DE3911440A1 - Verfahren zur einlagerung von schwermetallen in grosser menge und als begleitelement wasserloesliche alkaliionen von grosser mobilitaet enthaltenden gefaehrlichen abfaellen - Google Patents

Verfahren zur einlagerung von schwermetallen in grosser menge und als begleitelement wasserloesliche alkaliionen von grosser mobilitaet enthaltenden gefaehrlichen abfaellen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einlagerung von Schwermetalle in großer Menge und als Begleitelement wasserlösliche Alkali-Ionen von großer Mobilität enthal­ tenden gefährlichen Abfällen.
Nach einem bekannten und bedeutenden Verfahren werden die Abfälle der vielerlei gefährlichen Abfälle - deren Men­ ge sich immer erhöht - unschädlich zu machen, in ein un­ lösbares Medium eingelagert, wodurch die Lösung der toxi­ schen Bestandteile und deren Gelangen in die Umwelt ver­ hindert werden kann.
Nach den meistverbreiteten der verschiedenen bekannten Verfahren werden anorganische Bindemittel (Zement, Kalk, Kraftwerksflugasche, Gips, usw.) als Befestigungsmittel ver­ wendet.
US-PS 39 76 537 beschreibt die Einlagerung von liquiden Stoffen von Flüssigkeitsphase, worin der gefährliche Ab­ fall von flüssigem Aggregatzustand durch die Zugabe von Portlandzement eingelagert und befestigt wird.
Das Verfahren der US-PS 42 26 631 verwendet auch Zement als Einlagerungs- und Befestigungsmittel der gefährlichen Abfälle und als weiterer Zusatzstoff wird Lipidzugabe in verschiedenem Verhältnis zur Verminderung der Lösung vorge­ schlagen.
In der HU-PS 1 78 097 wird Portlandzement - Aluminium­ silikat - aktive Kohle enthaltende Einlagerungsmischung verwendet, worin die Zugabe der aktiven Kohle zur physischen Bindung der das Zementierungsverfahren störenden Bestand­ teile (z.B. organischen Stoffen) dient.
Nachteil der genannten Verfahren ist, daß die Kosten der Einlagerungskomponente (Portlandzement, aktive Kohle, Lipide) hoch sind, weiterhin daß die neben den toxischen Schwermetallbestandteilen der einzulagernden gefährlichen Abfälle eventuell vorkommenden Begleitteile, die die Ze­ mentierungsverfahren verlangsamen oder verhindern, durch dieses Verfahren überhaupt nicht oder nur teilweise (phy­ sikalisch) gebunden werden können.
In anderen Patentschriften werden anstatt des teueren Portlandzementes die viel billigere Flugasche, Kalk, bzw. Flugasche-Kalk Bindemittel zur Einlagerung der verschiede­ nen Abfälle verwendet. So zum Beispiel wird in der US-PS 40 28 130 Flugasche-Kalk Bindemittel und fallweise Erdalka­ limetallsulfat Zusatzstoff zur Einlagerung der Abwasser­ schlemme vorgeschlagen. Der durch das Verfahren eingelagerte Abwasserschlamm kann niedergelegt und fallweise als Grund­ stoff beim Straßenbau verwendet werden.
In der US-PS 42 26 630 wird fliegende Flugasche zum Machen der gefährlichen Schlammfälle von großem Schwerme­ tallgehalt unschädlich verwendet. Die fliegende Flugasche wird in einer Menge von 20-70 Massen% gegeben, gerechnet auf die Masse des Abfalles, die Druckfestigkeit des 7-tägigen eingelagerten gefährlichen Abfalles beträgt 1,75 MPa.
Nachteil der letztgenannten zwei Verfahren besteht dar­ in, daß sie nur zur Einlagerung bestimmter, die Bildung und Stabilisierung der Puzzolanbindungen störenden Ionen nicht enthaltenden, gefährlichen Abfälle geeignet sind. Weiterer Nachteil, daß das Befestigungsverfahren der einge­ lagerten Abfälle langsam und die Anfangsfestigung niedrig ist.
