DE3934085C2 - - Google Patents
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Description
Ein Verfahren zur Einbindung und Verfestigung von schwer
metallhaltigen Stoffen unter Einsatz eines Bindemittels
ist aus der WO 88/02 739 bekannt. Dabei wird der zu
entsorgende Stoff mit einer Asche aus der Wirbelschichtfeuerung
und/oder mit einer Elektrofilter-Asche eines
Kraftwerkes gemischt, wobei das Verhältnis Wasser/Hydratphasen
bildende Substanzen auf einen Wert zwischen
0,23 und 0,35 eingestellt wird.
Das bekannte Verfahren hat sich im Prinzip bewährt,
allerdings beträgt der Anteil an Bindemittel in der
Regel weit über 50 Gew.-% und die Wasserdurchlässig
keitswerte (k-Werte) sind auf Größenordnungen von
10-10 cm/s beschränkt.
In der US-PS 37 85 840 wird ein Kalkstein-Flugasche-Sulfit-Gemisch
beschrieben (Titel der Patentschrift), wobei
die zementartige Mischung Verbrennungsrückstände enthalten
kann. Schwermetallhaltige Stoffe sollen nicht entsorgt
werden. Die Flugasche ist nicht näher spezifiziert.
Die DD-PS 1 49 136 beschreibt ein Verfahren zur Ab-
und Endlagerung unterschiedlichster Abfallstoffe. Dazu
wird der Abfallstoff mit einem Bindemittel, das vorzugsweise
ein Zement sein soll, in Anwesenheit eines Härtungsmittels
gemischt und in einem Deponieraum ausgebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, schwermetallhaltige
feste und flüssige Stoffe, wie sie zum Beispiel
als Abfallstoffe bei Müllverbrennungsanlagen,
Sondermüllverbrennungsanlagen, in Klärschlämmen
oder dergleichen anfallen, in ein geeignetes Bindemittel
einzubinden und dort zu verfestigen, und zwar derart,
daß die aus dem Stand der Technik bekannten Wasserdurchlässigkeitswerte
des verfestigten Produktes übertroffen
werden, und zwar auch dann, wenn der Bindemittelanteil
niedriger liegt.
Zur Lösung dieser Aufgabe, die nachstehend näher be
schrieben wird, macht sich die Erfindung folgende Er
kenntnisse zunutze:
Die Einbindung und Verfestigung schwermetallhaltiger, aber auch organischer Rückstände kann verbessert werden, wenn das Bindemittel folgende Komponenten umfaßt:
Die Einbindung und Verfestigung schwermetallhaltiger, aber auch organischer Rückstände kann verbessert werden, wenn das Bindemittel folgende Komponenten umfaßt:
- - eine latenthydraulische Komponente aus einer Flugasche, Kesselasche, amorpher Kieselsäure oder Schlacke (zum Beispiel Hüttensand) mit einem SiO₂-Gehalt von mindestens 40 Gew.-%, in einer Korngröße kleiner 100 µm, wobei mindestens 80 Gew.-% kleiner 40 µm vorliegen,
- - eine alkalische und/oder vorzugsweise erdalkalische Komponente auf Basis CaO, Ca(OH)2, MgO oder Mg(OH)2 als Anreger für die latenthydraulische Komponente sowie
- - trockene Rückstände einer Sprühabsorptionsanlage, die mit Calciumoxid oder wässrigen Calciumhydroxid- oder Calciumcarbonatlösungen betrieben wird und neben Calciumsulfit und Calciumsulfat, gegebenenfalls in Hydratform, auch unverbrauchtes Calciumhydroxid enthält.
Ausgehend von einer derartigen Bindemittelmischung wurde
weiter erkannt, daß das gewünschte Ergebnis nur dann erreicht
wird, wenn zwischen der silikatischen Komponente und
der alkalischen/erdalkalischen Komponente zusammen mit den
trockenen Rückständen einer Sprühabsorptionsanlage ein
Gewichtsverhältnis von 60 bis 92 zu 8 bis 40 eingestellt wird,
wobei der Anteil der alkalischen und/oder erdalkalischen
Komponente mindestens 3 Gew.-% und der Wassergehalt zwischen 15 und 32 Gew.-%, bezogen
auf die Substanzen, die Hydratphasen bilden betragen muß.
