DE4437309C1

DE4437309C1 - Verfahren zur Herstellung eines Bodenverbesserungsmittels aus Asbest oder asbesthaltigen Stoffen

Info

Publication number: DE4437309C1
Application number: DE19944437309
Authority: DE
Inventors: Reinhardt Dr Rer Nat Nies; Rainer Dr Rer Nat Hacker; Lisa Apfelstaedt; Hans-Georg Bromann; Guenter Dr Rer Nat Gruenzig; Bernd Dipl Ing Grose; Norbert Lange; Horst Dipl Chem Koepernik
Original assignee: OEKOLOGISCHE SANIERUNGS und EN
Current assignee: OEKOLOGISCHE SANIERUNGS und EN
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1994-10-19
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2014-10-20

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bodenverbesserungsmittels aus Asbest oder asbesthaltigen Stoffen, das insbesondere zur Wiederurbar- bzw. Fruchtbarmachung devastierter und/oder armer, leichter, arider Böden eingesetzt wird.

Böden dieser Art, die z. B. durch den Tagebaurückbau, Verödungen infolge Brand, Ab holzung oder Überweidung entstehen, weisen vor allem ein unzureichendes Wasser rückhaltevermögen auf. Außerdem beeinträchtigen schlechte Bodendurchlüftung und dadurch bedingt ein sekundärer Mangel an organischen Substanzen im Boden die Wiederaufforstung. Eine Folgeerscheinung eines geringen Wasserrückhaltevermögens ist in der Regel mit einem Verlust an Nährstoffen und Spurenelementen im Boden durch Auswaschungen verbunden. Es sind bereits eine Vielzahl von Bodenverbesserungsmitteln unterschiedlicher Zu sammensetzung bekannt. In der DE 25 31 333 B2 wird vorgeschlagen, gebrochenen Blähton zur Feuchtigkeitsspeicherung in Pflanzböden einzusetzen. Die Anwendung von kolloidaler Kieselsäure, die aus Alkalisilikaten gefällt wird, im Gemisch mit Ton materialien ist in der DE 27 06 275 A1 beschrieben. Bekannt ist auch, dem Boden wasserlösliche und wasserunlösliche Polymere, wie z. B. Polyäthylenoxid (DE 31 18 109 C2), zuzusetzen. In der DE 33 05 997 A1 wird ein Gemenge aus einem Wachstumsträger und einem offenzelligem Schaum auf der Basis von Polyurethan vorgeschlagen. Ein anderes Bodenverbesserungsmittel besteht aus einem nichtionischen Polyacrylamid und einem anionischen Polymeren von Natriumacrylat, das mit N,N′-Methylenbisacrylamid vernetzt ist (DE 33 44 638 A1). Gemäß den Ausführungen in dieser Druckschrift soll ein geeignetes Bodenverbesse rungsmittel u. a. folgende Eigenschaften aufweisen:

1. Es soll eine möglichst hohe Wassermenge aufnehmen.
2. Es soll frei von unerwünschten giftigen Wirkungen sein und auch im Boden keinen Veränderungen unterworfen sein, die die Bodenstruktur und das Pflanzen wachstum negativ beeinflussen.
3. Es soll mit den natürlichen Bodenbestandteilen homogen mischbar sein.
4. Es soll im Boden eine lockernde und lüftende Wirkung haben.
5. Es soll die enthaltenen düngenden Stoffe oder Spurenelemente möglichst kontinuierlich abgeben, also eine Depotwirkung besitzen.
6. Es soll mit möglichst geringen Kosten herstellbar und lagerfähig sein.