Zusammengefaßt, die als Bindemittel anorganische Kompo­ nente (Zement, Kalk, Flugasche, usw.) und als Zusatzstoff zur physikalischen Bindung geeignete Komponente oder Kompo­ nenten enthaltenden Einlagerungstechnologien nur im Falle verwendet werden können, wenn der gefährliche Abfall neben seinem toxischen Schwermetallgehalt als Begleitelement physikalisch unverbundbare, wasserlösliche Bestandteile von großer Mobilität nicht enthält.
Diese Bestandteile von großer Mobilität - hauptsächlich Alkali-Ionen - werden nämlich in die während der Zementier­ ungs- und Puzzolanreaktionen hergestellten Hydrokristalle eingebaut und sie verhindern dadurch die Bildung der die chemische Stabilität versichernden
Kalziumhydrosilicate
(4 CaO · 5 SiO₂ · 5 H₂O)
Trikalziumhydroaluminate (3 CaO · Al₂O₃ · 6 H₂O)
Kalziumfertithydrate (3 CaO · Fe₂O₃ · 6 H₂O) und
Ettringit (3 CaO · Al₂O₃ · 3 CaSO₄ · 3 H₂O)
enthaltenden Hydrokristalle, bzw. die Bildung der zwischen diesen Kristallen und den Schwermetallkomponenten der gefähr­ lichen Abfällen durch physikalische und chemische Bindung hergestellten Kristallkomplexe und heterogenen Kristallgemi­ sche.
Bezugnehmend, daß die Menge der unverbrennbaren, nieder­ zulegenden und unschädlich zu machenden gefährlichen Abfälle nur in Ungarn 700 000 t/Jahr beträgt, und ein bedeutender Teil davon wegen seines Schwermetallgehaltes als gefährlicher Abfall betrachtet wird, weiterhin die Hälfte dieser Gewerbe­ abfälle mehrere oder wenigere Menge von wasserlöslichen Alkali- Ionen (Schlacke der Metallurgie, Bleisalzabfall, Bariumsalz­ schlacke, Magnesium enthaltende Salzschlacke) von großer Mo­ bilität auch enthält, bedeutet die Ausarbeitung eines Ver­ fahrens, das die sichere und wirtschaftliche Einlagerung der obigen Abfälle ermöglicht, eine große Entwicklung.
Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren auszuarbeiten, das zur Einlagerung von neben dem hohen toxischen Schwerme­ tallgehalt als Begleitelement wasserlösliche Alkali-Ionen von großer Mobilität enthaltenden gefährlichen Abfälle so geeignet ist, daß als eine Einlagerungskomponente billige, hauptsächlich aus Gewerbeabfall bestehende Bindemittel und Zusatzstoffe benutzt werden.
Die Neuheit des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß wenn Schwermetall in großer Menge und als 35 Begleitelement wasserlösliche Alkali-Ionen von großer Mobili­ tät enthaltende gefährliche Abfälle zusammen mit einer alkalisch erregten, Dikalziumsilikate enthaltenden Komponen­ te gemahlen wird, tritt die Dikalziumsilikat enthaltende Komponente wegen des durch Mahlen erreichbaren mechanischen Aufschließung und Aktivisierung mit den wasserlöslichen Al­ kali-Ionen des gefährlichen Abfalles in Gegenwart von Wasser in die chemische Reaktion, d.h. sie verbindet sie chemika­ lisch. Zum System werden danach zur physikalisch-chemischen Bindung der Schwermetalle benötigten aktive CaO und aktive SiO2+Fe2O3+Al2O3 Komponente gemischt, wodurch der gefährliche Abfalle sicherlich eingelagert werden kann.