Sofern beispielsweise eine Flugasche verwendet wird,
die bereits einen Gehalt an freiem CaO, Ca(OH)2, MgO
oder Mg(OH)2 aufweist, wird die entsprechende Komponente
nur noch anteilsmäßig separat zugegeben. Dies gilt
auch für den Anteil an Calciumsulfat und/oder Calciumsulfit
(gegebenenfalls in Hydratform).
Um das gewünschte Ergebnis zu erreichen, ist eine sorg
fältige Abstimmung der einzelnen Komponenten notwendig.
Der Gehalt an Calciumsulfit und/oder Calciumsulfat im Binde
mittel sollte zwischen 3 und 25 Gew.-% liegen. Es hat
sich herausgestellt, daß bei einem geringeren
Gehalt die Auslaugbarkeit der Schwermetalle erhöht
wird und die Wasserdurchlässigkeit steigt. Werden calcium
sulfit- bzw. calciumsulfathaltige Komponenten in höheren
Anteilen eingesetzt verschlechtert sich die mechanische
Beständigkeit der verfestigten Produkte, da es dann
zu Treiberscheinungen kommt, die zu einem Aufplatzen
des verfestigten Körpers führen und dessen Auslaugbarkeit
ungünstig erhöhen.
Der Mindestgehalt an alkalischer und/oder erdalkalischer
Komponente von 3 Gew.-% vorzugsweise 5 Gew.-%, ist deshalb wichtig,
um die hydraulische Abbindung der latenthydraulischen
Bindemittelkomponente anzuregen und gleichzeitig eine
ausreichende Einbindung der Schadstoffe in die Hydrat
phasen zu erreichen.
Die latenthydraulische Komponente erfüllt ihre Wirkung
innerhalb des genannten Bindemittels in bevorzugter
Weise dann, wenn sie besonders feinteilig ist, weshalb
eine Korngröße kleiner 100 µm, vorzugsweise feiner,
vorgeschlagen wird. Die Einbindung der Schwermetallionen
innerhalb der nach Zugabe von Wasser gebildeten Hydratphasen
ist dann besonders intensiv.
Unter Einsatz des vorgenannten Bindemittels können
sowohl feste als auch flüssige Stoffe mit einem Gehalt
an Schwermetallen in die Hydratphasen eingebunden werden.
Dabei soll der Anteil des Bindemittels zwischen 20
und 60 Gew.-%, der des zu entsorgenden Stoffes ent
sprechend zwischen 40 und 80 Gew.-% liegen. Ein Wasser
anteil von 15 bis 32 Gew.-%, bezogen auf die an der
Bildung von Hydratphasen beteiligten Substanzen, ermög
licht einerseits eine homogene Durchmischung von Binde
mittel und zu entsorgendem Stoff, führt aber gleichzeitig
auch zu einer vollständigen Hydratation der reagierenden
Anteile und zu einer günstigeren Einbindung der zu
entsorgenden Schwermetallionen. Bei der Entsorgung flüssiger Stoffe
ist die Gesamt-Wassermenge in vorstehendem Umfang zu begrenzen.
Überraschend hat sich gezeigt, daß unter Einsatz des
genannten Bindemittels in den genannten Mengen die
Wasserdurchlässigkeitswerte (k-Werte) um etwa ein bis zwei
Zehnerpotenzen unter denen liegen, wie sie in der WO
88/02 739 genannt sind. Bei zahlreichen Versuchsmischungen
war es nicht einmal mehr möglich, bei Anwendung von
5 bar Druck überhaupt meßbare Mengen von Wasser durch
die abgebundenen Proben hindurchzupressen. Auch die
Auslaugbarkeit von abgebundenen Produkten, die aufgemahlen
wurden, lag so niedrig, daß sie weit unter den gesetzlich
vorgeschriebenen Höchstmengen für Deponien (Deponie
klasse II gemäß Richtlinienentwurf des Landes NRW)
liegen. In den meisten Fällen wurden sogar die Trink
wasser-Qualitätsanforderungen nach der österreichischen
Norm M 6250 übertroffen.
Die Abbindezeiten der Gemische aus dem schwermetall
haltigen Stoff und dem genannten Bindemittel hängen
zwar von der jeweiligen Zusammensetzung ab, liegen
aber im allgemeinen im Bereich von einigen Stunden
bis einigen Tagen. Spätestens nach einer Woche ist
die Verfestigung so weit abgeschlossen, daß die Produkte
problemlos transportiert oder deponiert werden können,
sofern nicht bereits von vornherein eine Einbringung
und Verfestigung in einer Deponie erfolgte.
