DE4106515C2 - Verfahren zur Herstellung einer mit Wirkstoffen homogen beladenen, pulverförmigen, feindispersen Dispersion sowie die Verwendung danach erhaltener Produkte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mit Wirkstoffen homogen beladenen, pulverförmigen, feindispersen Dispersion aus mindestens zwei verschiedenen Feststoffen sowie die Verwendung dieser Dispersion.

Zahlreiche chemische und physikalische Eigenschaften von Wirkstoffen auf einem festen Trägerstoff ändern sich vorteilhaft in Abhängigkeit ihres Dispersionsgrades. In der Regel nimmt die chemische Reaktivität zu, je feiner verteilt ein fester oder flüssiger Stoff als Reaktionspartner auf einem Trägerstoff vorliegt. In physikalischer Hinsicht ändert sich beispielsweise die Geschwindigkeit, mit der sich Gleichgewichte einstellen, etwa im Hinblick auf Adsorptions- oder Lösevorgänge. Mit feinverteilten Wirkstoffen auf einem festen Trägerstoff werden chemische und physikalische Prozesse möglich, die anders nicht oder nur sehr langsam ablaufen.

Bekanntlich lassen sich feste und flüssige Wirkstoffe durch Vermahlen mechanisch auf einen festen Trägerstoff aufbringen. Man kann auch einen festen Trägerstoff mit einer Wirkstofflösung imprägnieren und die Suspension anschließend trocknen. Geeignete Wirkstoffe lassen sich auf einen festen Trägerstoff aufdampfen. Schließlich besteht die Möglichkeit, Wirkstoffe im Verlaufe einer dispergierenden chemischen Reaktion homogen und feindispers in einen festen Trägerstoff überzuführen.

Die genannten Verfahren unterliegen hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit bestimmten Begrenzungen oder weisen andere Nachteile auf. So sind dem Vermahlen von Wirkstoffen insofern Grenzen gesetzt, als die mechanisch erreichbaren Scherkräfte nicht ausreichen, um eine beliebig weitgehende Feinstverteilung der Wirkstoffe im Mahlgut zu erzielen. Die Herstellung homogen beladener, pulverförmiger Dispersionen von Feststoffen unter Verwendung einer Wirkstofflösung oder durch Aufdampfen ist auf lösliche bzw. verdampfbare Wirkstoffe begrenzt und, wegen des erforderlichen technischen Aufwandes, in der Regel auch kostspielig. Die homogene Feinstverteilung von Wirkstoffen im Verlaufe dispergierender chemischer Reaktionen ist beschränkt auf Wirkstoffe, die sich in dem Edukt der dispergierenden chemischen Reaktion vorverteilen lassen. Es kommt hinzu, daß diese Edukte, namentlich Erdalkalioxide, Aluminiumalkoholate und Kieselsäureester relativ teuer sind.

Die DE-OS 27 00 941 betrifft ein Verfahren zum Dispergieren oder Suspendieren einer festen Phase in eine flüssige Phase auf mechanischem Wege mittels eines Mischers. Diese Druckschrift gibt keine Hinweise, eine pulverförmige, feindisperse mit Wirkstoffen homogen beladene Dispersion herstellen, bei der das Edukt einer wasserverbrauchenden Reaktion eingesetzt wird und bei der während der Herstellung eine chemische Reaktion erfolgt.

Der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 liegt die Aufgabe zugrunde, mit Wirkstoffen homogen beladene, pulverförmige Dispersionen aus mindestens zwei verschiedenen Feststoffen herzustellen auf technisch einfachem und damit auch wirtschaftlichem Wege und unter weitgehender Vermeidung von Begrenzungen und Nachteilen.

Dieses Problem wird durch die in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Dazu ist vorgesehen, daß man eine wäßrige, feindisperse Suspension von Stoffen mit den Wirkstoffen mechanisch homogenisiert, dieses Gemisch mit dem Edukt einer wasserverbrauchenden chemischen Reaktion mechanisch homogenisiert und das Edukt in dem Homogenisat mit der Wassermenge reagieren läßt, die erforderlich ist, um die mit den Wirkstoffen homogen beladene, pulverförmige, feindisperse Dispersion zu erhalten.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nach dem Erfindungsgedanken wird die latent vorhandene Adsorptionsfähigkeit der in einer wäßrigen Suspension feindispers vorliegenden Stoffe, die in dieser Umgebung vollständig mit Wasser belegt und damit praktisch nicht zur Adsorption befähigt sind, nutzbar gemacht, wenn man der wasserhaltigen Feststoffsuspension in Gegenwart adsorbierbarer, homogen verteilt vorliegender Wirkstoffe, die als Lösung oder in einer feindispersen Suspension vorliegen können, durch eine Wasser verbrauchende Reaktion, beispielsweise durch die Hydratationsreaktion eines Erdalkalioxids oder durch die Hydrolyse eines Aluminiumalkoholats, chemisch das Wasser entzieht, so daß die Wirkstoffe an der Oberfläche des nunmehr weitgehend wasserfreien Feststoffes adsorptiv gebunden werden. Es gehört mit zum Wesen der Erfindung, daß das zugleich aus dem Edukt einer Wasser verbrauchenden Reaktion entstehende feindisperse, feste Reaktionsprodukt, beispielsweise feindisperses Erdalkali- bzw. Aluminiumhyroxid aus Erdalkalioxid bzw. aus Aluminiumalkoholat, hierbei ebenfalls adsorptiv wirksam wird.