Als Vorteil soll genannt werden, daß die alkalisch erreg­ te, Dikalziumsilikat enthaltende Komponente mit den Alkali- lonen in chemische Reaktion tretend nicht nur die vollständige Durchführung der zur Bindung der Schwermetalle benötigten Zementierungs- und/oder Puzzolanreaktionen, d.h. die Bildung der stabilen Kristallgemische, Kristallkomplexe ermöglicht, sondern dem eingelagerten Abfall eine schnellere Befestigung und eine höhere Anfangsfestigkeit sichert.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß als aktives CaO, SiO2, Al2O3 und Fe2O3 enthaltende Komponente hauptsächlich Gewerbeabfall, in erster Linie verschiedene Flugaschefraktionen verwendet werden, sowie das alkalisch er­ regte Dikalziumsilikat enthaltende Komponente auch ein Abfall, vorteilhaft die Schlacke von Hochofenhütten ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einlagerung von gefährlichen Abfällen mit hohem Schwermetallgehalt, die als Begleitelement wasserlösliche Alkali-Ionen von großer Mobili­ tät enthält. Nach dem Verfahren wird der gefährliche Abfall gemahlen, dann zur physikalisch-chemischen Bindung des toxi­ schen Schwermetallgehaltes des gefährlichen Abfalles werden zum Mahlgut in einer Menge von 1-45 Massen%, min. 20 Massen% aktives CaO enthaltende, und in einer Menge von 5-70 Massen%, min. 20 Massen% aktives SiO2+Fe2O3+Al2O3 enthaltende Binde­ mittelkomponenten zugegeben.
Neuheit der Erfindung besteht darin, daß die mechanische Aufschließung und Aktivierung des gefährlichen Abfalles mit dem gleichzeitigen Mahlen des gefährlichen Abfalles und der in einer Menge von 1-30 Massen%, min. 20 Massen% Dikalzium­ silikat - gerechnet auf die Masse des gefährlichen Abfalles - enthaltenden, alkalisch erregten Komponente durchgeführt wird, wodurch die Dikalziumsilikat enthaltende Komponente mit den wasserlöslichen Alkali Ionen des gefährlichen Abfalles in Ge­ genwart von Wasser in eine chemische Reaktion gebracht wird. Die Blaine spezifische Fläche des durch gleichzeitiges Mahlen des gefährlichen Abfalles und der alkalisch erregtes Dikalzium­ silikat enthaltenden Komponente erhaltenen Gemisches min. 1800 cm2/g beträgt. Die als Zusatzstoff verwendete, alkalisch erregtes Dikalziumsilikat enthaltende Komponente ist ein Ge­ werbeabfall, vorzugsweise ein aktiver, granulater Schlacken­ abfall der Hochofenhütter. Durch die chemische Reaktion des alkalisch erregtes Dikalziumsilikat enthaltenden Zusatzstoffes mit den wasserlöslichen Alkali-Ionen des gefährlichen Abfalles wird die vollständige Durchführung der Zementierungs- und/oder Puzzolanreaktionen und die Stabilität des kristallen Endpro­ duktes gesichert. Durch die chemische Reaktion des alkalisch erregtes Dikalziumsilikat enthaltenden Zusatzstoffes mit den wasserlöslichen Alkali-Ionen des gefährlichen Abfalles, wegen des eigenen Hydrierungs- und Befestigungsverfahrens wird die schnelle Befestigung und eine große Anfangsfestigkeit des eingelagerten gefährlichen Abfalles gesichert, wodurch die An­ fangsdruckfestigkeit des eingelagerten gefährlichen Abfalles
im Alter von 3 Tagen auf: 2,3 MPa
im Alter von 7 Tagen auf: 3,5 MPa
eingestellt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand der folgenden Beispielen ohne Beschränkung des Schutzumfanges näher er­ läutert.
Beispiel 1
Die Einlagerung der toxischen Schwermetalle und als Be­ gleitelement auf das Maß des Abfalles gerechnetes 6 Massen% wasserlösliches Natrium enthaltenden Schlacke der Pulvermetal­ lurgie wird mit dem gleichzeitigen Mahlen der Schlacke der Pulvermetallurgie und der auf das Maß der pulvermetallurgischen Schlacke gerechneten 5 Massen% granulierten Schlacke der Hoch­ ofenhütter angefangen. Die Blaine spezifische Fläche des zwei-komponenten Gemisches ist 1800 cm2/g.