Die bekannten Bodenverbesserungsmittel haben alle den Nachteil relativ hoher Her stellungskosten.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bodenverbesserungsmittels aus Asbest oder asbesthaltigen Stoffen zu schaffen, das nur geringe Kosten verursacht und mit dem ein Bodenverbesserungsmittel hergestellt werden kann, das insbesondere zur Wiederurbar- bzw. Fruchtbarmachung devastierter und/oder armer, leichter, arider Böden geeignet ist und hervorragende anwendungstechnische Eigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man den Asbest oder die asbesthaltigen Stoffe bei Temperaturen von 20 bis 280°C bis auf einen Restgehalt von kleiner 0,1% Asbest dem sauren Aufschluß unterwirft und anschließend die so erhaltene Aufschlußmaische auf einen pH-Wert von 7 bis 10 einstellt. Um den Asbestgehalt auf den Wert von kleiner 0,1% zu reduzieren, ist es erforderlich, daß die Umsetzungsdauer mindestens 30 Minuten beträgt. Die Umsetzungsdauer ist abhängig von der Zusammensetzung der asbesthaltigen Stoffe und der Temperatur während der Umsetzung. Die Umsetzung kann unter Normal-, Unter- oder Überdruck durchgeführt werden. Bei diesem sauren Aufschluß werden die asbesthaltigen Stoffe zu amorphen Si-O-Fasern umgesetzt. Das als Aufschlußmaische anfallende Umsetzungsprodukt wird unter Rühren bei Temperaturen von vorzugsweise 20°C bis 150°C unter Zusatz einer alkalisch reagierenden Substanz auf einen pH-Wert zwischen 7 und 10 eingestellt. Wird in bestimmten Fällen durch die Alkalisierung ein höherer pH-Wert als 10 erreicht, so wird durch nochmalige Zugabe einer Säure das Umsetzungsprodukt auf den erforderlichen pH-Wert eingestellt. Durch diese Alkalisierung bzw. Neutralisierung werden die im Umsetzungsprodukt noch enthaltenen Faserstrukturen zerstört, wobei feinteilige Stoffe neuer Zusammensetzung entstehen. Die auf diese Art und Weise erhaltenen Stoffe bestehen im wesentlichen aus SiO₂, MgO, Al₂O₃, CaO, Fe₂O und SO₃ sowie gegebenenfalls K₂O, NH₃ und P₂O₅ in Form von verschiedenen Verbindungen. Die konkrete Zusammensetzung ist dabei abhängig von dem asbesthaltigen Stoff als Ausgangsprodukt und den verwendeten Substanzen für den sauren Aufschluß und die Alkalisierung bzw. Neutralisation.

In Versuchen wurde festgestellt, daß das auf den angegebenen pH-Bereich eingestellte Umsetzungsprodukt hervorragende Eigenschaften als Bodenverbesserungsmittel besitzt und zur Förderung des Pflanzenwachstums für alle Arten land-, garten- und forstwirtschaftlicher Bodennutzung, insbesondere zur Fruchtbarmachung bzw. Wiederurbarmachung devastierter und/oder armer, trockener Böden geeignet ist.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bodenverbesserungsmittel saugen Feuchtigkeit gut auf und halten sie fest, so daß längere Trockenperioden nicht zu einem völligen Austrocknen des Bodens führen. Damit ist auch eine größere und längere Wasserspeicherung unmittelbar im Bereich der Wurzeln verbunden. Bedingt durch den Umsetzungsprozeß kann das Bodenverbesserungsmittel bereits Pflanzennährstoffe wie N, P und K enthalten oder es können Hauptnährstoffe und/oder Spurenelemente wie Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mg, Co und Mo beigemischt werden. Da neben Wasser auch gleichzeitig Dünger in den Granulaten gespeichert wird bzw. in der Aufschlußmaische enthalten ist, sind ein besserer Pflanzenwuchs und eine intensivere Düngernutzung gegeben.

Das Bodenverbesserungsmittel kann entweder in den Boden eingebracht oder auf den Boden aufgetragen werden. Bevorzugte Applikationsformen sind Pulver oder Granulate. Dazu wird die Aufschlußmaische filtriert, bei 80°C bis 120°C getrocknet und zu Pulver vermahlen. Das Pulver kann anschließend zu Granulat weiterverarbeitet werden, insbesondere unter Zusatz tonhaltiger Stoffe. Die Granulate werden in Korngrößen von 1 bis 30 mm, vorzugsweise 1 bis 15 mm, hergestellt und in den Boden eingemischt. Das Bodenverbesserungsmittel kann auch in flüssiger Form, als alkalisch reagierende Aufschlußmaische, in den Boden eingebracht oder auf diesen aufgetragen werden.

Es ist auch möglich, das Bodenverbesserungsmittel vor dem Auftragen oder Ein bringen in den Boden mit Stoffen aus der Kompostierung, bevorzugt aus den Mulchen von Holzabfällen, zu mischen. Der Anteil der Kompostierungsstoffe sollte mindestens 50 Gew.-% betragen.

Die Einsatzmengen des Bodenverbesserungsmittels liegen je nach Bodenart bei 20 bis 250 g/m², vorzugsweise 50 bis 150 g/m².

Das neue Bodenverbesserungsmittel zeichnet sich durch hervorragende anwendungs technische Eigenschaften aus, wie z. B. Verringerung der Wasserverdunstung, Er höhung der Wasserkapazität des Bodens, Verbesserung des Wasserrückhaltever mögens - somit wird der Auswaschung entgegengewirkt -, Verbesserung der Boden struktur, Beseitigung des Mangels an Depot-Düngestoffen, Verbesserung der Keimung und des Wachstums von Pflanzen und Verringerung der Neigung zur Verschlämmung des Bodens bei sehr viel Wasserangebot. Außerdem ist es für Tiere und die Mikroflora ungiftig.

