DE4102159A1

DE4102159A1 - Ziegeleierzeugnisse mit einem gehalt an hafenton

Info

Publication number: DE4102159A1
Application number: DE4102159A
Authority: DE
Inventors: Klaus Baeaetjer
Original assignee: ETH UMWELTTECHNIK GmbH
Current assignee: BAEAETJER, KLAUS, 22927 GROSSHANSDORF, DE
Priority date: 1991-01-25
Filing date: 1991-01-25
Publication date: 1992-07-30
Anticipated expiration: 2011-01-26
Also published as: GB2264943A; FR2688779A1; GB9204799D0; DE4102159C2; FR2688779B1

Description

Die Erfindung betrifft Ziegeleierzeugnisse mit einem Ge halt an Hafenton und Verfahren zu deren Herstellung.

Ziegeleierzeugnisse sind die mengenmäßig wichtigste Gruppe der als Baustoffe verwendeten keramischen Werk stoffe. Ziegelerzeugnisse werden durch Brennen von Lehm, Ton und tonigen Massen mit Zuschlägen von Sand, Ziegel mehl, Hochofenschlacke oder Asche als Magerungsmittel ge wonnen, wobei der Ton das Hydratwasser verliert, was von teilweisen Sintern und Porenbildung begleitet ist. Die Herstellung von Ziegelerzeugnissen erfolgt, indem Ton in Kollergängen oder Hammermühlen zerkleinert und auf Naßkollergängen mit Wasser und den Magerungsmitteln ver knetet wird. Die Weiterverarbeitung umfaßt Formgebung durch Strangpressen, in Exzenter- und Revolverpressen oder ähnlichen Maschinen, Trocknung in Kammer- oder Kanaltrocknern und das Brennen in Ring-, Kammer- oder Tunnelöfen mit direkter oder indirekter Beheizung durch Kohle, Öl oder Gas. Bei den Ziegelerzeugnissen unterschei det man im wesentlichen Klinker, Fassadenplatten, Ver blender und Dachziegel sowie Mauerziegel. Dachziegel können unterschiedliche Formgebung aufweisen wie Hohl ziegel, Falzziegel oder Biberschwänze. Mauerziegel oder Backsteine sind heute genormt und können als Vollziegel oder Lochziegel ausgebildet sein, wobei die letzteren mit Lochungen versehen sind, die senkkrecht zu zwei paral lelen Begrenzungsflächen verlaufen. Bei der Herstellung von Ziegelerzeugnissen fällt Abfall in Form von Ziegel schotter und Ziegelstaub an, der in der Regel vermahlen und als Ziegelmehl in der Keramik als Magerungsmittel für fette Tone oder als farbgebender Zusatz in der Kunststeinindustrie Ver wendung findet.

Hauptbestandteil von Ziegelerzeugnissen sind natürliche Tone. Darunter versteht man Aluminiumsilikate mit soge nannter Phyllosilikatstruktur und unterschiedlichem Wassergehalt. Die Tonmineralien werden in verschiedene Gruppen unterteilt, die sich in ihrer chemischen Zusam mensetzung und in der physikalischen Struktur deutlich unterscheiden. Tone sind äußerlich darin charakterisiert, daß sie im feuchten Zustand quellen und plastisch ver formbar werden, aber nach dem Trocknen ihre Form beibe halten und beim Brennen unter Bildung von Mullit härten. Im wesentlichen bestehen natürliche Tonvorkommen aus durch Verwitterung tonerdehaltiger Mineralien entstandenen Teil chen, die nicht größer als 2 µm sind und aufgrund ihrer Kohäsionskraft auch Sande und Schluffe bilden. Ist der Anteil an letzteren hoch, spricht man von mageren Ton, während, wenn die kolloiden Bestandteile stärker vertre ten sind, fette Tone vorliegen. In den gewöhnlichen brau nen oder gelblichen Tonen liegen wechselnde Mengen an Eisen-, Mangan-, Magnesium-, Titan-, Phosphor- und Stick stoffverbindungen vor. Eine wichtige Eigenschaft der Tone ist ihre Fähigkeit zur Adsorption und Bindung der verschiedensten Metalle und Metalloide. Tone verfügen daher auch über Ionenaustauscheraktivitäten, und man geht heute davon aus, daß sie auch katalytische Eigen schaften aufweisen können, insbesondere, wenn ein bestimm ter Gehalt von Fremdionen vorhanden ist.

