DE4317402A1

DE4317402A1 - Synthetisches Gestein und Verfahren zur Herstellung von synthetischem Gestein

Info

Publication number: DE4317402A1
Application number: DE19934317402
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1993-12-02

Description

Die Erfindung betrifft synthetisches Gestein und ein Ver fahren zur Herstellung von synthetischem Gestein, insbeson dere von Gesteinsformen, die in ihrer Struktur, Textur und chemisch-physikalischen Zusammensetzung im wesentlichen den Vulkaniten entsprechen.

Bei Gesteinen magmatischer Entstehung werden Plutonite und Vulkanite unterschieden. Letztere sind Ergußgesteine, welche an der Erdoberfläche oder nahe der Erdoberfläche erstarrt sind. Diese werden am Rande der Eifel für die Baustein-Pro duktion, den Wegebau und ähnliche Zwecke in großem Stil abgebaut. Bevorzugt werden Basalt, Bimsstein und sogenannter Lavalit, ein dem Bimsstein ähnliches Gestein, abgebaut.

Durch langjährigen Abbau dieser Gesteine sind die natürli chen Reserven immer geringer geworden. Neuerschließungen von Reserven werden zunehmend durch den Landschaftsschutz und die Anforderungen der Umweltverträglichkeit für Tagebaube triebe erschwert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, unter Ver wendung von Abfallprodukten ein Material zu schaffen, mit welchem im wesentlichen die zuvor genannten Natursteinarten substituiert werden können.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein synthetisches Gestein, das erhältlich ist durch:

- Mischen von aluminium- und eisenoxidhaltigem Schlamm mit quarzhaltigen Abfallstoffen, vorwiegend unter Zugabe von Kohlenstoff
- Trocknen der Mischung,
- Aufschmelzen der Mischung in einem Schmelz aggregat, wobei je nach gewünschter Dichte des Endproduktes die Betriebsatmosphäre und die Temperatur eingestellt wird, und
- Abkühlen der Mischung.

Dadurch erhält man ein Gestein, welches im wesentlichen den sogenannten Lava-Gesteinen entspricht und sich hervorragend zum Straßen- und Wegebau sowie als Grundstoff für die Her stellung von Bausteinen oder für ähnliche Zwecke eignet.

Je nach Prozeßführung kann es eine Struktur, Textur und chemisch-physikalische Zusammensetzung aufweisen, die im wesentlichen den natürlichen Eruptivgesteinen entspricht.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung dieses Gesteins, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

- aluminium- und eisenoxidhaltiger Schlamm mit vor wiegend quarzhaltigen Abfallstoffen gemischt wird,
- kohlenstoffhaltige Produkte wie Koks, Graphit, Ruß, zellulosehaltige Abfallstoffe in einer Menge von 0,5 bis 50%, bezogen auf Kohlenstoff, beigemischt wer den,
- die Mischung getrocknet wird,
- die Mischung in einem Schmelzaggregat aufge schmolzen wird, wobei je nach gewünschter Dichte des Endproduktes die Betriebsat mosphäre und die Temperatur eingestellt wird, und
- die Schmelze abgekühlt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich der zusätz liche Vorteil, daß sich Abfallstoffe in großen Mengen ko stengünstig entsorgen lassen.

Vorzugsweise wird als aluminium- und eisenoxidhaltiger Schlamm Rotschlamm verwendet, der bei der Bauxit-Aufberei tung entsteht. Dies ist insofern ein wesentlicher Vorzug des Verfahrens, da der Rotschlamm bei der Produktion von Al₂O₃ nach dem sogenannten Bayer-Verfahren, bei dem als Zwischen produkt Aluminiumhydroxid anfällt, als deponiepflichtiges Abfallprodukt entsteht. Da Rotschlamm einen pH-Wert zwischen 12 und 13 besitzt, ist das Einlagern des Rotschlammes, von dem bei der Bauxit-Aufbereitung jährlich weltweit an 75 Standorten etwa 30-35 Mio Tonnen produziert werden, sehr aufwendig und teuer. Es sind dafür spezielle Deponien erfor derlich.

Beispielsweise ist es günstig, wenn als quarzhaltige Abfall stoffe SiO₂-Stäube, wie sie z. B. beim Schleifen in der Glas industrie angefallen sind, verwendet werden. Diese Stäube liegen in großen Mengen auf Deponien und können, da sie Alkalioxide enthalten, in Lösung mit Wasser Laugen bilden. Folglich ist die Beseitigung dieser Deponien anstrebenswert.

Alternativ können auch andere, vorwiegend SiO₂-haltige Zu satzstoffe wie z. B. Hochofenschlacke, Kraftwerksasche, gege benenfalls auch geringere Mengen an Abfallglas, Asbestabfäl le, usw. verwendet werden. Ebenfalls können anfallende Form sande, Rückstände bei der Kaolin- und Feldspataufbereitung sowie gebrauchte Schamottesteine, diese sowohl als SiO₂ als auch als Al₂O₃-Ersatz, eingesetzt werden.

