DE60034093T2

DE60034093T2 - Verfahren zur Behandlung von Kieselsäuren enthaltenden Schlamm

Info

Publication number: DE60034093T2
Application number: DE60034093T
Authority: DE
Inventors: Masataka Takasago-shi Hasegawa; Takeshi Takasago-shi Tanaka; Toru Nishi-ku Kobe-shi Ida; Michihiro Nishi-ku Kobe-shi Kamada
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2020-08-18
Also published as: KR20010039827A; DE60034093D1; EP1081102B1; EP1081102A3; KR100378998B1; EP1081102A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer Schlammtrübe mit Siliziumoxid (SiO₂) und insbesondere von Siliziumoxid-haltigen Nebenprodukten wie etwa einer Trübe aus dem Baugewerbe, aus der Abwasserbehandlung von ausgebaggertem Schlamm, einer Abwasserbehandlung von Zerkleinerungsanlagen (einschließlich Kiesanlagen) und aus Feinpulvern aus Zerkleinerungsanlagen, sowie auf ein Verfahren zur Erzeugung von verfestigten Produkten mit ausgezeichneter Festigkeit und geringer Wasserabsorption, welche z.B. als Feinaggregate für Beton und als Straßengrundmaterial mit weitem Anwendungsgebiet und mit einer großen Nachfrage einsetzbar sind, sowie auf ein Verfahren zur Reduzierung von industriellem Abfall. Sie bezieht sich ebenso auf ein Verfahren zur Erzeugung eines trüben Rohmaterials, welches als Grundmaterial und als Rückfüllmaterial aus einer solchen Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe eingesetzt werden kann.
Zerkleinerte Steine oder Sand, die für Straßen und das Baugewerbe eingesetzt werden, werden in einer Zerkleinerungsanlage erzeugt. Steine von ungefähr 1 m Größe, die durch Sprengungen in Steinbrüchen erhalten werden, werden in eine Zerkleinerungsanlage eingebracht, durch Zerkleinerer zerkleinert und in Teilchengrößenklassen mittels Klassifizierungsschritten eingeteilt. Die Zerkleinerung wird gewöhnlicher Weise wiederholt, um Produkte mit einer Teilchengrößenverteilung in Standardspezifikationen zu erhalten. Die Sandherstellungseinheit zur Erzeugung von Aggregaten für Beton mit einer Teilchengröße von 5 mm oder weniger ist am unteren Ende der Anlage installiert.
In den Sandherstellungseinheiten der Zerkleinerungsanlage werden Zerkleinerungsprodukte mit Wasser zur Entfernung von abgelagertem Schlamm und Feinteilchen mit dem Ziel der Verbesserung der Qualität der Produkte gewaschen. Insbesondere der Gehalt von solchen Feinsandteilchen von 75 μm oder weniger, die in den Produkten enthalten sind, ist für Feinaggregate für Beton (zerkleinerter Sand) beschränkt, so dass zerkleinerte Produkte unter 5 mm Größe mit Wasser zur Entfernung solcher Feinteilchen bei der Herstellung der Feinaggregate gewaschen werden. Das Abwasser von solchen Waschprozessen enthält 5 bis 10 Gew.-% Schlamm und/oder eine Trübe mit einer Teilchengröße von ungefähr 75 μm oder weniger, welche als so genanntes „Abwasser" bezeichnet wird. Das Abwasser wird in einem Abwasserbehandlungsprozess mit den Entwässerungsmaschinen wie etwa Filterpressen und Sedimentationsbehältern behandelt. Die sich in einem Verdicker absetzende Trübe wird entwässert, um einen Schlammkuchen zu ergeben, welcher eine Siliziumoxid-haltige nasse Schlammtrübe ist. Eine solche durch die Behandlung von Abwasser erzeugte Schlammtrübe wird als „Abwasserkuchen" bezeichnet. Zum Beispiel liegt die Erzeugung von Abwasserkuchen gewöhnlicher Weise bei ungefähr 10 Gew.-%, basierend auf der Erzeugung der Feinaggregate für Beton.