Das Bodenverbesserungsmittel kann mit den an sich üblichen Geräten in den Boden eingebracht werden.

Als Asbest oder asbesthaltige Stoffe können z. B. Rückstände aus der Asbestpro duktion, asbesthaltige Filtermaterialien, Asbestprodukte aus dem Rückbau, schwachgebundene Asbestprodukte oder Asbestzementerzeugnisse, wie Asbestrückstände aus der Anwendung als Diaphragma in der Chloralkali-Elektrolyse oder verschiedene Asbestbauplatten für den Feuer- oder Wärmeschutz, eingesetzt werden.

Der saure Aufschluß der Asbeste oder asbesthaltigen Stoffe wird bevorzugterweise mit Mineralsäuren oder Gemischen von mindestens zwei dieser Säuren durchgeführt. Geeignete Mineralsäuren sind z. B. Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure oder Salzsäure. Um die Kosten für den sauren Aufschluß möglichst gering zu halten, kann auch Abfallschwefelsäure verwendet werden, z. B. eine solche, die bereits Verunreinigungen auf der Basis von Nitrat und/oder Phosphat enthält. Zur Einstellung des erforderlichen pH-Wertes nach dem sauren Aufschluß sind besonders Kaliumhydroxid und/oder Löschkalk und/oder Ammoniaklösung und/oder Carbonate geeignet.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dessen niedrige Herstellungskosten für das Bodenverbesserungsmittel.

Die Entsorgung von Asbest und asbesthaltigen Stoffen als Abfallstoffe erfolgt haupt sächlich noch durch hydraulische Bindung und anschließende Ablagerung auf be stimmten Deponien. Dies ist zwangsläufig mit hohen Kosten verbunden. Durch die Umwandlung dieser Abfallstoffe in eine ungefährliches und zugleich noch sehr wirksames Bodenverbesserungsmittel werden somit erhebliche Kosten für die ansonsten übliche Entsorgung eingespart. Dadurch kann das Bodenverbesserungs mittel zu einem relativ niedrigen Preis angeboten werden und ist demzufolge besonders für die Rekultivierung großer landwirtschaftlicher Flächen, wie z. B. ehemaliger Tagebaue, geeignet.

Die Erfindung soll nachstehend an einigen Beispielen erläutert werden. Gemäß den nachfolgenden Beispielen 1 bis 8 wurden verschiedene Bodenver besserungsmittel aus Asbest bzw. asbesthaltigen Stoffen wie folgt hergestellt:

Beispiel 1

28 kg Asbest wurden mit 225 l H₂SO₄, 32%ig, 3 Stunden gekocht. Das Umsetzungs produkt wurde nach dem Abkühlen auf 60°C mit 160 l KOH, 45%ig, neutralisiert. Das neutralisierte Produkt wurde anschließend filtriert, getrocknet und zu Pulver mit einer Korngröße < 160 µ gemahlen und eine Teilmenge zu Granulat mit einer Korngröße von 1 bis 15 mm verarbeitet. Es wurden die beiden Bodenverbesserungsmittel 1a (Pulver) und 1b (Granulat) hergestellt.

Beispiel 2

100 kg stückiges Sokalit wurden in 500 l H₂SO₄, 32%ig, bei Raumtemperatur einge weicht und anschließend 4 Stunden gekocht. Das Umsetzungsprodukt wurde nach dem Abkühlen auf 60°C mit 175 l KOH, 45%ig, und 80 kg Kalk auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellt und analog wie im Beispiel 1 zu Pulver verarbeitet.

Beispiel 3

16,5 kg Asbest wurden mit 145 l H₂SO₄, 30%ig, 3 Stunden bei 100°C umgesetzt. Das Umsetzungsprodukt wurde bis auf 60°C abgekühlt und danach mit 40 kg Kalk [Ca(OH)₂] neutralisiert, filtriert, getrocknet, gemahlen und zu Granulat weiterverarbeitet.

Beispiel 4

23 kg Asbest wurden mit 312 l H₂SO₄, 17%ig, 3 Stunden bei 100°C umgesetzt. Das Umsetzungsprodukt wurde bis auf 60°C abgekühlt und danach mit 65 l KOH, 45%ig, sowie 20 kg Kalk neutralisiert und analog wie im Beispiel 1 zu Pulver verarbeitet.

