung anzuwenden, wozu unter Berücksichtigung des eigenen Kalkanteils Kalk bis auf eine Gesamtkalkmenge bis zu 8% zuge geben, dann mit dem vorbehandelten granulierten Leichtstoff durchmengt wird und daß die Körner anschließend hydrothermal bei ca. 160°C über 4 bis 6 Stunden gehärtet werden. Ein solcher Härtungsprozeß führt zu einem ausgehärteten Produkt, das auf die gleiche Art und Weise weiterverarbeitet werden kann, wie das unter Zusatz von Zement entstandene Korn. Durch das hydrothermale Härten wird der Schaumstoffkern (Styropor kern) oder der aus ähnlichem hydrophobem Material bestehende Kern weitgehend aufgelöst, wobei für die angestrebten Eigen schaften des Endkorns keine Nachteile entstehen.

Neben der reinen Verwendung von Zement bzw. dem Auffüllen des Kalkanteils sieht die Erfindung eine dritte Verfahrens variante vor, nach der kalkfreie und kalkhaltige Verbrennungs rückstände miteinander unter Zugabe von Zement gemischt, mit dem Leichtstoff geformt und hyrothermal gehärtet werden. Auch auf diese Weise erhält man ein Material, das sich für eine entsprechende Weiterverarbeitung eignet.

Wegen der angestrebten niedrigen Korndichte ist das Korn über 1 mm auszuhalten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Korngröße der Verbrennungsrückstände < 1 mm beträgt und dabei vorzugsweise zu 70 Gew.-% < 63 µm ist. Der Binder in Form von Zement sollte dabei mit dem noch warmen Zuschlag gemischt und dann mit dem granulierten Leichtstoff geformt werden. Ein solches Vorgehen macht sich die Wärme der Ver brennungsrückstände zunutze, wobei sich diese insbesondere bei dem anschließenden Abbindeprozeß als Beschleuniger auswirkt.

Die durch die Zugabe von Kalk oder Zement o.ä. Binder oder durch den in den Verbrennungsrückständen vorhandenen Binder sich ergebenden Hohlschalen eignen sich aufgrund ihres günstigen Schüttgewichtes optimal für die Herstellung von Leichtbaukörpern, wobei die verkitteten Hohlschalen sowohl ungebunden wie ihrerseits mit flüssigen Bindern versetzt und zu Baukörpern verarbeitet werden können. Die Vielseitigkeit der Anwendung entsprechend hergestellter Leichtzuschlagstoffe ist also enorm groß.

Die Erfindung zeichnet sich durch ein Verfahren aus, das im wesentlichen darin besteht, daß um leichte Kerne wie beispielsweise Styroporgranulat oder Schaumstoffkugeln, deren Wasseraufnahme äußerst gering ist und deren Benetzung mit Wasser oder wasserhaltigen Suspensionen schwierig ist, durch entsprechende Behandlungsverfahren benetzbar gemacht werden und an die, nach der Benetzung überwiegend mehlfeinen Mischungen aus anorganischen Bindemitteln und thermisch be handelten Mineralstoffen schalenförmig angelagert werden. Die Auswahl der kernbildenden Körnung wird auf die gewünschte Korngröße des Zuschlages abgestimmt. Die Schalenstärke wird durch die Dauer des Anlagerungsvorgangs in Abhängigkeit von der gewünschten Kornfestigkeit bestimmt. Bei zementgebundenen Mischungen ist ein Abbindevorgang ohne thermische Behandlung möglich. Das gleiche gilt im Prinzip für die Kombination von Hydratkalk und Zement. In beiden Fällen ist aber auch die thermische Härtung nach dem Kalksandsteinprozeß möglich. Wird die Härtung des Leichtzuschlags grundsätzlich durch die Dampf härtung bewirkt, genügt bei Verwendung von Wirbelschichtfilter asche, die in der Regel mit aktivem Restkalk und Reaktions produkten der Kalkzugabe belegt ist, der Restkalkgehalt aus der überstöchiometrischen Kalkzugabe. In Ausnahmefällen muß der vorhandene Kalkgehalt auf einen Anteil von aktivem Kalk von 2 Gew.-% bezogen auf die Mineralstoffmenge ergänzt werden. Ab 10 mm Hohlraumdurchmesser sollte man zur Vermeidung der Konvektion im Korn die zementgebundene Bindung unter Vermeidung von Temperaturen über 100° anwenden, weil dann der ultraleichte Kern im Korn erhalten bleibt. Wichtig ist darüber hinaus, daß Schaumbildner verwendet wird, der zement- bzw. kalkverträg lich ist, weil auf diese Weise die Wirkung des Binders nicht aufgehoben, sondern vielmehr ein entsprechend härtbares Korn erzeugt wird.

Beispiele

Als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Leichtzuschlag stoffen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind bei den nachfolgenden Beispielen die nachfolgend genannten Stoffe zum Einsatz kommen.