Da der Schlammkuchen als industrieller Abfall angesehen wird, wurde seine Verwendung weit verbreitet hinsichtlich des Umweltschutzes untersucht. Jedoch ist die herkömmliche Verwendungsmethode eines solchen Schlammkuchens das Vermischen mit Schnellkalk oder Zement, um ein Rohmaterial wie etwa ein Rückfüllmaterial und Wallmaterial herzustellen. Da die Festigkeit (uniaxiale Kompressionsfestigkeit) von so erhaltenen Produkten 10 kg/cm² oder geringer ist, ist die Anzahl an anwendbaren Einsatzmöglichkeiten sehr klein, z.B. als Konstruktionsmaterial mit geringer Festigkeit für das Rückfüllen und/oder für einen Wall. Es gibt weder eine kontinuierliche noch eine große Nachfrage danach, noch wird erwartet, dass sie in weiten Baubereichen eingesetzt werden. Deshalb sollte ein neues Verfahren zur Erzeugung eines Materials mit praktischer Anwendung aus einer solchen Schlammtrübe entwickelt werden.
Dann werden Feinpulver (trockene Feinpulver) erläutert, welche ebenso Nebenprodukte sind. Sandproduktionseinheiten von Zerkleinerungsanlagen schließen manchmal einen Trockenklassifizierer wie etwa einen Luftseparator zur Trennung der zerkleinerten Produkten von 5 mm oder weniger und zur Entfernung der Teilchen von 75 μm oder weniger für die Erzeugung von Feinaggregaten für Beton mit ein. In Sandproduktionseinheiten werden solche Teilchen von 75 μm oder weniger hauptsächlich als Nebenprodukte der Trennung erzeugt. Wenn Feinaggregate für Beton erzeugt werden, wird Feinpulver in ungefähr 10 Gew.-%, basierend auf der Produktion der Feinaggregate, erzeugt. Ferner wird im Allgemeinen Feinpulver in der Zerkleinerungsanlage gesammelt, um die Luftverschmutzung, welche als Abfall angesehen wird, zu verhindern.
Obwohl eine Anwendung des Feinpulvers in einer Komponente von hochfließfähigem Beton entwickelt wurde, ist der Bedarf ebenso klein. Ferner werden Abwasserkuchen und Feinpulver ebenso als Nebenprodukte in so genannten Kieswerken erzeugt, welche die Zerkleinerungsprodukte von Steinen und Felsen aus Flüssen als Ausgangsmaterialien erzeugen, und werden momentan nicht als zweckmäßige Rohstoffquellen verwendet.
Zusätzlich wird eine Siliziumoxid-haltige Trübe ebenso bei der Abwasserbehandlung von Baggern und der Behandlung im Baugewerbe erzeugt. So hat das Abwasser einen hohen Wassergehalt und enthält Verschmutzungen, Sand und Feinteilchen, die durch Ausbaggern von Seen, Flüssen und Dämmen erzeugt wurden. Steine oder Sand mit großer, mittlerer und kleiner Größe werden von dem Abwasser abgetrennt. Ein so erhaltenes Abwasser wird ferner zur Entfernung der Feinteilchen behandelt, um Abwasserkuchen zu erzeugen. Die Bautrübe wird, wie wohl bekannt ist, während dem Arbeiten im Tief- und Hochbau wie etwa kontinuierlichen Grundaufschlämmungs-Wallverfahren, Aufschlämmungs-Abschirmverfahren und Jetmischverfahren, erzeugt und besteht aus verschieden großen Steinen, Sand und Feinteilchen mit einem hohen Wassergehalt.
Da die meisten dieser Trüben weitgehend nicht verwendet worden sind, wird Wasser von Ausbaggerbehandlungen oder eine Trübe vom Bau kaum in Schlammkuchen (eine Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe) für die Reduktion des Volumens weiter verarbeitet, so dass es einen starken Bedarf zur Entwicklung eines zweckmäßigen Verfahrens zur Verwendung von diesen und zur Reduzierung des Volumens der Abfalltrübe hinsichtlich des Gesichtspunkts des Umweltschutzes gibt.