Selbstverständlich ist es möglich, der Mischung aus
zu entsorgendem Stoff und Bindemittel Zuschläge
allgemein bekannter Art zuzugeben. Hierzu zählt beispiels
weise Schlacke von Hüttenanlagen, die im Gegensatz
zu einem Hüttensand nicht hydraulisch ist und insoweit
als inertes Zuschlagmaterial in das System eingebracht
wird.
Als besonders wichtig hat es sich herausgestellt,
die calciumsulfit-/calciumsulfathaltige Komponente
des Bindemittels in Form trockener Rückstände von Sprüh
absorptionsanlagen einzusetzen, wobei solche Sprüh
absorptionsanlagen mit Calciumoxid oder wäßrigen Calcium
hydroxid- oder Calciumcarbonatlösungen betrieben werden
und die Rückstände neben Calciumsulfit und Calciumsulfat,
gegebenenfalls in Hydratform, auch unverbrauchtes Calcium
hydroxid enthalten, wodurch die entsprechende Menge
an separat zugegebener alkalischer und/oder erdalkalischer
Komponente in gleichem Maße reduziert werden kann.
Als Anreger für die latenthydraulische Komponente wird
nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens
der Einsatz von Tonerdeschmelzzement vorgeschlagen.
Im Gegensatz zum üblichen silikatischen Zement wie
Portlandzement besteht er im wesentlichen aus Calcium
aluminaten. Er wird in erster Linie als Bindemittel
für feuerfeste Mörtel und Beton verwendet. Insoweit
muß es überraschen, daß der Einsatz von vorzugsweise
3 bis 6 Gew.-%. Tonerdeschmelzzement innerhalb des
beschriebenen Bindemittels offensichtlich aufgrund
eines synergistischen Zusammenwirkens mit den übrigen
Komponenten zu ganz hervorragenden Auslaug- und Wasserdurch
lässigkeitswerten führt, die zum Teil noch besser sind
als die vorstehend genannten. Weiterhin ist hervorzuheben,
nur solche latenthydraulischen
Komponenten einzusetzen, deren SiO2-Gehalt mindestens
40 Gew.-% beträgt. Die genannten Flugaschen aus der
Kraftwerksfeuerung, Kesselaschen oder latenthydraulischen
Schlacken (Hüttensande) zählen hierzu. Daraus hergestellte
Bindemittel (ohne separat zugegebene amorphe Kieselsäure)
enthalten beispielsweise 40-55% SiO2, 15-25% Al2O3,
5-30% CaO und 3-12% SO3/SO4 (alles Gew.-%).
Von diesen Aschen (latenthydraulischen Bindemitteln)
sind solche Aschen abzugrenzen, die selbst mit Schadstoffen
kontaminiert sind, beispielsweise Aschen aus der Müll
verbrennung einschließlich Sondermüllverbrennung. Hier liegt
der SiO2-Gehalt meist unter 40 Gew.-%, teilweise unter
10 Gew.-%. Wie oben ausgeführt können sowohl feste als
auch flüssige Stoffe entsorgt werden. Zu den festen Stoffen
gehören beispielsweise Klärschlämme, mit Schwermetallen
oder organischen Substanzen belastete Stoffe wie
Böden, Bergehalden und Flotationsrückstände etc.
Zu den flüssigen Stoffen zählen beispielsweise Abwässer
aus Rauchgasentschwefelungsanlagen, industrielle oder
kommunale Abwässer sowie Sickerwässer aus Deponien.
Werden flüssige Stoffe in das Bindemittel eingebunden,
muß der Anteil an separat zugegebenem Wasser entsprechend
erniedrigt werden.
Zur leichteren Verdichtung und weiteren Verringerung der
Auslaugung können dem Gemisch Verflüssiger und/oder Dichtungs
mittel wie Melaminharz, Naphtalinsulfonat, Ligninsulfonat oder
alkohollösliche Silikone zugesetzt werden. Die Zugabemenge be
trägt, bezogen auf die Hydratphasen bildenden Substanzen,
zwischen 0,2 und 3 Gew.-%. Der Wassergehalt des Gesamt
gemisches wird vorzugsweise so gewählt, daß er etwas über
dem Proctor-Wert liegt, aber die Mischung gerade noch
großtechnisch verdichtbar ist.