1.0 Verbrennungsrückstand der zirkulierenden Wirbelschicht-Feuerungsanlage der Stadtwerke Duisburg.
2.0 Die Siebanalyse der Asche ergab folgende Siebrückstände:

<0,04 mm
66 Gew.-%
<0,09 mm	54 Gew.-%
<0,2 mm	36 Gew.-%
<1,0 mm	3,2 Gew.-%

3.0 Mischungsbestandteile
Gesamt-Kalkgehalt\|6,5%
Aktiver Kalkanteil	1,9 Gew.-%
Bindemittel	Zement F 35, Zementwerk Anneliese
Kalk	Hydratkalk Ultraleicht, Kalkwerke Wülfrath
Benetzungsmittel	Schaumbildner SCH 1, Heidelberger Zementwerke
Kernbildner	Kugeliges Kunststoffschaummaterial
Befeuchtung	Trinkwasser aus dem öffentlichen Netz

4.0 Beschreibung des Herstellungsprozesses

Im optimierten Verhältnis wird Wasser und Schaumbildner zu einem noch fließfähigen Schaum geschlagen. Der Schaum wird in einen Zwangsmischer gegeben und anschließend wird das kernbildende Kornband aus geschäumten Kunststoffkugeln zugegeben. Ca. 75 Gew.-Anteile des vorbereiteten binde mittelhaltigen und mehlkornfeinen Mineralstoffs wird an schließend in den Mischer gegeben und unter zusätzliche Einwirkung eines Wirblers mit den Kernbildnern unter Auf nahme des Schaums zu einem rieselfähigen Gemisch einge rührt.

Anschließend wird die Mischung ausgetragen und durch Rotation geformt, wobei die Restmenge des Mineralstoffs durch Aufstreuen und Bedüsung für den weiteren Aufbau der Schalen aufgebracht wird.

Über eine schwach gepuderte Rinne wird das Material ausge tragen und in Stahlboxen, die mit einem Quadratmaschen gewebe < 3,15 mm ausgekleidet sind, gesammelt, im Falle der Zementbindung an der Atmosphäre gehärtet, bei Kalkbin dung oder zur Abkürzung des Abbindevorgangs im Autoklaven unter Sattdampfbedingungen bei ca. 160°C gehärtet.

5.0 Rezepturen der Versuchsmischungen und Ergebnisse

Zum Vergleich sei darauf hingewiesen, daß Bims gleicher Körnung eine Schüttdichte von 0,92 KG/dm³ und eine Kornfestigkeit von iM 70 KN aufweist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Leichtzuschlagstoffen mit geringer Dichte aus Verbrennungsrückständen mineralstoff haltiger Einsatzstoffe aus Wirbelschichtfeuerungsanlagen, die mit dem Gasstrom ausgetragen und an den Filtern anfallen und dort gesammelt werden oder aus ähnlichen mineralischen Produkten, dadurch gekennzeichnet, daß die feinkörnigen bis mehlfeinen Verbrennungsrückstände unter Zugabe von fehlendem, anorganischem Binder mit granu liertem oder körnigem, meistens hydrophobem, durch vorherige Kontaktierung mit einem Schaumbildner benetzbar gemachten Leichtstoff, bis sich eine abbindefähige Hohlschale einstellt, durchmengt werden, woraufhin die gebildeten Körper zum Aus härten abgelagert oder hydrothermal gehärtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der granulierte Leichtstoff als natürliche Körnung von Sägeschnittabfall aus Zurichtung von Schaum- oder Dämmstoff platten mit einem zuvor schaumig gerührten Schaumbildner durch mischt und dann mit den Verbrennungsrückständen vermengt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der granulierte Leichtstoff auf eine Körnung von 1 bis 10 mm abgesiebt und dann mit Schaumbildner und anschließend mit den Verbrennungsrückständen gemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein bestimmtes Kornband durch Einsatz bestimmter Siebstufen genau eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den kalkfreien Verbrennungsrückständen vor der Zuführung des granulierten Leichtstoffes bis zu 30% Zement zugemischt und das gebildete Korn dann zum Aushärten abgelagert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gebildeten Körper in Dampfkammern bei ca. 70°C oder im Autoklaven gehärtet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Verbrennungsrückständen unter Berücksichtigung des eigenen Kalkanteils Kalk bis auf eine Gesamtkalkmenge bis zu 8% zugegeben, dann mit dem vorbehandelten granulierten Leichtstoff durchmengt wird und daß die Körner anschließend hydrothermal bei ca. 160°C über 4 bis 6 Stunden gehärtet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kalkfreie und kalkhaltige Verbrennungsrückstände (WSA) miteinander unter Zugabe von Zement gemischt, mit dem Leicht stoff geformt und hydrothermal gehärtet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Verbrennungsrückstände < 1 mm beträgt und dabei vorzugsweise zu 70 Gew.-% < 63 µm.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verkitteten Hohlschalen ihrerseits mit flüssigen Bindern versetzt und zu Baukörpern verarbeitet werden.