Diese Fähigkeit der natürlichen Tonmineralien bedingt aber auch, daß einerseits die Zusammensetzung je nach Lagerstätte unterschiedlich sein kann, daß aber anderer seits alle Tonmineralien dazu neigen, radioaktive Isotope - und zwar zum Teil recht selektiv - zu binden. Es ist bekannt, daß die Radioaktivität von Tonmineralien aufgrund der früheren oberirdischen Atomversuche und aufgrund der bekannten Reaktorunfälle deutlich gestiegen ist, da die Isotope aus den Aerosolen ausgewaschen und von Tonmine ralien gebunden werden.

Wesentliche Eigenschaften der natürlichen Tonmineralien weist aber auch der Hafenton oder Hafenschlick auf, wo bei es sich hier um Hafen-, Fluß- und Teichsedimente han delt, die in die entsprechenden Wasserbecken durch na türliche oder künstliche Wasserläufe eingetragen werden und in der Regel im Vergleich zu natürlichen Tonvorkom men auf dem Lande eine stärkere Belastung mit Metallen, Metalloiden und organischen Verbindungen aufweisen. Im folgenden werden unter Hafenton derartige unter Wasser abgelagerte Sedimente unabhängig von ihrer jeweiligen Herkunft verstanden. Da Hafenton in der Regel periodisch oder fortlaufend aus den Hafenbecken entfernt werden muß, stellt sich die Frage, was dann mit diesen ausge baggerten Sedimenten geschehen soll. Wegen der teil weisen Belastung mit Schwermetallen und Metalloiden sowie organischen Verbindungen ist eine Verwendung z. Beispiel in der Landwirtschaft nicht ohne weiteres möglich, so daß Hafenton fast überall weltweit auf Flächen in der Nähe der Häfen deponiert wird, was wegen der Wasserbindigkeit des Sedimentes beträchtliche Schwierigkeiten bereitet. Die Verwendung von Hafenton anstelle von natürlichen Tonmineralien aus Vorkommen auf dem Lande zur Herstellung von Ziegelerzeugnissen scheiterte bislang daran, daß Verarbeitungsschwierig keiten beim Brennen solcher Erzeugnisse auftraten.

Die Belastung der hergestellten Ziegelerzeugnisse mit restlichen Schwermetallen wie Quecksilber und Arsen haben eine Verwendung weitgehend unmöglich gemacht, da Schwermetalle aus dem Fertigerzeugnis durch Klima und insbesondere Wassereinwirkung eluierbar sind.

Es besteht daher weiterhin ein Bedürfnis nach Verfahren, mit denen Hafenton zu Ziegelerzeugnissen verarbeitet wer den kann, die in ihrer Umweltverträglichkeit solchen gleichen, die aus natürlichen Tonvorkommen hergestellt wurden oder besser sind.

Überraschenderweise wurde jetzt festgestellt, daß es mög lich ist, Ziegelerzeugnisse herzustellen, die einen Ge halt an Hafenton, und zwar einen solchen bis ca. 50% der Gesamtmasse aufweisen, die sämtlichen Anforderungen in bauphysikalischer Hinsicht entsprechen und ökologisch unbedenklich sind.

Es hat sich herausgestellt, daß ein großer Teil des nor malerweise verwendeten terrestrischen Tons durch Hafen ton ersetzt werden kann, und zwar bis etwa 50% in der Ge samtmasse, wenn die Ziegelmasse außerdem bis 10% Flug asche als Stabilisator und 10% Ziegelmehl mit einer Korn größenverteilung zwischen 0 bis 3 mm als Magerungsmittel ent hält. Vorzugsweise beträgt der Anteil an Flugasche etwa 5%; der Rest der Masse besteht aus den üblichen natürlichen terrestrischen Tonmineralien. Derartige Massen können aber nicht nach dem heute üblichen Verfahren verarbeitet wer den, wenn man verhindern will, daß durch den Gehalt an Me tallen und Metalloiden und organischen Verbindungen eine Belastung der Umwelt eintritt. Erfindungsgemäß werden da her die Ziegeleierzeugnisse so hergesteilt, daß die in üblicher Weise gemahlene, angeschlämmte und geformte Mas se einer Niedertemperaturvortrocknung unterzogen wird. Die geformten Ziegel werden in Trockenkammern mit Hilfe von Warmluft mit einer Lufttemperatur von nur ca. 60°C ge trocknet. Diese Trocknungsluft setzt sich zusammen aus der Abluft des Brennofens und einem Frischluftanteil, wo bei meist beide Luftströme mit Hilfe eines Gasbrenners auf ca. 110°C vorgewärmt werden und so in das Trockenkammersystem eintreten. Die relativ niedrige Trockentemperatur ist erforderlich, um das Freisetzen von Quecksilber und Arsen aus dem Hafenton mit Sicherheit zu verhindern.