Diese Maßnahmen führen zu einer besonders günstigen
Verdichtung und Verringerung der Kapillarporosität.
Liegt die latenthydraulische Bindemittelkomponente
nicht in einer ausreichenden Feinheit vor wird sie
separat aufgemahlen. In diesem Fall sollte die Vermahlung
vorzugsweise direkt auf Teilchengrößen unter 10 µm
erfolgen, weil sich herausgestellt hat, daß die Einbindung
der Schadstoffe mit zunehmender Feinheit der latent
hydraulischen Komponente weiter verbessert werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener
Beispiele näher erläutert:
Eine Mischung 1 wurde hergestellt aus einem Bindemittel,
bestehend aus (alle Angaben in Gew.-%):
- a) 80% Kesselasche (Korngrößer kleiner 40 µm, 80% davon kleiner 10 µm)
- b) 8% Calciumhydroxid
- c) 12% trockene Rückstände einer Niro-Sprühabsorptions anlage, welche mit einer wäßrigen Calciumhydroxidlö sung betrieben wurde und neben 45% calciumsulfat/ calciumsulfithaltiger Komponente noch 55% Asche und freies CaO einer Korngröße kleiner 40 µm enthält.
50% dieses Bindemittels wurden mit 50% festen Rückständen
aus einer Müllverbrennungsanlage (Asche/Filterkuchen=80/20%)
gemischt unter Einstellung eines Verhältnisses
Wasser/Hydratphasen bildende Substanzen von 0,28.
Die Mischung wurde anschließend verdichtet. Nach dem
Abbinden wurden folgende Druckfestigkeiten gemessen.
28 Tage: 17 N/mm2,
90 Tage: 25 N/mm2,
180 Tage: 31 N/mm2.
90 Tage: 25 N/mm2,
180 Tage: 31 N/mm2.
Der Wasserdurchlässigkeitswert (k-Wert) war nicht bestimm
bar, d. h. er war kleiner als 10-12 cm/s. Der k-Wert
wurde bestimmt analog DIN 18130.
In analoger Weise wie im Beispiel 1 beschrieben wurde
die Mischung 2 hergestellt. Das Bindemittel bestand
aus (alle Angaben in Gew.-%):
- a) 65% Flugasche aus einem Kohlekraftwerk einer Korn größe kleiner 40 µm, wobei wiederum 80 Gew.-% eine Korngröße kleiner 10 µm aufwiesen,
- c) 35% trockene Rückstände einer Sprühabsorptions anlage analog Beispiel 1.
Die Komponente b), also der Anreger für die latenthydraulische
Komponente a) war mit 18% freiem CaO anteilig bereits
in der Flugasche gemäß Komponente a) enthalten. Bezogen
auf den Flugascheanteil wurden 0,6% eines Ligninsulfonats
zugegeben.
30% des vorgenannten Bindemittels wurden danach mit
70% festem Rückstand aus einer Sondermüllverbrennungs
anlage (70% Schlacke, 25% Asche, 5% Filterkuchen)
gemischt. Das Verhältnis Wasser/Hydratphasen bildende
Substanzen betrug 0,32. Die Mischung wurde verdichtet.
Nach dem Abbinden wurden folgende Druckfestigkeiten
gemessen:
28 Tage: 14 N/mm2,
90 Tage: 23 N/mm2,
180 Tage: 33 N/mm2.
90 Tage: 23 N/mm2,
180 Tage: 33 N/mm2.
Der k-Wert in cm/s betrug anfangs noch ungefähr 10-11
und war nach 90 Tagen nicht mehr bestimmbar, d. h.
er lag unterhalb 10-12. Diese Probe zeigt eine noch
geringere Wassereindringung als die Mischung nach Bei
spiel 1. Da eine k-Wert-Bestimmung nicht möglich war,
wurde die Wassereindringung nach DIN 1045 gemessen.