Die US-A-4,941,772; US-A-5,434,333; GB-A-1 534 727 und GB-A-1 463 477 beschreiben Verfahren zur Behandlung von im Wesentlichen wasserfreien Stäuben, die Siliziumoxid als Additiv oder Bindemittel umfassen, um Abfälle von verschiedenen Industrieanlagen zu behandeln.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Hinsichtlich des Vorstehenden beabsichtigt die Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches zur Behandlung verschiedener Sorten von Siliziumoxid-haltigen Schlammtrüben und Schlammkuchen (Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe) fertig ist, und zwar bezüglich Siliziumoxid-haltigen Schlammtrüben wie etwa einer Trübe, die vom Bau, aus einer Abwasserbehandlung von ausgebaggertem Schlamm, aus einer Abwasserbehandlung von Zerkleinerungsanlagen (einschließlich Kieswerken) und Feinpulvern, die in Zerkleinerungsanlagen erzeugt werden, stammt, und die zum Erhalten von verfestigten Produkten mit ausgezeichneter Festigkeit und geringer Wasserabsorption fähig sind, welche in beiden Anwendungsgebieten einsetzbar sind und bei welchen es eine große Nachfrage gibt, z.B. Feinaggregaten für Beton und Straßengrundmaterial, sowie zur Reduzierung des Volumens von Abwassertrüben und Schlamm.
Zur Erzielung der vorhergehenden Aufgabe stellt die Erfindung die folgenden Mittel bereit. Hierin nachstehend sind die Angaben für den Wassergehalt und die Wasserabsorption in „Gew.-%" ausgedrückt, welches vereinfacht als „%" bezeichnet wird.
Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe vor, welche die folgenden Schritte umfasst: einen Mischschritt, in dem die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe mit einer Calciumverbindung zur Erzeugung eines homogenen schlammartigen Rohmaterials mit einem nicht gemischten Verhältnis (ungemischter Anteil) von 6% oder weniger vermischt wird, und einen hydrothermischen Verfestigungsschritt, in dem das schlammartige Rohmaterial unter hydrothermischen Bedingungen behandelt wird, um verfestigte Produkte zu erhalten (das erste Verfahren zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe).
Ferner sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe vor, welches die folgenden Schritte umfasst: einen Mischschritt, in dem die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe mit einer Calciumverbindung zur Erzeugung eines homogenen schlammartigen Rohmaterials mit einem nicht gemischten Verhältnis (ungemischter Anteil) von 6% oder weniger vermischt wird, einen Granulationsschritt, in dem das schlammartige Rohmaterial granuliert wird, und einen hydrothermischen Verfestigungsschritt, in dem das granulierte schlammartige Rohmaterial unter hydrothermischen Bedingungen behandelt wird, um verfestigte Produkte zu erhalten (das zweite Verfahren zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe).
Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass ein Wassergehaltsteuerungsschritt mit dem Mischschritt kombiniert wird, um das schlammartige Rohmaterial mit einem Wassergehalt von 5 bis 35 Gew.-% zu erhalten (das dritte Verfahren zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe).
In dieser Erfindung ist es notwendig, dass die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe homogen mit der Calciumverbindung in dem Mischschritt vermischt wird, um das homogene schlammartige Rohmaterial zu erzeugen. Es ist erwünscht, dass der Mischschritt derart durchgeführt wird, dass der kreisäquivalente Durchmesser eines jeden Bereichs der Schlammtrübe, welcher nicht mit der Calciumverbindung vermischt ist (nicht vermischte Bereiche) im Querschnitt einer gepackten Probe des schlammartigen Rohmaterials 2 mm oder kleiner sein sollte.