Der Vorteil der Erfindung beruht darauf, daß, anders als beim mechanischem Dispergieren, auch kleine Wirkstoffmengen homogen auf einen festen Trägerstoff verteilbar sind, und daß, anders als bei einer homogenen Feinstverteilung von Wirkstoffen im Verlaufe dispergierender chemischer Reaktionen, die dort unerläßliche Voraussetzung, nämlich die Vorverteilbarkeit der zu verteilenden Wirk­ stoffe in dem Edukt der dispergierenden chemischen Reaktion, z. B. in einem Erdalkalioxid, Aluminiumalkoholat oder Kieselsäureester, durchaus nicht erforderlich ist. Ganz im Gegenteil wird gemäß der Erfindung zur Herstellung einer mit Wirkstoffen homogen beladenen, pulverförmigen Feststoffdispersion der Wirkstoff auf mechanischem Wege mit einer wasserhaltigen, feindispersen Feststoffsuspension homogenisiert und das Homogenisat erst anschließend mit einem Erdalkalioxid oder Aluminiumalkoholat homogenisiert. Auf diese Weise läßt sich der zur Herstellung einer mit Wirkstoffen homogen beladenen, pulverförmigen Feststoffdispersion erforderliche Anteil an Erdalkalioxid oder Aluminiumalkoholat erheblich, in günstigen Fällen auf etwa ein Zehntel der für eine dispergierende chemische Reaktion benötigten Menge, herabsetzen.

Für Zwecke der Erfindung brauchbare wasserhaltige, feindisperse Feststoffsuspensionen sind feindisperse Suspensionen aus feindispersen, trockenen Materialien in Wasser. Feindisperse Stoffe im Sinne der Erfindung sind Stoffe mit Partikelgrößen im Bereich von mehr als 0 bis weniger als 250 Mikrometer, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 Mikrometer, die aufgrund ihrer strukturellen Merkmale ein gutes Adsorptionsvermögen aufweisen. Beispiele sind Schichtsilikate, feindisperse Kieselsäure, Aluminiumoxide und Aluminiumhydroxide, gefällte Kreise und Eisenoxide. Ihre pastösen Mischungen mit Wasser werden hier als wäßrige feindisperse Suspensionen bezeichnet.

Der Wasseranteil in der wäßrigen feindispersen Suspension der Stoffe darf in weiten Grenzen schwanken, sofern einerseits genügend Wasser vorhanden ist für die nachfolgende chemische Umsetzung mit einem Erdalkalioxid oder Aluminiumalkoholat und sofern andererseits nicht mehr Wasser vorhanden ist, wie zur Herstellung einer mit Wirkstoff homogen beladenen, pulverförmigen, feindispersen Dispersion notwendig. So wird beispielsweise der Wassergehalt der wäßrigen feindispersen Suspension derart eingestellt, daß eine pastöse, knetbare Masse vorliegt.

Die wäßrigen, feindispersen Suspensionen aus feindispersen, trockenen Materialien können natürlich oder industrieller Herkunft sein. Eine pastöse und knet­ bare, wäßrige, feindisperse Suspension natürlicher Herkunft ist Ton, so wie er in Gruben zur Herstellung von Tongut gewonnen wird, und der unverändert erfindungsgemäß einsetzbar ist. Bleicherde und Tonmehle sind Materialien industrieller Herkunft; wenn man sie mit Wasser anteigt, so erhält man wäßrige, feindisperse Suspensionen, die ebenfalls im Sinne der Erfindung brauchbar sind.

Außer Ton lassen sich auch tonartige und tonhaltige Materialien zur Herstellung wäßriger, feindisperser Feststoffsuspensio­ nen verwenden. Wenn hier von tonartigen und tonhaltigen Materia­ lien gesprochen wird, so bezieht sich dies allein auf deren Ad­ sorptionsvermögen aufgrund physikalisch-struktureller Merkmale und nicht auf die chemische Zusammensetzung. Beispiele sind tonhaltige oder tonartige Flugstäube, Filterstäube, Aschen und Produktions­ rückstände, z. B. Produktionsrückstände aus der Lebensmittelindu­ strie in Form gebrauchter Bleicherden, oder z. B. Rotschlamm, eine pastöse Masse vorwiegend aus Eisenoxiden und Eisenhydroxiden, die im Zusammenhang mit der Aluminiumherstellung anfällt.

Als Wirkstoffe werden hier Stoffe bezeichnet, die, im Gegensatz zu den als bloßen Trägerstoff angesehenen Stoffen der Feststoffsus­ pension, in ihrem feinverteilten Zustande in chemischer und physi­ kalischer Hinsicht besonders wirksam sind. Auch in diesem Zusam­ menhang kommt es nicht auf die physikalischen und chemischen Ei­ genschaften der beteiligten Stoffe an sich an, sondern nur im Hin­ blick auf die Rolle, die ihnen für den jeweiligen Anwendungszweck zugeordnet wird. Dies soll an zwei Beispielen erläutert werden.