Beispiel 5

35 kg Asbest wurden mit 215 l H₂SO₄, 30%ig, 3 Stunden bei 100°C umgesetzt. Das auf 60°C abgekühlte Umsetzungsprodukt wurde mit 63 l KOH (45%ig) und 34 kg Kalk neutralisiert. Das neutralisierte Produkt wurde auf 80°C erhitzt und die Temperatur 1,5 Stunden beibehalten, danach auf 60°C abgekühlt, filtriert, getrocknet, gemahlen und zu Granulat unter Zusatz von tonigen Stoffen weiterverarbeitet, wobei nach der Granulierung drei verschiedene Bodenverbesserungsmittel (BVM) durch unterschiedliche Trocknungsbedingungen hergestellt wurden. Gemäß diesem Beispiel wurden insgesamt folgende vier Bodenverbesserungsmittel hergestellt: 5a Pulver; 5b Granulat (getrocknet bei 120°C), 5c Granulat (getrocknet bei 250°C) und 5d Granulat (getrocknet bei 580°C).

Beispiel 6

34,5 kg Asbest wurden mit 175 l H₂SO₄, 32%ig, 3 Stunden bei 100°C umgesetzt. Das Umsetzungsprodukt wurde auf 60°C abgekühlt, mit 110 l KOH, 45%ig, und 30 l NH₄OH, 25%ig, neutralisiert und analog wie im Beispiel 1 zu Pulver verarbeitet.

Beispiel 7

20 kg Asbest wurden mit 180 l H₃PO₄, 35%ig, 3,5 Stunden gekocht. Das Umsetzungs produkt wurde nach dem Abkühlen auf 60°C mit 120 l KOH, 45%ig, und 20 kg Kalk neutralisiert. Die Weiterverarbeitung des neutralisierten Produktes erfolgte analog Beispiel 1. Ein Teil des Pulvers wurde mit tonhaltigen Stoffen granuliert und bei einer Temperatur von 120°C getrocknet. Demzufolge wurden nach diesem Beispiel die beiden Bodenverbesserungsmittel 7a (Pulver) und 7b (Granulat) hergestellt.

Beispiel 8

100 kg Asbestzement wurden mit 300 l H₂SO₄, 70%ig, 6 Stunden gekocht. Das Umsetzungsprodukt wurde bis auf 60°C abgekühlt, mit 220 kg Kalk auf einen pH- Wert von 9,7 eingestellt und analog wie im Beispiel 1 weiterverarbeitet.

In allen nach den Beispielen 1 bis 8 hergestellten Bodenverbesserungsmitteln konnten keine Asbestfasern nachgewiesen werden. Die Prüfung erfolgte mittels Rasterelektronenmikroskop/EDX.

Die stoffliche Zusammensetzung der verschiedenen Bodenverbesserungsmittel (BVM) wurde analytisch ermittelt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle ange geben:

An den einzelnen Bodenverbesserungsmitteln wurden folgende Eigenschaften be stimmt:

I. die Wasserkapazität bei lehmigem Sand und bei Sand und
II. das Wasserrückhaltevermögen.

Die Wasserkapazität (WK) wurde wie folgt bestimmt:
Lehmigem Sandboden(IS) und Sandboden (S) wurden jeweils 1 bis 4 g der Bodenver besserungsmittel zugemischt. Anschießend erfolgte jeweils eine tropfenweise Zugabe von 150 ml Wasser. Nach 6 Stunden wurde die vom Boden nicht festgehaltene Wassermenge gemessen und daraus die Wasserkapazität (in %) berechnet.

Die ermittelten Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 angegeben.

Tabelle 1

Bestimmung der Wasserkapazität bei lehmigem Sand

Tabelle 2

Bestimmung der Wasserkapazität bei Sand

Aus den Tabellen 1 und 2 ist ersichtlich, daß durch Zugabe der erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel die Wasserkapazität bei lehmigem Sandboden und bei Sandboden steigt. Bei diesen zur Austrocknung neigenden, stark wasserdurchlässigen Bodenarten eignen sich diese neuen Mittel besonders gut zur Verbesserung der Wasserabsorption.

Ohne Zusatz eines Bodenverbesserungsmittels wurde bei lehmigem Sandboden eine Wasserkapazität von 34% und bei Sand von 19,5% erreicht.

Das Wasserrückhaltevermögen wurde wie folgt bestimmt:
Lufttrockenem lehmigen Sandboden (IS) und Sandboden (S) wurden jeweils 2 g der erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel zugemischt. Diese Proben in 9er Blumentöpfe eingebracht und anschließend mit je 50 g Wasser gegossen. Die Aus wertung erfolgte durch Wiegen nach 1, 2 und 3 Tagen.