Zum Zwei-komponenten Gemisch wird auf das Maß des gefähr­ lichen Abfalles gerechneten 15 Massen% Rührwasser, nicht hyd­ raulische Flugasche und 1 Massen% Kalkhydrat enthaltender Ab­ fallpulver, dann zur erdnassen Konsistenz benötigtes weiteres 8 Massen% Rührwasser gegeben. Das erdnasse, betonartige Gemisch wird konzentriert und die 7-tägige Druckfestigkeit des einge­ lagerten Abfalles beträgt 3,5 MPa.
Charakteristische Eigenschaften der Schlacke der Pulvermetallurgie (des gefährlichen Abfalles)
Feuchtigkeitsgehalt:
1,6 Massen-%
Glühverlust (auf 600°C): 4,1 Massen-%
Na-Gehalt: 17-20% 5-6 Massen-%, davon ist wasserlöslich
K-Gehalt: 0,4%
CaO-Gehalt: 5-6%
SO₄-Gehalt: 8-10%, ein kleiner Teil ist wasserlöslich
Cl-Gehalt: 3-4%, völlig wasserlöslich
Pb-Gehalt: 1020 mg/kg
Cu-Gehalt: 3055 mg/kg
Zn-Gehalt: 1090 mg/kg
Sn-Gehalt: 200 mg/kg
SO₄2--Gehalt: 2050 mg/kg
Charakteristische Eigenschaften der Einlagerungskomponenten
a) granulierte Schlacke der Hochofenhütter:
Dikalziumsilikat-Gehalt: 35 Massen-%
b) nicht hydraulische Flugasche: @ aktives SiO₂+Fe₂O₃+Al₂O₃-Gehalt: 30 Massen-%
c) Kalkhydrat-Abfallpulver: @ aktives CaO-Gehalt: 60 Massen-%
Die Auslösungswerte des 28-tägigen eingelagerten Abfalles der Pulvermetallurgie bleiben um ein gut Teil unter dem zulässigen Grenzwert zurück (siehe Tabelle I).
Auslösungswerte des eingelagerten Abfalles mit destilliertem Wasser
Auslösung mit destilliertem Wasser mg/dm³
Pb
< 0,1
Cu < 0,04
Zn < 0,02
Sn < 5
SO₄2- 35
Beispiel 2
Die Einlagerung des Zink und Kupfer in grosser Menge und wasserlösliche Natrium- und Kalium-Ionen in kleiner Menge enthaltenden gefährlichen Abfalles wird aufgrund der folgenden Zusammensetzung nach Beispiel 1 durchgeführt.
100 Gew.-Teile
gefährlicher Abfall
30 Gew.-Teile Schlacke der Hochofenhütter
70 Gew.-Teile nicht hydraulische Flugasche
45 Gew.-Teile Kalkhydrat-Abfall
25 Gew.-Teile Rührwasser (in zwei Teilen zugegeben, siehe Beispiel 1)
Der durch Mahlen erhaltene gefährliche Abfall - Schlacke der Hochofenhüter - Mahlgut hat eine Blaine spezifische Fläche: 2800 cm2/g.
Die 7-tägige Druckfestigkeit des im erdnassen Zustand konzentrierten, eingelagerten Abfalles ist 4,8 MPa.