Der Mischschritt wird derart durchgeführt, dass das nicht vermischte Verhältnis (ungemischter Anteil) 6% oder weniger ist. Das nicht vermischte Verhältnis ist hierin definiert als das Verhältnis der Gesamtfläche eines jeden der nicht vermischten Bereiche zu der Querschnittsfläche, welche Lückenbereiche auf dem Querschnitt der gepackten Probe des schlammartigen Rohmaterials ausschließt. In dem Mischschritt kann ein Hochgeschwindigkeits-Durchflussmischer vom Rückflusstyp zweckmäßiger Weise eingesetzt werden.
Ferner kann erfindungsgemäß der Mischschritt ebenso einen Wassergehalts-Steuerungsschritt mit einschließen, welcher wenigstens eine der folgenden Einrichtungen mit einschließt: eine Trocknungsmaschine, eine Ausstattung (Equipment) zur Sonnentrocknung, eine Ausstattung zur Vermischung des Feinpulvers (trockenes Feinpulver) der Wasserzugabeausstattungen.
Ferner kann die Abwärme, die in dem hydrothermischen Verfestigungsschritt erzeugt wird, für die vorstehende Trocknungsausstattung als Wärmequelle eingesetzt werden. Die Erfindung schließt ebenso ein Verfahren zur Erzeugung eines so genannten „verbesserten Bodens" aus der vorstehend beschriebenen Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe mit ein. Der „verbesserte Boden" wird im Allgemeinen durch Vermischen der Schlammtrübe mit einer Calciumverbindung wie etwa Kalk oder Zement zur Steigerung von dessen Festigkeit und zur Absenkung des Wassergehalts erzeugt. Der „verbesserte Boden" gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine gleichförmige und homogene Erscheinungsform, wobei der kreisäquivalente Durchmesser eines nicht gemischten Bereichs bei 2 mm oder weniger auf dem Querschnitt der gepackten Probe des schlammartigen Rohmaterials liegt.
Ferner ist der „verbesserte Boden" das schlammartige Rohmaterial, in welchem eine Siliziumoxid-haltige Trübe und eine Calciumverbindung gleichförmig und homogen vermischt sind, wobei das nicht gemischte Verhältnis 6% oder weniger ist und das nicht vermischte Verhältnis als ein Verhältnis der Fläche der nicht vermischten Bereiche zu der Gesamtquerschnittsfläche aus den Lückenbereichen des Querschnitts der gepackten Probe des „verbesserten Bodens", ist.
Für das Verfahren zur Behandlung von Siliziumoxidhaltiger Schlammtrübe gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es vorstehend beschrieben ist, kann das Ausgangsmaterial aus den folgenden Siliziumoxid-haltigen Schlammtrüben ausgewählt sein: eine Trübe vom Bau, aus der Abwasserbehandlung von Ausbaggeranlagen und Zerkleinerungsanlage gewonnener Schlammkuchen und/oder in Zerkleinerungsanlagen gesammelte Feinpulver.
Das erste und das zweite, in dieser Erfindung beschriebene Behandlungsverfahren werden für Siliziumoxid-haltige Schlammtrüben angewendet, welche einen Wassergehalt innerhalb eines geeigneten Bereichs haben und für welche keine Ausstattung für eine Wassergehaltssteuerung notwendig ist. Deshalb werden das erste und das zweite Behandlungsverfahren derart durchgeführt: eine Calciumverbindung wird als erstes mit dem Schlammkuchen vermischt, um ein schlammartiges Rohmaterial herzustellen (Mischschritt). Die Calciumverbindung kann aus Calciumoxid (Schnellkalk, „qick lime"), Calciumhydroxid (Kalkmilch) und Zement ausgewählt werden.