Versuchsbedingungen: Temperatur 24°C relative Luftfeuchtigkeit 63%.

Die erzielten Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3

Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens

Aus Tabelle 3 geht hervor, daß sich durch Zugabe der erfindungsgemäßen Mittel das Wasserrückhaltevermögen bei den geprüften Bodenarten erhöht. Die neuen Mittel be wirken somit eine geringere Verdunstung.

Ferner wurde noch der Pflanzenwuchs unter Trockenbedingungen für verschiedene Pflanzenarten bei Einsatz einiger der erfindungsgemäßen Bodenverbesserungsmittel getestet.

Lehmiger Sandboden wurde in Blumentöpfe gefüllt und in jeden Topf 2 g der erfin dungsgemäßen Mittel eingearbeitet. Anschließend erfolgte die Einsaat verschiedener Pflanzenarten. Nach dem Auflaufen erhielten die Pflanzen letztmalig eine Wassergabe. Die Auswertung erfolgte durch Bonitur.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 4 angegeben.

Tabelle 4

Pflanzenwuchs unter Trockenbedingungen

Aus der Tabelle 4 geht hervor, daß Pflanzen, die ohne erfindungsgemäßes Mittel auf wachsen, wesentlich früher Welkeerscheinungen aufweisen. Durch Zugabe der erfin dungsgemäßen Mittel steht den Pflanzen Wasser über einen längeren Zeitraum zur Verfügung.

Außerdem wurde noch der Pflanzenertrag (als Grünmasseertrag) bei variierter und konstanter Einsatzmenge der Bodenverbesserungsmittel unter Normal- und Trocken bedingungen bestimmt.

In lehmigen Sandboden wurden je 0,5 bis 2,0 g des erfindungsgemäßen Mittels BVM 1b eingearbeitet, diese Proben in Blumentöpfe gefüllt und anschließend die gleiche Anzahl Samenkörner Mais bzw. Weidelgras eingesät.

Mais erhielt Gesamtwassergaben von 390 ml/Topf (normal) und 250 ml/Topf (64%), Weidelgras von 410 ml/Topf (normal) und 210 ml/Topf (51%).

Die Auswertung erfolgte durch Wiegen der geernteten Grünmasse 21 Tage nach der Aussaat.

Die erzielten Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen 5 und 6 angegeben.

Tabelle 5

Pflanzenertrag unter Normalbedingungen

Tabelle 6

Pflanzenertrag unter Trockenbedingungen

Tabelle 5 zeigt, daß bei normalen Wassergaben der Grünmasseertrag von Mais und Weidelgras durch die Zugabe des erfindungsgemäßen Mittels etwas ansteigt. Außer dem zeichneten sich die Pflanzen durch einen kräftigeren Wuchs und eine intensivere Grünfärbung aus, was auf einen zusätzlichen Düngeeffekt schließen läßt.

Aus Tabelle 6 ist ersichtlich, daß durch Zugabe der erlindungsgemäßen Mittel, bei nur 64% (Mais) bzw. 51% (Weidelgras) der zu einem normalen Wachstum erforderlichen Wassergaben, ein besserer Aufwuchs und daraus resultierend eine wesentliche Er tragssteigerung hervorgerufen werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Bodenverbesserungsmittels aus Asbest oder asbesthaltigen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man den Asbest oder die asbesthaltigen Stoffe bei Temperaturen von 20°C bis 280°C bis auf einen Rest gehalt von kleiner 0,1% Asbest dem sauren Aufschluß unterwirft und anschlie ßend die so erhaltende Aufschlußmaische auf einen pH-Wert von 7 bis 10 einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den sauren Auf schluß mittels Mineralsäuren durchführt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Einstellung des pH-Wertes der Aufschlußmaische Kaliumhydroxid und/oder Löschkalk und/oder Ammoniaklösung und/oder Carbonate einsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Auf schlußmaische filtriert, die filtrierte Aufschlußmaische bei 80°C bis 120°C trock net und die getrocknete Aufschlußmaische zu Pulver verarbeitet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pulver unter Zusatz tonhaltiger Stoffe zu Granulat mit einer Korngröße von 0,1 bis 30 mm ver arbeitet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man der Aufschlußmaische, dem Pulver oder dem Granulat eines oder mehrere der Spurenelemente Fe, Mn, Cu, Zn, B, Co und Mo zusetzt.

7. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 3 hergestellten Aufschlußmaische zum Auftragen oder Einbringen in den Boden.