Zweckmäßigerweise wird beim Aufschmelzen der Mischung die Temperaturbeaufschlagung und -Führung so gewählt, daß mögli cherweise geschäumtes und geschmolzenes Material kontinu ierlich ablaufen kann.

Die gewünschten physikalischen Eigenschaften werden durch die vorhergehende Prozeß-Steuerung erzielt. Vorzugsweise wird die Schmelze in einem Wasserbad abgeschreckt. Hierbei erfährt die Schmelze eine Vorzerkleinerung. Dies kann je nach Verwendungszweck des Endproduktes sehr vorteilhaft sein, insbesondere wenn die Schmelze nach dem Erkalten ge brochen und klassiert werden soll.

Die Schmelze kann, dem späteren Verwendungszweck entspre chend, auch in Formen gegossen werden. Es entsteht dabei ein dem Schmelzbasalt ähnliches Produkt. Auf diese Art und Weise können technisch anspruchsvolle Großteile hergestellt wer den.

Um weitere Steuerungsmöglichkeiten für verschiedene Ge steinsporositäten zu erhalten, kann die Schmelze mit Kohlen stoff, Prozeßgas und/oder Luft mit atmosphärischer Zusammen setzung behandelt werden.

Um das Thixotropie-Verhalten des Rotschlamms zu steuern und zum anderen preiswerte Kohlenstoffträger in die Schmelze zu bringen, können Zelluloserückstände bzw. -abfälle oder auch Recycling-Überschüsse aus der Papierindustrie zugesetzt werden. Bei den Recycling-Überschüssen kommen beispielsweise auch rückgeführte gebrauchte Milchtüten und ähnliche Ver packungsmaterialien infrage, von PE-Folie und Aluminium schicht befreit.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und nachfol gend im einzelnen erläutert.

Die Figur zeigt ein Schema des erfindungsmäßen Verfahrens. Der Rotschlamm und die SiO₂-haltigen Rückstände werden je weils über Zwischenlager 1 und 2 einer Dosieranlage 3 zu geführt. Die Dosieranlage 3 gibt die Mischung (mit Zuschlag stoffen) auf Förderbänder 4, die die (mit Zuschlagstoffen ergänzte) Mischung einem Trocknungsaggregat 5 zuführt. Von dem Trocknungsaggregat 5 gelangt die Mischung in ein Schmelzaggregat 6, in welchem sie bei Temperaturen, die dem zu erzielenden Prozeß entsprechen, aufgeschmolzen wird.

Der Rotschlamm als solcher schmilzt erst bei Temperaturen von ca. 1500°C; die Mischung aus Rotschlamm mit SiO₂-und C- haltigen Stoffen hat jedoch einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt, was energetisch wesentlich günstiger ist. Durch beispielsweise Glasrückstände werden andere Additive, wie CaO, MgO, K₂O, Na₂O zugegeben, die die Prozeßtemperatur ebenfalls beeinflussen.

Die Schmelze fließt aus dem Schmelzaggregat 6 in einen Was sertank 7, in welchem sie schockartig abgekühlt wird. Der hierbei entstehende Dampf wird gereinigt und über Wärmerück gewinnungen wieder in den Prozeß eingespeist. Das aus dem Wassertank abgezogene und abgekühlte synthetische Lavage stein, welches zu einem gewissen Ausmaß durch die schock artige Abkühlung vorzerkleinert ist, wird dann den dem Ver wendungszweck entsprechenden Zerkleinerungsanlagen zugeführt und u. U. anschließend mit einer Siebanlage 9 klassiert. Das so hergestellte synthetische Produkt wird gemäß dem Verwen dungszweck des ersetzten natürlichen Rohstoffs eingesetzt.

Der bei der Bauxit-Aufbereitung nach dem Bayer-Verfahren entstehende Abfallstoff besteht zu etwa 10 % aus sogenanntem Rotschlamm-Sand und zu etwa 90 % aus Rotschlamm-Filtermate rial, welches als Rotschlamm entsorgt wird. Je Tonne aufbe reiteten Bauxits fallen ungefähr 0,75 t Rotschlamm bezogen auf die Trockenmasse an, wobei der Rotschlamm einen Wasser gehalt von 40-50 % hat. Die chemische Zusammensetzung eines typischen Rotschlamms ist nachfolgend in Tabelle 1 zusammengestellt. Diese kann sich je nach eingesetztem Roh bauxit (geographische Herkunft und Art) ändern.

Tabelle 1

Aus mineralogischer Sicht enthält der Rotschlamm als Haupt gemengteile Hämatit, Goethit und Natrium-Aluminium-Silikate sowie als Nebengemengteile Böhmit, Quarz, Rutil und Anatas.