Das schlammartige Rohmaterial wird vor dem hydrothermischen Verfestigungsschritt für die zweite Behandlungsmethode auf den gewünschten Durchmesserbereich granuliert. Die Calciumverbindung wird zu dem Schlammkuchen derart hinzugegeben, um Calciumsilikate wie etwa Tobermolit (5CaO·6SiO₂·5H₂O) während des nachstehend beschriebenen hydrothermischen Verfestigungsschritts zu synthetisieren. Da das Atomverhältnis von Ca zu Si (Ca/Si) in Tobermolit 5/6 ist, sollte die Menge der zu der Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe hinzuzugebenden Calciumverbindung weniger als 5/6 sein. Eine übermäßige Zugabe der Calciumverbindung ist überflüssig und verschwenderisch. Ferner liegt der Wassergehalt des schlammartigen Rohmaterials bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 5 bis 35%, wie nachstehend beschrieben wird, und zwar hinsichtlich der Granuliereigenschaften des schlammartigen Rohmaterials. Wenn der Wassergehalt der Beimischung, d.h. des schlammartigen Rohmaterials, dem vorstehenden Bereich genügt, ist eine weitere Steuerung des Wassergehalts des Ausgangsmaterials nicht notwendig.
Erfindungsgemäß kann der Mischschritt derart durchgeführt werden, dass sowohl die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe als auch die Calciumverbindung homogen vermischt werden, um den Bedingungen des Durchmessers und des nicht gemischten Verhältnisses wie vorstehend beschrieben zu genügen. Ein Mischverfahren zur Realisierung solcher Bedingungen ist die Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers, obwohl die Rührgeschwindigkeit (die Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts) nicht allgemein definiert werden kann, weil sie vom Wassergehalt und der Viskosität der zu behandelnden Trübe abhängt. Jedoch ist ein Beispiel der Mischbedingungen folgendermaßen, wie in dem Kapitel „Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung" beschrieben ist: die Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts ist 4 bis 5 mal schneller als die gewöhnliche, die zur Erzeugung des verbesserten Bodens aus dem Bauschlamm oder dem herausgebaggerten Boden mit dem Ziel der Reduzierung des Wassergehalts der Trübe, der Verringerung der Fließfähigkeit der Trübe und der Verbesserung der Granulationseigenschaften der Trübe eingesetzt wird. Genauer gesagt kann ein Hochgeschwindigkeitsmischer vom vertikalen Blatttyp mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 1250 bis 3000 U/min erfindungsgemäß eingesetzt werden. Das bevorzugte Beispiel des Typs ist eine Mischung vom Drehkesseltyp, in dem ein horizontal rotierender Kessel vorhanden ist und welcher mit einem Hochgeschwindigkeitsmischblatt ausgestattet ist, deren vertikale Achse sich in Gegenrichtung im Vergleich zur Drehrichtung des Kessels dreht. Und das Beispiel des Mischers, welcher erfindungsgemäß angepasst ist, ist einer vom Spiraltyp, bei welchem die Blätter mit 200 bis 500 U/min rotieren und bei welchem sich die Blattachse um die Mitte des Kessels mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1/2 der Drehgeschwindigkeit des Blattes dreht.
Ein bevorzugter Grad des gleichförmigen Mischens ist derart, dass ein kreisäquivalenter Durchmesser des nicht gemischten Bereichs 2 mm oder kleiner im Querschnitt der gepackten Probe des schlammartigen Rohmaterials ist, welches durch Mischen von Siliziumoxid-haltiger Schlammtrübe und einer Calciumverbindung erhalten wird.
Ein Beispiel der Herstellung der gepackten Probe für das schlammartige Rohmaterial basiert auf den Standards der The Soil Engineering Society, d.h. das schlammartige Rohmaterial wird in eine Form mit 50 mm Durchmesser × 100 mm Länge zugeführt und mit einem Verdichtungsgewicht für mehrere Male verdichtet. Die verdichtete Probe wird aus der Form herausgenommen und in Längsrichtung in vier Stücke geschnitten, um die geschnittenen Oberflächen, auf welchen die nicht gemischten Bereiche beobachtbar sind, zu erhalten. Die Anzahl und die Fläche der nicht gemischten Bereiche wird für jede der vorstehenden Schnittoberflächen gemessen und aufsummiert. Der Durchmesser Di eines jeden nicht gemischten Bereichs wird von seiner Fläche unter der Annahme, dass jede Gestalt rund ist, berechnet. Die Fläche der Lückenbereiche, welche durch Fluktuation der Verdichtungsprozedur erzeugt wurden, wird von der Berechnung herausgenommen.