Natürlicher Ton wird mit einer konzentrierten wäßrigen Lösung von Natriumsulfid durch Verkneten homogenisiert; die entstandene pla­ stische Masse ergibt in der nachfolgenden, Wasser verbrauchenden chemischen Umsetzung mit etwa 15% hydrophobem Calciumoxid, bezogen auf die eingesetzte Tonmenge, eine mit Sulfid-Ionen homogen be­ ladene, pulverförmige feindisperse Dispersion. Der feinverteilte Wirk­ stoff Sulfid-Ionen stellt bekanntlich ein hochreaktives Fällungs­ reagens dar, mit dem sich zahlreiche toxische Schwermetalle durch Fällung in wasserunlösliche Schwermetallsulfide überführen und so chemisch fixieren und immobilisieren lassen. Zu diesem Zweck mischt man schwermetallkontaminierte Böden, Flugaschen, Schlacken mit der genannten Feststoffdispersion und verdichtet anschließend zu einem Feststoffkörper. Grobstückige kontaminierte Materialien, beispielsweise Schornsteinauskleidungen, Fundamentteile, Gerät­ schaften und dergleichen, werden in die genannte Feststoffdisper­ sion als solche oder im Gemisch mit anderen, unter einem bodenme­ chanischen Gesichtspunkt vorteilhaften Materialien, unter Verdich­ tung eingebettet. Der bodenmechanische Aspekt spielt eine beson­ ders wichtige Rolle bei der Behandlung schwermetallkontaminierter Klärschlämme mit ihren bodenmechanisch instabilen Gelstrukturen, um sie nach dem Homogenisieren mit der genannten Feststoffdisper­ sion in Form bodenmechanisch stabiler und tragfähiger Bodenkörper sicher ablagern zu können. Hierbei ist das Einmischen geeigneter, schwermetallkontaminierter Abfallstoffe, etwa Schlacken und Aschen, volkswirtschaftlich besonders vorteilhaft.

Nach einer besonders wirksamen Verfahrensvariante wird zunächst eine Teilmenge des Tons mit einer wäßrigen Alkalisulfidlösung ver­ knetet und eine zweite Teilmenge mit einer feinkörnigen wäßrigen Suspension von Eisensulfat. Wenn man anschließend beide Teilmengen homogenisiert, so entsteht in situ feinstverteiltes, in die Ton­ struktur eingebettetes Eisensulfid. Die immer noch pastöse Masse wird nun mit etwa 20%, bezogen auf die gesamte Tonmenge, normalem, d. h. nicht hydrophobiertem, Calciumoxid chemisch umgesetzt. Die stöchiometrischen Mengenverhältnisse werden so gewählt, daß ein geringer Überschuß an Eisen-Ionen vorliegt, z. B. 10%. Der Wirk­ stoff besteht nunmehr aus Eisensulfid, das als wasserunlöslich gilt. Wegen des sehr viel kleineren Löslichkeitsproduktes der Sul­ fide toxischer Schwermetalle erfolgt jedoch nach dem Einmischen in schwermetallkontaminierte Materialien eine Umfällung. Auf diese Weise wird eine besonders wirksame Schwermetallimmobilisierung möglich ohne Gefährdung des Grundwassers durch den direkten Ein­ satz mobiler, d. h. wasserlöslicher Alkalisulfide.

In dem vorgenannten Beispiel und in der zugehörigen Verfahrensva­ riante werden mit den genannten Sulfiden Stoffe eingesetzt, die sich aufgrund ihrer chemischen Reaktivität, namentlich als Fäl­ lungsreagens, ohne weiteres als Wirkstoffe ansprechen lassen. Wirkstoffe im Sinne der Erfindung können aber auch Stoffe sein, die chemisch als inert gelten.

Wenn man beispielsweise Hartbitumen aufschmilzt, mit Ton verknetet und diese Masse, sobald sie homogen ist, mit Calciumoxid, vorzugs­ weise mit hydrophobem Calciumoxid versetzt und wiederum verknetet, so setzt nach einiger Zeit die Wasser verbrauchende Hydratations­ reaktion des Calciumoxids ein, und die ursprünglich pastöse Masse zerfällt zu einer mit Hartbitumen homogen beladenen, pulverförmi­ gen feindispersen Dispersion. Das in dieser Feststoffdispersion enthal­ tene Calciumhydroxid ist bekanntlich in chemischer Hinsicht kei­ neswegs inert, sondern besitzt stark basische Eigenschaften und läßt sich daher leicht, z. B. mit Kohlendioxid, umsetzen, während das ebenfalls in dieser Feststoffdispersion enthaltene Hartbitumen unter einem chemischen Aspekt völlig inert ist.