Claims (11)
1. Verfahren zur Einbindung und Verfestigung von festen
und flüssigen Stoffen mit einem Gehalt an Schwermetallen
unter Einsatz eines Bindemittels, bei dem zur Erzielung
möglichst geringer Auslaugwerte und niedriger Wasser
durchlässigkeitswerte ein Bindemittel mit folgenden
Merkmalen eingesetzt wird:
- a) Einer latenthydraulischen Komponente aus Flugasche, Kesselasche, Schlacke, Hüttensand oder amorpher Kieselsäure mit einem SiO₂-Gehalt von mindestens 40 Gew.-% und einer Korngröße kleiner 100 µm, wovon mindestens 80 Gew.-% kleiner 40 µm vorliegen,
- b) einer alkalischen und/oder erdalkalischen Komponente auf Basis CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH) 2 als Anreger für die latenthydraulische Komponente, sowie
- c) trockenen Rückständen einer Sprühabsorptionsanlage, die mit Calciumoxid oder wäßrigen Calciumhydroxid- oder Calciumcarbonatlösungen betrieben wird und neben Calciumsulfit und Calciumsulfat, wasserfrei oder in Hydratform, auch unverbrauchtes Calciumhydroxid enthält, wobei
das Gewichtsverhältnis der Komponente a) zur Summe
der Komponenten b) und c) 60 bis 92 : 8 bis 40 und der
Gehalt der Komponente b) mindestens 3 Gew.-% beträgt
und dieses Bindemittel mit dem zu entsorgenden Stoff
im Gewichtsverhältnis 20 bis 60 : 40 bis 80 bei einem
Wassergehalt zwischen 15 und 32 Gew.-%, bezogen auf
die Hydratphasen bildenden Substanzen, gemischt, verdichtet
und anschließend ausgehärtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß das
Gewichtsverhältnis der Komponente a) zur Summe der
Komponenten b) und c) auf 60 bis 80 : 20 bis 40 eingestellt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit der Maßgabe, daß
ein Bindemittel mit einem Gehalt der Komponente c)
zwischen 3 und 25 Gew.-% eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der
Maßgabe, daß eine latenthydraulische Komponente a)
in einer Kornfraktion kleiner 10 µm eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit der
Maßgabe, daß die Komponente b) ganz oder teilweise
durch Tonerdeschmelzzement ersetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 mit der Maßgabe, daß Tonerde
schmelzzement in einer Menge von 3 bis 6 Gew.-%, bezogen
auf das Bindemittel insgesamt, eingesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit der
Maßgabe, daß ein Bindemittel mit einem Gehalt an amorpher
Kieselsäure mit folgender chemischer Analyse in Gew.-%
eingesetzt wird:
SiO2: 40 bis 85,
Al2O3: 5 bis 45,
CaO: 8 bis 35,
SO3, SO4: 3 bis 12.
Al2O3: 5 bis 45,
CaO: 8 bis 35,
SO3, SO4: 3 bis 12.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit der
Maßgabe, daß der Mischung aus Bindemittel und zu entsorgendem
Stoff ein Verflüssiger und/oder ein Dichtungsmittel
zugesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit der
Maßgabe, daß der Wassergehalt der Mischung so eingestellt
wird, daß er der höchstmöglichen Verdichtung beim Proctor-
Versuch entspricht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit der
Maßgabe, daß als zu entsorgender, schwermetallhaltiger
Stoff Filterstäube, Filterrückstände aus Müllverbrennungs
anlagen, einschließlich Sondermüllverbrennungsanlagen,
Klärschlämme, Galvanikschlämme, flüssige Prozeßwässer, oder
Aschen mit einem SiO2-Gehalt kleiner 40 Gew.-% eingesetzt
werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893934085 DE3934085A1 (de) | 1988-10-18 | 1989-10-12 | Verfahren zur einbindung und verfestigung von festen und fluessigen stoffen mit einem gehalt an schwermetallen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3835449 | 1988-10-18 | ||
DE19893934085 DE3934085A1 (de) | 1988-10-18 | 1989-10-12 | Verfahren zur einbindung und verfestigung von festen und fluessigen stoffen mit einem gehalt an schwermetallen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3934085A1 DE3934085A1 (de) | 1990-04-19 |
DE3934085C2 true DE3934085C2 (de) | 1992-01-23 |
Family
ID=25873352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893934085 Granted DE3934085A1 (de) | 1988-10-18 | 1989-10-12 | Verfahren zur einbindung und verfestigung von festen und fluessigen stoffen mit einem gehalt an schwermetallen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3934085A1 (de) |
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