Die hydrothermischen Verfestigungsprodukte mit hoher Festigkeit und mit hoher Qualität können aus dem schlammartigen Rohmaterial erhalten werden, welches die nicht gemischten Bereiche mit einem Durchmesser Di von größer als 2 mm mit einschließt. Andererseits zeigen unter den Bedingungen für den Mischschritt, in welchem Di 2 mm übersteigt, die resultierenden hydrothermischen Verfestigungsprodukte eine geringe Festigkeit und eine geringe Qualität.
Ferner kann der Grad der gleichförmigen Vermischung des schlammartigen Rohmaterials, das durch Vermischen des Schlammkuchens und der Calciumverbindung erhalten wird, durch das nicht gemischte Verhältnis dargestellt werden. Das nicht gemischte Verhältnis ist das Verhältnis der Gesamtfläche der nicht gemischten Bereiche, die auf den Schnittoberflächen der gepackten Probe des vorstehend hergestellten schlammartigen Rohmaterials beobachtbar sind, und zwar unter der Annahme, dass die Fläche der nicht gemischten Bereiche Sb die Summation der nicht gemischten Bereiche mit einem kreisäquivalenten Durchmesser Di von größer als 0,5 mm sein sollten. Das nicht gemischte Verhältnis wird als 100 × Sb/Sa [%] berechnet, wobei Sa die Gesamtfläche der Schnittflächen ausschließlich der Lückenfläche ist. Das Verhältnis von 100 × Sb/Sa wird für jede der wie vorstehend hergestellten Schnittflächen berechnet. Die so erhaltenen drei Mischungsverhältnisse werden Bemittelt und als nicht gemischtes Verhältnis (ungemischter Anteil) für die gepackte Probe definiert. In dem Mischschritt gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Mischbedingungen bevorzugt derart ausgewählt, dass das nicht gemischte Verhältnis 6% oder weniger ist. Das schlammartige Rohmaterial mit einem nicht gemischten Verhältnis von 6% oder weniger wird hydrothermische Verfestigungsprodukte mit hoher Festigkeit und hoher Qualität ergeben. Der Mischschritt wird weiter bevorzugt unter den Mischbedingungen an dem nicht gemischten Verhältnis von 3% oder weniger durchgeführt. Es ist bevorzugt, dass der nicht gemischte Bereich als ein Bereich mit einem kreisäquivalenten Durchmesser Di von 0,5 mm oder mehr definiert ist, weil solche mit einem kreisäquivalenten Durchmesser Di von weniger als 0,5 mm kaum Effekte hinsichtlich der Qualität der hydrothermischen Verfestigungsprodukte ergeben.
Ferner ist die verbesserte Eigenschaft des schlammartigen Rohmaterials, die erfindungsgemäß erzielt wird, die, dass das gleichförmig vermischte schlammartige Rohmaterial weder fluidisiert noch wieder aufgeschlämmt wird, selbst wenn es mit Regen oder Wasser benetzt wird, und kann als Straßengrundmaterial und Rückfüllmaterial eingesetzt werden. Das heißt, das schlammartige Rohmaterial, dessen kreisäquivalenter Durchmesser Di für jeden der nicht gemischten Bereiche 2 mm oder weniger ist, kann als Straßengrundmaterial und Rückfüllmaterial verwendet werden, welche nicht an einer Fluidisierung oder einer Wiederaufschlämmung leiden, und zwar ohne eine hydrothermische Behandlung auszuüben. Ferner kann das schlammartige Rohmaterial mit einem Durchmesser von weniger als 0,5 mm zweckmäßiger Weise für diesen Zweck verwendet werden, da das Wiederaufschlämmungsverhältnis, welches später erläutert wird, auf 5% oder darunter reduziert werden. Auf die gleiche Art und Weise kann das Wiederaufschlämmungsverhältnis 10% oder weniger sein, wenn das schlammartige Rohmaterial derart hergestellt wird, dass es ein nicht gemischtes Verhältnis von 6% oder weniger aufweist, und es kann zweckmäßiger Weise als Straßengrundmaterial und Rückfüllmaterial eingesetzt werden. Weiterhin kann das schlammartige Rohmaterial mit einem nicht gemischten Verhältnis von 3% oder weniger ein Wiederaufschlämmungsverhältnis von 5% oder weniger haben und kann noch zweckmäßiger als Straßengrundmaterial und Rückfüllmaterial verwendet werden. Falls das schlammartige Rohmaterial als das Straßengrundmaterial und das Rückfüllmaterial eingesetzt wird, ist es bevorzugt, dass das Material vor dem Einsatz zur Förderung der Reaktion zwischen der Trübe und der Calciumverbindung wie etwa Schnellkalk ausgehärtet wird. Die Aushärtezeit kann nicht allgemein bestimmt werden, da sie in Abhängigkeit der Eigenschaften der Trübe schwankt, aber es wird bevorzugt über ungefähr eine Stunde ausgehärtet.