Dennoch ist das in der Feststoffdispersion vorhandene Gemisch aus Tonpartikeln und Calciumhydroxid der Trägerstoff und das Hartbitu­ men der Wirkstoff, wenn die Aufgabe beispielsweise darin besteht, hochgiftige organische Schadstoffe, wie polychlorierte Biphenyle (PCB) oder Dioxine und Dibenzofurane (PCDD/PCDF), z. B. als In­ haltsstoffe in Filterstäuben aus Müllverbrennungsanlagen oder als Kontamination in Böden, durch eine irreversible Immobilisierung schadlos zu machen. Zu diesem Zweck mischt man derart kontami­ nierte Flugstäube oder Böden mit einer mit Hartbitumen beladenen, pulverförmigen Feststoffdispersion, die unter Verwendung von Ton und Calciumoxid hergestellt wurde, und stellt aus dem Gemisch un­ ter Verdichtung einen Bodenkörper her. Das feindisperse Hartbitu­ men in der Feststoffmatrix hat nach kurzer Zeit die organischen Schadstoffe, wegen deren guter Löslichkeit in dem festen Lösungs­ mittel Hartbitumen, inkorporiert. Auslaugversuche unter Langzeit­ bedingungen und unter Anwendung spurenanalytischer Methoden bele­ gen, daß derartig erfindungsgemäß behandelte organische Schadstof­ fe dauerhaft und vollständig immobilisiert bleiben. An die Stelle des Hartbitumens können andere hochsiedende organische Inertstoffe wie Hartparaffin, Vaseline oder Mineralöl treten.

Eine Aufzählung der einzelnen Wirkstoffe und Wirkstoffgemische ist unmöglich, weil sich deren Auswahl nach bekannten Gesichtspunkten aus der jeweiligen Aufgabenstellung von selbst ergibt. Es ist bei­ spielsweise bekannt, daß bei der Herstellung von Pflanzensubstra­ ten Spurenelemente in unterschiedlicher Konzentration und Biover­ fügbarkeit erforderlich sind. Hierzu zählen Kupfer, Eisen, Mangan, Zink, Molybdän und Bor, deren wasserlösliche Verbindungen mecha­ nisch vermischt und in Form von heterogenen Konzentrate einge­ setzt werden. Der Nachteil dieser Präparate besteht darin, daß die genannten Spurenelemente der Pflanze nicht gleichförmig zur Verfü­ gung stehen, weil eine gleichmäßige Verteilung im Substrat ausge­ schlossen ist. Wenn man demgegenüber dieselben Verbindungen der genannten Spurenelemente zunächst in eine Tonmatrix knetet und sie auf diese Weise gleichförmig verteilt, so erhält man nach der Ho­ mogenisierung dieses Gemisches mit Calciumoxid eine außerordent­ lich feindisperse Feststoffzubereitung, in der die Wirkstoffe ex­ trem gleichförmig dispergiert sind. Durch Mitdispergieren von Wein- und Citronensäure hat man es in der Hand, die Bioverfügbar­ keit der genannten Spurenelemente vorauszubestimmen. Wenn man die Spurenelementverbindungen, mit oder ohne Weinsäure, einzeln in eine pulverförmige Feststoffdispersion überführt und erst später in dem jeweils erforderlichen Mengenverhältnis für die Anwendung vermischen will, so empfiehlt sich außerdem die Mitverteilung ei­ nes Hydrophobierungsmittels, weil dann innerhalb des Gemisches der einzelnen pulverförmigen Feststoffdispersionen keine nachteiligen Wechselwirkungen der Verbindungen der Spurenelemente untereinander möglich sind.

In derselben Weise lassen sich Pflanzennährstoffe der unterschied­ lichsten Art, sofern sie in dem entstehenden alkalischen Medium beständig sind, zu außerordentlich homogenen Langzeitdüngern ver­ arbeiten.

Die Zahl der anwendbaren Wirkstoffe im Umweltschutzbereich ist un­ überschaubar groß, weil die Zahl der problembehafteten Schadstoffe so groß ist. Theoretisch gibt es dann für jeden Schadstoff, minde­ stens aber für jede Schadstoffklasse, Wirkstoffe im Sinne der Er­ findung, die als Reaktionspartner, z. B. als Fällungs-, Kondensati­ ons- oder Additionspartner, zur Immobilisierung und Entgiftung eingesetzt werden können, um nur einige Beispiele zu nennen. In diesem Zusammenhang kommt hochsiedenden organischen Phasen als Wirkstoff zur Ad- bzw. Absorption von anorganischen wie auch orga­ nischen Schadstoffen eine besonders hohe Bedeutung zu, weil diese Form der Immobilisierung und physikalischen Fixierung besonders einfach und umfassend ist; ein Beispiel unter vielen ist die ab­ sorptive Entfernung von Schadstoffen aus Abgasen von Müllverbren­ nungsanlagen mit Hilfe langkettiger Amine als Wirkstoff. Darüber hinaus lassen sich aber auch weitere Wirkstoffe in die hochsie­ dende organische Phase einarbeiten, die zu einer chemischen Wech­ selwirkung mit Schadstoffen befähigt sind und deshalb die Gleich­ gewichtslage zugunsten einer vollständigen Absorption verschieben, etwa durch langkettige Amine in einer bituminösen Phase. Der Zu­ sammenhang zwischen auszuwählenden Wirkstoffen und der zu lösenden Aufgabe ist jedem Fachmann geläufig und bedarf deshalb keiner wei­ teren Erläuterung; so ist es jedem Fachmann geläufig, daß sich feindisperse Metalle wie Magnesium oder Aluminium zur Dehalogenie­ rung halogenhaltiger Aromaten verwenden lassen.