Die Ziegelerzeugnisse werden dann einem Hochtemperaturbrand von ca. 1300°C unterzogen, während die normalen Brenn temperaturen bei etwa 900 bis 1000°C liegen. Mit diesem Hochtemperaturbrand wird erreicht, daß die meisten Schad stoffe, insbesondere Metalloide in Gasform übergehen. Die Rauchgase werden mehrfach durch die Hochtemperaturzone zurückgeführt, so daß organische Verbindungen, insbesondere Dioxine und Furane weitgehend abgebaut werde. Durch die hohe Brenntemperatur wird es möglich, den Großteil der Schadstoffe in den Gaszustand zu überführen, so daß es mit Hilfe der heute hoch entwickelten Filtertechnik ohne weiteres möglich ist, die Umweltbelastungen sehr niedrig zu halten.

Wie Vergleichsversuche ergeben haben, liegen bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren die Anteile an Schadstoffen in den Rauchgasen unter, und zwar zum Teil wesentlich unter den in der TA-Luft geforderten Konzentrationen. Die Flugstäube werden in Filtern aufgefangen und in üb licher Weise verfestigt bzw. aufbereitet, beispiels weise durch Eingießen in eine Glasmatrix. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anfallenden Reststoffe be tragen, wie Versuche ergeben haben, etwa 0,5 bis maxi mal 1,5% der Ursprungsmenge. Diese sind unter Berück sichtigung der Arbeitsschutzauflagen nach dem Verfahren wesentlich einfacher zu verarbeiten oder zu deponieren, da der Raumbedarf drastisch verringert ist. Somit ver bleiben bis zu 98,5% des Hafentons in einer umwelt freundlichen Wiederverwertung.

Die erfindungsgemäß hergestellten Ziegelerzeugnisse erfül len alle üblichen bauphysikalischen Forderungen. Es kann je nach oxidierenden oder reduzierendem Brand eine Rot- oder Blauschwarzfärbung der Ziegel erzielt werden. Die Eluatanalyse zeigt, daß diese Ziegel im Vergleich zu Zie geln aus natürlichem terrestrischen Lager keine höheren Schadstoffwerte zeigen, sondern zum Teil beträchtlich in den Eluatwerten darunter liegen. Besonders überraschend ist aber die Tatsache, daß die radioaktive Belastung bei diesen aus Hafenton hergestellten Ziegeln deutlich re duziert ist und etwa nur bei 50% der sonst üblichen Wer te bei Verwendung von Tonen aus terrestrischen Lagern liegt. Es wird vermutet, daß die relativ hohe Radioakti vität von Tonmineralien aus terrestrichen Lagern sich durch die Adsorptionsfähigkeit der Tone für radioaktive Isotope aus der Umgebungsluft erklärt, während hinge gen die abgelagerten Sedimente eine geringere Belastung aufweisen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Es wird in üblicher Weise eine Ziegelrohmasse aus 5 Gew.-% Ziegelmehl bei einer Korngrößenverteilung von 0 bis 3 mm, 5% Flugasche, 50% Hafenton und 40% naürlichem Ton aus den jeweiligen zu nutzenden Ton gruben hergestellt und diese in üblicher Weise geformt.

Die Ziegelformlinge werden dann 4 Tage einer Niedertem peraturvortrocknung bei einer Luftemperatur von ca. 60°C mit erheblicher vorgewärmter Frischluftzugabe unterzogen.

Die vorgetrockneten Formlinge werden anschließend in einem Tunnelofen mit Vorwärmzone, Feuerungszone und Ab kühlzone eingebracht. Die zu brennende Ware und die Luft bewegen sich im Tunnelofen gegenläufig. Die eintretende kalte Luft wird zum Kühlen der gebrannten Waren verwendet, sie erhitzt sich in der Feuerungszone und dient in der Vorwärmzone dem Erwärmen der frisch in den Ofen eingebrach ten Ziegelerzeugnisse und wird dann über den Kamin in die Atmosphäre abgeleitet nachdem zuvor 4 bis 6 mal die Luft durch vorgegebenen Zwangsumlauf immer wieder durch die Heißluft-Zone geführt wird. Der Brennofen hat eine Durch satzleistung von etwa 60 Mg/d gebrannnter Ware, wobei der Glühverlust etwa 15% Massenanteil beträgt.