In dem zweiten Behandlungsverfahren ist ein Granulationsschritt vor dem hydrothermischen Verfestigungsschritt angeordnet. Die Bedingungen der Granulierung und der Typ des Granulators variieren in Abhängigkeit des Wassergehalts und der Granulationseigenschaften der zu behandelnden Trübe. Das schlammartige Rohmaterial wird in diesem Schritt granuliert und dann einer hydrothermischen Behandlung unterzogen. Ein Hochgeschwindigkeitsmischer, der mit einem horizontalen Blatt ausgestattet ist, ist einer der bevorzugten Granulatoren, wenn er mit ungefähr 500 bis 800 U/min Blattrotation während der Granulierung arbeitet. Dann können feine Granulationsprodukte mit verbesserter Verdichtung und reduziertem Lückenverhältnis erhalten werden.
Falls erfindungsgemäß ferner ein Mischer mit variabler Geschwindigkeitsrotation eingesetzt wird, kann der Mischschritt und der Granulationsschritt ohne Unterbrechung durch Änderung der Rotationsgeschwindigkeit des Blattes durchgeführt werden. Ein Set aus einem Hochgeschwindigkeitsmischer und einem Niedergeschwindigkeitsgranulator kann ebenso für dieses Verfahren der Behandlung eingesetzt werden.
Ferner können blockartige Formungsprodukte durch Anordnung eines Pressformschrittes vor dem hydrothermischen Schritt erhalten werden, wodurch ein Block mit hoher Festigkeit aus der hydrothermischen Behandlung des in eine Form gepressten schlammartigen Rohmaterials erhalten werden kann.
Das so erhaltene schlammartige Rohmaterial, das granulierte schlammartige Rohmaterial oder das in eine Form gepresste schlammartige Rohmaterial wird in einem Autoklaven unter der hydrothermischen Bedingung behandelt (hydrothermischer Verfestigungsschritt). SiO₂ und CaO in dem schlammartigen Rohmaterial reagieren unter Erzeugung von Calciumsilikaten unter den hydrothermischen Bedingungen. Als Folge verbinden sich die feinen Teilchen in der Ausgangstrübe miteinander, um die verfestigten Produkte mit kleinem Lückenverhältnis zu erzeugen. Es ist bevorzugt, die hydrothermische Behandlung bei ungefähr 130 bis 300°C zu betreiben, um Tobermolit zu synthetisieren, welcher eine relativ hohe Festigkeit unter den Calciumsilikatkristallen aufweist. Deshalb liegen die Bedingungen für die hydrothermische Behandlung bevorzugt bei 130 bis 300°C Reaktionstemperatur (Autoklaventemperatur) zusammen mit gesättigtem Druck und 1 bis 24 Stunden Reaktionszeit. Typische Bedingungen sind 180°C Temperatur und 5 Stunden Zeit. Der Reaktionstemperaturbereich, in welchem das Kristallwachstum von Tobermolit effektiv gefördert werden kann, liegt von 130 bis 300°C, wobei höhere Temperaturen die Reaktionsrate in diesem Temperaturbereich beschleunigen und die Reaktionszeit hinsichtlich der Produkte mit ähnlichen Eigenschaften und ähnlicher Qualität verkürzen.