Charakteristische Eigenschaften des gefährlichen Ab­ falles sind wie folgt:
Feuchtigkeitsgehalt:
8,4 Massen-%
Glühverlust: 5,6 Massen-%
Na-Gehalt (wasserlöslich): 3 Massen-%
K-Gehalt (wasserlöslich): 5 Massen-%
Pb-Gehalt: 472 mg/kg
Cu-Gehalt: 3654 mg/kg
Cr-Gehalt: 82 mg/kg
Ni-Gehalt: 177 mg/kg
Zn-Gehalt: 17 273 mg/kg
Cd-Gehalt: 4,0 mg/kg
Ba-Gehalt: 80 mg/kg
Sn-Gehalt: 1000 mg/kg
Charakteristische Eigenschaften der Einlagerungskomponenten
a) granulierte Schlacke der Hochofenhütter:
Dikalziumsilikat-Gehalt: 20 Massen-%
b) nicht hydraulische Flugasche: @ aktiver SiO₂+Fe₂O₃+Al₂O₃-Gehalt: 20 Massen-%
c) Karbidkalk-Abfall: @ Wassergehalt 50 Massen-%
aktiver CaO-Gehalt 20 Massen-%
Die Auslösungswerte des 28-tägigen eingelagerten Abfalles:
Auslösung mit destilliertem Wasser mg/dm³
Pb
< 0,02
Cu 0,22
Cr < 0,04
Ni < 0,1
Zn < 0,02
Cd < 0,02
Ba < 2

Claims (5)

1. Verfahren zur Einlagerung von Schwermetalle in großer Menge und als Begleitelement wasserlösliche Alkali-Ionen mit großer Mobilität enthaltenden gefährlichen Abfällen, worin der gefährliche Abfall gemahlen wird, dann zur physikalisch- chemischen Bindung des toxischen Schwermetallgehaltes des gefährlichen Abfalles zum Mahlgut in einer Menge von 1-45 Mas­ sen%, min. 20 Massen% aktives CaO enthaltende, und einer Menge von 5-7g Massen%, min. 20 Massen% aktives SiO2+Fe2O3+Al2O3 enthaltende Bindemittelkomponente zugegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Aufschließung und Aktivierung des gefährlichen Abfalles mit dem gleichzeitigen Mahlen des gefährlichen Abfalles und der in einer Menge von 1-30 Massen%, min. 20 Massen% Dikalziumsilikat - gerechnet auf die Masse des gefährlichen Abfalles - enthaltenden, alkalisch erregten Komponente durchgeführt wird, wodurch die Dikalzium­ silikat enthaltende Komponente mit den wasserlöslichen Alkali- Ionen des gefährlichen Abfalles in Gegenwart von Wasser in eine chemische Reaktion gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blaine spezifische Fläche des durch den gleichzeitigen Mahlen des gefährlichen Abfalles und der alkalisch erregten Dikalziumsilikat enthaltenden Komponente erhaltenen Gemisches min. 1800 cm2/g ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zusatzstoff verwendete alkalisch erregtes Dikal­ ziumsilikat enthaltende Komponente ein Gewerbeabfall, vorteil­ haft aktiver, granulierter Schlackenabfall der Hochofenhütter ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Bringen des alkalisch erregtes Dikalziumsilikat ent­ haltenden Zusatzstoffes mit den wasserlöslichen Alkali-Ionen des gefährlichen Abfalles in eine chemische Reaktion, die vollständige Durchführung des Zementierungs- und/oder Puzzo­ lanreaktionen und die Stabilität des Kristallenendproduk­ tes gesichert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß durch Bringen des alkalisch erregtes Dikalzium­ silikat enthaltenden Zusatzstoffes mit den wasserlöslichen Alkali-Ionen des gefährlichen Abfalles in eine chemische Reak­ tion, wegen ihrer Hydrierungs- und Befestigungsverfahren, dem eingelagerten gefährlichen Abfall eine schnelle Befes­ tigung und große Anfangsfestigkeit gesichert wird, wodurch die Anfangsdruckfestigkeit des eingelagerten gefährlichen Abfalles im Alter von 3 Tagen auf einen Wert von min 2,3 MPa und
im Alter von 7 Tagen auf einen Wert von min 3,5 MPaeingestellt wird.
DE3911440A 1988-04-20 1989-04-07 Verfahren zur einlagerung von schwermetallen in grosser menge und als begleitelement wasserloesliche alkaliionen von grosser mobilitaet enthaltenden gefaehrlichen abfaellen Withdrawn DE3911440A1 (de)

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