Beispiel 2

Zur Prüfung der möglichen Schadstoffbelastung der Luft durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wurden bei der in Beispiel 1 beschriebenen Anlage Analysen der Luft in der Trockenkammer und im Abgas der Trockenkam mer sowie im Abgas des Brennofens durchgeführt.

Bei der Abluft der Trockenkammer und in der Trockenkam mer konnten organische Stoffe bei einer Nachweisgrenze zwischen 5 mg bis 10 mg/m³ nicht nachgewiesen werden. Die TA-Luft läßt für organische Stoffe der Klasse 1 einen Wert von 20 mg/m³ zu. Auch die Belastungen mit anorganischen gasförmigem Chlor- und Fluorverbindungen sowie mit Cadmium, Quecksilber, Arsen, Cobalt, Blei und Chrom lagen weit unterhalb der von der TA-Luft zu gelassenen Werte.

Das Abgas des Brennofens wies eine erkennbare Belastung mit organischen Stoffen auf, allerdings unter den zugelassenen Werten. Auch die Komponenten Chlorwasser stoff, Fluorwasserstoff und Schwefeldioxid treten zwar in deutlichen Konzentrationen auf, die aber erheblich unter den kritischen Grenzwerten liegen. Die für Chlor wasserstoff und Schwefeldioxid berechneten Masseströme von 0,16 kg/h und 1,45 kg/h sind immer noch relativ niedrig im Vergleich zu den von der TA-Luft genannten Grenzwerten von 0,3 kg/h bzw. 5 kg/h. Auch die Werte für Cadmium, Arsen, Cobalt, Blei und Chrom sind un kritisch, nur bei Quecksilber wurde eine erhebliche Konzentration festgestellt, die mit etwa 0,37 mg/m³ deutlich über dem Wert der TA-Luft von 0,2 mg/m³ liegt. Quecksilberbelastungen lassen sich aber durch geeignete Filter fast vollständig eliminieren.

Beispiel 3

Zum Vergleich des Gehaltes an eluierbaren Stoffen sowie des Gesamtgehaltes an relevanten Metallen bzw. Metallo iden und der Radioaktivität wurden erfindungsgemäß her gestellte Ziegel mit käuflichen Ziegeln verschiedener Ziegelwerke verglichen. Die Eluatanalyse erfolgte durch das Qualitätssicherheitsinstitut Hamburg; die Radioaktivi tätsmessung wurde durch das Kernuntersuchungsinstitut Krümmel durchgeführt. Die Ergebnise sind in den nach folgenden Tabellen 1 und 2 wiedergegeben.

Wie sich daraus entnehmen läßt, zeigt die Eluatanalyse, daß die erfindungsgemäßen Ziegelerzeugnisse in dieser Hinsicht mit den bisher üblichen Erzeugnissen voll ver gleichbar sind. Bei der Untersuchung des Gesamtgehaltes an Metallen und Metalloiden ist sogar teilweise ein deutlich verringerter Gehalt im Vergleich zu den han delsüblichen Produkten festzustellen und die Messung der Radioaktivität zeigt das überraschende Ergebnis, daß die Werte bei den erfindungsgemäßen Ziegeln um etwa 50% re duziert sind.

Tabelle 1

Vergleichsuntersuchungen versch. Ziegelsorten - Eluatanalyse -

Tabelle 2

Vergleichsuntersuchungen versch. Ziegelsorten - Gesamtgehalt -

Claims

1. Ziegeleierzeugnisse, gekennzeichnet durch einen Ge halt an Hafenton.

2. Ziegeleierzeugnisse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt bis etwa 50% Hafenton in der Gesamt masse.

3. Ziegeleierzeugnisse nach Anspruch 1 oder 2, gekenn zeichnet durch einen Gehalt an etwa 5 bis 10 Gew.-% Ziegemehl.

4. Ziegeleierzeugnisse nach Anspruch 1 bis 3, gekenn zeichnet durch einen Gehalt an etwa 5 bis 10 Gew.-% Flugasche.

5. Verfahren zur Herstellung von Ziegeleierzeugnissen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geformten Ziegelerzeugnisse einige Tage einer Niedertem peraturvortrocknung und daran anschließend an Hochtem peraturbrand mit Höchsttemperatur von etwa 1300°C unter zogen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortrocknung bei einer Lufttemperatur von etwa 60°C durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Luft in der Brennkammer mehrfach zu rückgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß oxidierend oder reduzierend gebrannt wird.