Die Zusammensetzung des verwendeten quarzhaltigen Abfall stoffes, der im vorliegenden Fall ein Schlamm mit 34 % Was seranteil ist, ist in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

(Gewichts-% bezogen auf die Trockenmasse)

Beim Einsatz einer Gießpfannenschlacke, deren Hauptbestand teile in Tabelle 3 wiedergegeben sind, mit den zuvor genann ten Komponenten und unter Verwendung von 5% Koksgrus erhält man ein Produkt, dessen rechnerische Zusammensetzung in Ta belle 4 zu finden ist. Dabei wurde folgendes Mischungsver hältnis zugrundegelegt:
Rotschlamm : Quarzschlamm : Gießpfannenschlacke = 1 : 1, 5 : 1.

Tabelle 3

(Gewichts-%)

Tabelle 4

(Gewichts-%)

Wird Gießpfannenschlacke und Koksgrus durch zellulosehaltige Papierabfälle ersetzt, erzielt man ein Schmelzprodukt, des sen rechnerische Zusammensetzung in Tabelle 5 aufgeschrieben ist. Dabei war die Ausgangsmischung aus den getrockneten Substanzen Rotschlamm : Quarzschlamm : Papierabfall = 1 : 1:3 gemischt worden. Die getrockneten Papierabfälle hatten einen Glühverlust von -66,6%; die chemische Zusammensetzung, die nach der Verkohlung verblieb, ist in Tabelle 6 wiedergege ben.

Tabelle 5

(Gewichts-%)

Tabelle 6

(Gewichts-%)

Beide vorgestellten Schmelzen waren in den Laborversuchen ein stark Vulkanit-ähnliches synthetisches Gestein, dessen chem. Zusammensetzung einer Natur-Lava entspricht und den in Tabellen 4 und 5 aufgeführten, errechneten Werten sehr nahe kommt. Die erzielten Werte der offenen Porosität waren beim Einsatz der zellulosehaltigen Abfallstoffe günstiger.

Bezugszeichenliste

1, 2 Zwischenlager
3 Dosieranlage
4 Förderbänder
5 Trocknungsaggregat
6 Schmelzaggregat
7 Wassertank
8 Kreiselbrecher
9 Siebanlage

Claims

1. Synthetisches Gestein, erhältlich durch:

- Mischen von aluminium- und eisenoxidhaltigem Schlamm mit quarzhaltigen Abfallstoffen, vorwiegend unter Zugabe von Kohlenstoff,
- Trocknen der Mischung,
- Aufschmelzen der Mischung in einem Schmelz aggregat, wobei je nach gewünschter Dichte des Endproduktes die Betriebsatmosphäre und die Temperatur eingestellt wird, und
- Abkühlen der Mischung.

2. Synthetisches Gestein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Struktur, Textur und chemisch-physikalische Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen den natürlichen Erup tivgesteinen entspricht.

3. Synthetisches Gestein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Struktur, Textur und chemisch-physikalische Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen dem Bimsstein oder Basalt entspricht.

4. Verfahren zur Herstellung von synthetischem Gestein, insbesondere von Gesteinsformen, die in ihrer Struk tur, Textur und chemisch-physikalischen Zusammen setzung im wesentlichen den Vulkaniten entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß

- aluminium- und eisenoxidhaltiger Schlamm mit vorwiegend quarzhaltigen Abfallstoffen ge mischt wird,
- kohlenstoffhaltige Produkte wie Koks, Gra phit, Ruß oder zellulosehaltige Abfallstoffe in einer Menge von 0,5-50%, bezogen auf Kohlenstoff, beigemischt wird,
- die Mischung getrocknet wird,
- die Mischung in einem Schmelzaggregat aufge schmolzen wird, wobei je nach gewünschter Dichte des Endproduktes die Betriebsat mosphäre und die Temperatur eingestellt wird, und
- die Schmelze abgekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß als aluminium- und eisenoxidhaltiger Schlamm Rotschlamm verwendet wird, der bei der Bauxit-Aufbereitung entsteht.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als quarzhaltige Abfallstoffe, wie sie z. B. beim Schleifen in der Glasindustrie anfallen, verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß als SiO₁- und Al₁O₂- Träger Hochofenschlacke, Kraftwerksasche, Abfall glas, Asbestabfall, Formsande, Rückstände aus der Kaolin- und Feldspataufbereitung oder gebrauchte Schamottesteine verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-7, da durch gekennzeichnet, daß beim Aufschmelzen der Mischung die Temperaturbeauf schlagung und -Führung so gewählt wird, daß hoch poröses Glas entsteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-8, da durch gekennzeichnet, daß die Schmelze in einem Wasserbad abgeschreckt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-9, da durch gekennzeichnet, daß die abgekühlte Schmelze gebrochen und klassiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-8, da durch gekennzeichnet, daß die Schmelze zum Abkühlen in dem späteren Verwendungs zweck entsprechenden Formen gegossen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-9, da durch gekennzeichnet, daß die Schmelze mit Kohlenstoff, Prozeßgas und/oder Luft mit atmosphärischer Zusammensetzung behandelt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-12, da durch gekennzeichnet, daß der Mischung Rückstände aus der Altpapieraufbereitung zugesetzt werden.