In dem weiter oben aufgeführten zweiten Beispiel, in dem die Ver­ wendung von Hartbitumen als Wirkstoff erläutert wird, wird vor­ zugsweise hydrophobes Calciumoxid eingesetzt. Es gehört zum Wesen der Erfindung, daß das in der feindispersen Feststoffsuspension enthaltene Wasser in der chemischen Reaktion mit Erdalkalioxid oder Aluminiumalkoholat gleichförmig verbraucht wird, weil nur un­ ter dieser Voraussetzung eine homogen beladene pulverförmige Fest­ stoffdispersion entstehen kann. Aus diesem Grunde darf die Wasser verbrauchende Reaktion erst einsetzen, wenn das Erdalkalioxid oder Aluminiumalkoholat gleichförmig in dem Homogenisat aus Wirk­ stoff und Feststoffsuspension verteilt ist. Dies läßt sich errei­ chen, wenn man entweder das Homogenisat aus wasserhaltiger, fein­ disperser Feststoffsuspension und Wirkstoffe so schnell mit dem Erdalkalioxid oder Aluminiumalkoholat homogenisiert, daß letztere gleichförmig im Homogenisat verteilt sind, bevor die Wasser ver­ brauchende chemische Reaktion in nennenswertem Umfang einsetzt oder dadurch, daß man der wasserhaltigen feindispersen Feststoff­ suspension bekannte Reaktionsverzögerer zusetzt, z. B. Ammoniaklö­ sung, Alkohole, Alkalisulfate und dergl., oder daß man das Erdal­ kalioxid oder Aluminiumalkoholat in der entsprechenden Weise vor­ behandelt, z. B. mit Alkohol oder langkettigen Aminen, Fettsäuren und dergl.

Statt der reinen Erdalkalioxide oder Aluminiumalkoholate kann man auch Gemische von Erdalkalioxiden oder Aluminiumalkoholaten oder Gemische beider Verbindungsklassen verwenden.

Für Anwendungen derartiger mit Wirkstoffen homogen beladener pul­ verförmiger Feststoffsuspensionen für landwirtschaftliche oder technische Zwecke, insbesondere auch im Bereich des Umwelt­ schutzes, ist es vorteilhaft, wenn man durch eine entsprechende Verfahrensführung oder durch nachfolgende Mischung einen Überschuß an Calciumoxid, vorzugsweise an hydrophoben Calciumoxid, ein­ stellt. Auf diese Weise lassen sich bindige kontaminierte Materia­ lien derart in einem Arbeitsgang aufschließen, daß sich die Wirk­ stoffe gleichförmig in dem Medium verteilen und die Schadstoffe vollständig erfaßt und unschädlich gemacht werden.

Beispiele 1. Beispiel

70 Gew.-Teile Ton, 7,6 Gew.-Teile Eisensulfat FeSO₄ · 7 H₂O, 3 Gew.- Teile Natriumsulfid Na2S (60%ig) und 4 Gew.-Teile Wasser werden in einem Kneter homogenisiert. Das Homogenisat wird mit 15,4 Gew.- Teilen Calciumoxid homogenisiert. Es entstehen 100 Gew.-Teile ei­ ner mit 2% Eisensulfid FeS homogen beladenen pulverförmigen Fest­ stoffdispersion, die zur Fällung von Schwermetallen in kontami­ nierten Materialien eingesetzt werden kann. Der Anteil an Eisen­ sulfat ist so bemessen, daß ein 20%iger Überschuß in bezug auf die stöchiometrisch erforderliche Menge vorliegt; auf diese Weise wird verhindert, daß lösliches Alkalisulfid, beispielsweise bei Behandlung kontaminierter Böden oder kontaminierter Produktions­ rückstände, im Verlaufe der erfindungsgemäßen Behandlung in das Grundwasser gelangen kann. Der Ton in diesem Beispiel kann ganz oder teilweise ersetzt werden durch Anteigungen trockener, ge­ brauchter Bleicherde mit Wasser, beispielsweise 77 Gew.-Teile ge­ brauchter Bleicherde aus der Lebensmittelindustrie mit 23 Gew.- Teilen Wasser oder mit sogenannten Rotschlamm, oder durch Antei­ gung eines feindispersen Filterstaubes mit so viel Wasser, daß eine tonartige Matrix entsteht. Die Zugabe von Reaktionsverzö­ gerern ist in diesem Beispiel nicht erforderlich, weil das Eisen­ sulfat in Analogie zu den Alkalisulfaten die chemische Reaktion des Calciumoxids bereits derart verzögert, daß eine vollständige Homogenisierung möglich ist, bevor die Wasser verbrauchende Reak­ tion des Calciumoxids einsetzt.

2. Beispiel

In einer Variante zu Beispiel 1 werden 35 Gew.-Teile Ton mit einer Suspension aus 7,6 Gew.-Teilen Eisensulfat und 2 Gew.-Teilen Was­ ser in einem Zwangsmischer homogenisiert.

35 Gew.-Teile Ton werden mit einer wäßrigen Lösung von 3 Gew.- Teilen Natriumsulfid (60%ig) in 2 Gew.-Teilen Wasser in einem Zwangsmischer homogenisiert.

Beide Anteile werden nach erfolgter Homogenisierung in einem Zwangsmischer homogenisiert und anschließend mit 15,4 Gew.-Teilen hydrophobem Calciumoxid homogenisiert. Es entsteht eine mit 2% Eisensulfid FeS extrem homogen beladene, pulverförmige Feststoff­ dispersion, die wie jene aus Beispiel 1 einsetzbar ist.

3. Beispiel

In einer Variante zu Beispiel 1 bzw. 2 werden die getrennt herge­ stellten Homogenisate aus Ton und Eisensulfat bzw. aus Ton und Na­ triumsulfid, mit jeweils 7,7 Gew.-Teilen Calciumoxid bzw. hydrophobem Calciumoxid homogenisiert. Durch Mischen der beiden mit Eisenhydroxid bzw. Natriumsulfid homogen beladenen pulverför­ migen Feststoffdispersionen erhält man eine Zubereitung, die in Gegenwart eines Überschusses an hydrophobem Calciumhydroxid beson­ ders wirksam und zugleich umweltfreundlich zur Behandlung schwermetallhaltiger bindiger Materialien eingesetzt werden kann, weil zum einen die Fällung der Schwermetalle unverzüglich mit Hilfe des Alkalisulfids erfolgt, zum anderen aber keine Spur die­ ses Sulfids in die Umwelt gelangen kann, weil es von dem vorhan­ denen Eisenhydroxid abgefangen wird, ohne daß hierdurch die fäl­ lende Wirkung auf noch nicht erreichte Schwermetalle aufgehoben wird.

4. Beispiel

56 Gew.-Teile Ton werden mit 15 Gew.-Teilen Wasser plastifiziert und auf 70°C vorgewärmt. Diese wasserhaltige, feindisperse Fest­ stoffsuspension wird mit 35 Gew.-Teilen aufgeschmolzenem Bitumen B 80 in einem Kneter homogenisiert. Das Homogenisat wird an­ schließend mit 56 Gew.-Teilen Calciumoxid, das mit 1% Fettsäure hydrophobiert wurde, homogenisiert. Es entsteht eine mit Bitumen homogen beladene pulverförmige Feststoffsuspension, die im Umwelt­ schutzbereich zur Isolierung und zum Schutz von Deponiekörpern so­ wie zur Immobilisierung nichtionogener anorganischer wie auch or­ ganischer Schadstoffe verwendet werden kann. Zu diesem Zweck mischt man sie beispielsweise im Verhältnis 1 : 4 mit einem konta­ minierten Material, das beispielsweise halogenierte Dibenzodioxine bzw. Dibenzofurane im ppm-Bereich enthält. Die exakt erforderli­ chen Mengenverhältnisse werden durch einfache Handversuche festge­ stellt, wobei die Aufnahmekapazität des reinen Bitumens gegenüber der vorliegenden Schadstoffart und Schadstoffmenge bestimmt wird. Zur Absorption von Schadstoffen mit bestimmten funktionellen Grup­ pen wird das aufgeschmolzene Bitumen beispielsweise mit der erfor­ derlichen Menge eines Wirkstoffes vermischt, der eine zur Reaktion mit dem Schadstoff befähigte funktionelle Gruppe enthält, so daß das Adsorptionsgleichgewicht in Richtung auf eine vollständige Absorption verschoben wird. Zur Behandlung von Schadstoffen, die sich im alkalischen Bereich nicht immobilisieren lassen, wird an­ stelle des Calciumoxids ein handelsübliches Aluminiummischalkoho­ lat, z. B. aus Aluminiumisopropanolat und Aluminiumisobutanolat eingesetzt. Der Ton kann an dieser Stelle besonders vorteilhaft durch Rotschlamm ersetzt werden, weil dieses feindisperse System in trockenem Zustand besonders wirksam die genannten Dioxine und Furane adsorbiert.

5. Beispiel

150 Gew.-Teile Ton mit einem Wassergehalt von 23% werden mit 10 Gew.-Teilen Wasser in einem Kneter plastifiziert und mit 1 Gew.- Teil eines wasserlöslichen Salzes von Kupfer bzw. Mangan, bzw. Zink, bzw. Molybdän, bzw. Bor, bzw. Eisen, z. B. in Form der ent­ sprechenden Kupfer-, Eisen-, Mangan- und Zinksulfate, bzw. als Am­ moniummolybdat, bzw. Kaliummetaborat homogenisiert. Die Homogeni­ sate werden anschließend mit einem Erdalkalioxidgemisch aus 90% Calciumoxid und 10% Magnesiumoxid, das mit 0,2% Fettsäure hydro­ phobiert wurde, in einem Kneter homogenisiert. Die einzeln erhal­ tenen homogenen, mit den genannten Spurenelementen beladenen, pul­ verförmigen Feststoffdispersionen werden in einem Fallrohrmischer in einem entsprechend der Aufgabenstellung erforderlichen Mengen­ verhältnis gemischt. Man erhält ein Additiv für die Substrather­ stellung aus Torf oder Kompost. Die hydrophoben Eigenschaften des Additivs bewirken eine schnelle Vermischung auch mit sehr feuchtem Torf oder Kompost. Wenn hier vom Mischungsverhältnis entsprechend der Aufgabenstellung gesprochen wird, so ist damit der unter­ schiedliche Bedarf der Pflanzen in ihren unterschiedlichen Wachs­ tumsphasen gemeint. Für den Fall, daß die Bioverfügbarkeit einzel­ ner Komponenten überdurchschnittlich erhöht werden soll, homogeni­ siert man den Ton in der entsprechenden Zubereitung zusätzlich mit 1 Gew.-Teil Weinsäure oder für eine nochmalige Erhöhung der Bio­ verfügbarkeit, mit 1 Gew.-Teil Citronensäure.

6. Beispiel

100 Gew.-Teile Ton oder Lehm werden mit 10 Gew.-Teilen Wasser pla­ stifiziert und mit 20 Gew.-Teilen Kalkstickstoff homogenisiert; das Homogenisat wird anschließend mit 10 Gew.-Teilen hydrophobem Calciumoxid homogenisiert. Die so erhaltene Feststoffdispersion ist als stickstoffhaltiger Langzeitdünger in der Landwirtschaft einsetzbar.

7.Beispiel

In einer Kombination der Beispiele 1 und 4 werden 100 Gew.-Teile Ton mit einer Suspension von 32 Gew.-Teilen Eisensulfat in 7 Gew.- Teilen Wasser, mit 8 Gew.-Teilen Natriumsulfid und mit 30 Gew.- Teilen aufgeschmolzenem Bitumen nacheinander in einem Zwangsmi­ scher homogenisiert und anschließend mit 28 Gew.-Teilen eines mit 0,5% Fettsäure hydrophobierten Calciumoxids homogenisiert. Die entstehende pulverförmige, mit den Wirkstoffen Eisensulfid und Bi­ tumen homogen beladene Feststoffdispersion kann benutzt werden zur gleichzeitigen irreversiblen Immobilisierung von Schwermetallen und Ultragiften, z. B. PCDD/DF in entsprechend kontaminierten Fil­ terstäuben und Aschen aus Müllverbrennungsanlagen.

6. Beispiel

Ein jeweils zweifacher Überschuß der stöchiometrisch erforderli­ chen Mengen an Dikaliumhydrogenphosphat, Eisensulfid und Calcium­ carbonat werden in Analogie zu der Vorgehensweise in Beispiel 1 getrennt in homogene Feststoffdispersionen übergeführt unter Ver­ wendung von Calciumoxid, das mit 1% Fettsäure hydrophobiert wurde. Das Gemisch der einzelnen Feststoffdispersionen ist vorzüglich ge­ eignet, um Schwermetallionen in Klärschlämmen, Komposten, Fluß- und Hafenschlick irreversibel zu immobilisieren durch Fällung der einzelnen Schwermetalle als Carbonate, Sulfide und Phosphate. Auch Arsen und Antimon lassen sich so chemisch fixieren. Zu diesem Zweck mischt man die genannten Feststoffdispersionen gleichzeitig mit zusätzlichem, leicht hydrophobiertem Calciumoxid in die zu be­ handelnden Abfallstoffe ein, z. B. durch synchrone Einspeisung in einen Fallrohrmischer. Hierdurch wird es erstmals möglich, große Mengen dieser Abfallstoffe ohne weitere Sicherungsmaßnahmen um­ weltneutral abzulagern oder als Erdbaustoff zu verwenden, z. B. zum Zwecke des Landschaftsbaus. Die erforderlichen Mengenverhältnisse werden bestimmt durch die bodenmechanischen Erfordernisse; sie lassen sich in den bekannten Eignungsprüfungen, z. B. durch Bestim­ mung der Proctordichte, ermitteln.

9. Beispiel

100 Gew.-Teile Ton, oder eine Anteigung von feindispersem Alumini­ umhydroxid oder Zeolith oder Bentonit mit Wasser, oder gebrauchte, feuchte Bleicherde, oder 100 Gew.-Teile eines Gemisches der ge­ nannten Feststoffsuspensionen werden mit 50 Gew.-Teilen eines langkettigen Amins, z. B. Stearylamin, und 10 Gew.-Teilen eines Aminosilans, z. B. eines Trialkoxyaminosilans, in einem Kneter ho­ mogenisiert und anschließend mit 500 Gew.-Teilen hydrophoben Cal­ ciumoxids homogenisiert. Die entstehende trockene, pulverförmige und homogene Feststoffdispersion, die einem Überschuß an Calcium­ oxid enthält, läßt sich als solche oder, nach Ablauf der Hydra­ tationsreaktion mit nicht ganz der stöchiometrisch erforderlichen Wassermenge in bezug auf den Calciumoxidüberschuß, in Form des Folgeproduktes, d. h. mit Calciumhydroxid als mengenmäßig über­ wiegenden Komponente verwenden zur weitestgehenden Absorption bzw. Chemisorption von Schadstoffen in den Abgasen von Müllverbren­ nungsanlagen, insbesondere von halogenierten Dibenzodioxionen und Dibenzofuranen.

10. Beispiel

100 Gew.-Teile Ton, oder eine Anteigung von feindispersen Alumini­ umhydroxid oder Zeolith oder Bentonit mit Wasser, oder gebrauchte feuchte Bleicherde, oder 100 Gew.-Teile eines Gemisches der ge­ nannten Feststoffsuspensionen werden mit 50 Gew.-Teilen eines Al­ kali- oder Erdalkalisulfids in einem Kneter homogenisiert und an­ schließend mit 150 Gew.-Teilen hydrophoben Calciumoxids homogeni­ siert. Die entstehende trockene, pulverförmige und homogene Fest­ stoffdispersion, die einen Überschuß an Calciumoxid enthält, läßt sich, wegen ihres hydrophoben Charakters, leicht in die Oberfläche von Halden, die aus schwermetallhaltigen Produktionsrückständen bestehen, einarbeiten. Auf diese Weise entsteht ein flächendecken­ des Depot mit Fällungsreagenzien, die, aufgrund langsam ablaufen­ der Desorptionsvorgänge (Sulfid-Ionen) bzw. aufgrund ihrer Schwer­ löslichkeit (Calciumhydroxid und Calciumcarbonat aus Calciumoxid), nur sehr langsam mit Regenwasser als Vehikel in die Halde einge­ tragen werden und dort in situ Fällungsreaktionen bewirken. Die hierfür erforderliche absolute Menge an Fällungsreagenzien und da­ mit die Schichtstärke des Depots läßt sich leicht ermitteln aus der Höhe der Halde und der mittleren Konzentration an fällbaren Schwermetallen in der Halde. In analoger Weise verfährt man zur Immobilisierung von Schadstoffen in anderen aufgeschütteten Abla­ gerungen und Deponien.

Claims (21)

1. Verfahren zur Herstellung einer mit Wirkstoffen homogen beladenen, pulverförmigen, feindispersen Dispersion aus mindestens zwei verschiedenen Festststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige, feindisperse Suspension von Stoffen mit den Wirkstoffen mechanisch homogenisiert, dieses Gemisch mit dem Edukt einer wasserverbrauchenden chemischen Reaktion mechanisch homogenisiert und das Edukt in dem Homogenisat mit der Wassermenge reagieren läßt, die erforderlich ist, um die mit den Wirkstoffen homogen beladene, pulverförmige, feindisperse Dispersion zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wäßrige, feindisperse Suspension aus feindispersen, trockenen Materialien natürlicher oder industrieller Herkunft durch Zugabe von Wasser erhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als wäßrige, feindisperse Suspension natürlicher Herkunft Tonmehl, Ton sowie tonartige und tonhaltige Materialien eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß als wäßrige, feindisperse Suspension industrieller Herkunkt Produktionsrückstände, wie gebrauchte Bleicherde und Rotschlamm eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkstoffe landwirtschaftlich nutzbar sind oder der Detoxifixierung, Immobilisierung oder Fixierung von Schadstoffen dienen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als landwirtschaftlich nutzbare Wirkstoffe Düngemittel, Spurenelemente oder Pflanzenschutzmittel eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirkstoffe Magnesium und Aluminium eingesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirkstoffe langkettige Amine eingesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirkstoffe zur Immobilisierung oder Fixierung von Schadstoffen anorganische oder organische Adsorptions- oder Absorptionsmittel eingesetzt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Adsorptions- oder Absorptionsmittel hochsiedende Inertstoffe eingesetzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als hochsiedende Inertstoffe Hartparaffin, Vaseline, Bitumen und bituminöse Stoffe zur Immobilisierung und adsorptiven bzw. absorptiven Fixierung von Schadstoffen eingesetzt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkstoffe in der wäßrigen, feindispersen Suspension durch Mischen von Anteilen der mit Wirkstoffkomponenten mechanisch homogenisierten wäßrigen, feindispersen Suspension hergestellt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Edukt einer wasserverbrauchenden chemischen Reaktion Erdalkalioxide, Aluminiumalkoholate, Kieselsäureester oder deren Gemische eingesetzt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdalkalioxid Calciumoxid ist, das mit einem Reaktionsverzögerer vorbehandelt wurde.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsverzögerer ein Hydrophobierungsmittel ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsverzögerer der Suspension zugesetzt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Aluminiumalkoholat ein handelsübliches, flüssiges Mischalkoholat eingesetzt wird.

18. Verwendung der mit Wirkstoffen homogen beladenen, pulverförmigen Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Isolierung und Einbettung schadstoffhaltiger Materialien natürlicher oder anthropogener Herkunft.

19. Verwendung der mit Wirkstoffen homogen beladenen, pulverförmigen Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Entfernung von Schadstoffen aus Abgasen.

20. Verwendung der mit Wirkstoffen homogen beladenen, pulverförmigen Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Dehalogenierung von halogenhaltigen Schadstoffen.

21. Verwendung der mit Wirkstoffen homogen beladenen, pulverförmigen Dispersion nach einem der Ansprüche 1 bis 17 mit einem Überschuß an Calciumoxid und/oder Aluminiumalkoholat für landwirtschaftliche oder technische Zwecke.