Das dritte Verfahren der Behandlung von Siliziumoxid-haltigen Schlammtrüben gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die Schritte der Steuerung des Wassergehalts der Trübe mit ein, wenn sein Wassergehalt nicht für den Mischschritt, den Granulationsschritt oder die hydrothermische Behandlung geeignet ist. Der Unterschied dieses Verfahrens zu dem ersten oder zweiten Behandlungsverfahren ist der, dass der Wassergehalt-Steuerungsschritt in diesem Verfahren mit eingeschlossen ist, wobei andere Schritte wie etwa der Granulationsschritt oder der hydrothermische Verfestigungsschritt für diese drei Verfahren gemein sind.
Wenn der Wassergehalt des schlammartigen Rohmaterials größer als 35% ist, ist das schlammartige Rohmaterial zu weich und schwach, um granuliert werden zu können, so dass die hydrothermischen Verfestigungsprodukte keine ausgezeichnete Festigkeit aufweisen. Andererseits ist, wenn der Wassergehalt geringer als 5% ist, die Kompaktheit (Verdichtung) des schlammartigen Rohmaterials gering, was zu einer geringen Festigkeit der hydrothermischen Verfestigungsprodukte führt, wobei keine verfestigten Produkte erhalten werden können. Die so erhaltenen Produkte können z.B. nicht als Feinaggregate für Beton oder Straßengrundmaterial eingesetzt werden, welche einen breiten Anwendungsbereich haben und für welche eine große Nachfrage besteht.
Demgemäß gilt, dass wenn der Wassergehalt des schlammartigen Rohmaterials außerhalb des Bereichs von 5 bis 35% liegt, der Wassergehalt der Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe in dem Wassergehalt-Steuerungs-/Mischschritt derart eingestellt werden sollte, dass er dem Bereich genügt. Der Wassergehalt wird wenigstens durch einen der folgenden Schritte eingestellt: (a) einen Entwässerungsschritt zur Steuerung des Wassergehalts durch eine Entwässerungsvorrichtung, (b) einen Trocknungsschritt zur Steuerung des Wassergehalts mittels eines Trockners, (c) einen Wassergehalt-Adsorptionsschritt zur Steuerung des Wassergehalts durch Addition von Feinpulvern (Feinpulverzugabeschritt), (d) einen Sonnentrocknungsschritt zur Steuerung des Wassergehalts durch Trocknung an der Sonne und (e) einen Wasserzugabeschritt zur Steuerung des Wassergehalts mittels Zugabe von Wasser.
Dieses vorstehende Verfahren (c) mittels Zugabe von Feinpulver schafft den Vorteil zur Kosteneinsparung für die Steuerung des Wassergehalts der Siliziumoxid-haltigen Trübe durch Verwendung des Feinpulvers, wenn es in der gleichen Zerkleinerungsanlage erzeugt wird. Die Wassergehaltssteuerungsschritte (a) bis (e) können geeigneter Weise in Abhängigkeit des Wassergehalts der Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe und der in der Zerkleinerungsanlage eingesetzten Einheit ausgewählt werden. Zusätzlich kann die Abfolge der Steuerung des Wassergehalts vor oder nach der Zugabe des Calciumprodukts geeigneter Weise festgelegt werden. Das schlammartige Rohmaterial, von dem der Wassergehalt innerhalb des festgesetzten Bereichs eingestellt wird, wird somit hergestellt und anschließend dem gleichen Granulationsschritt (nur in dem ersten Behandlungsverfahren) und hydrothermischem Verfestigungsschritt wie in dem ersten und zweiten Behandlungsverfahren unterzogen.
Gemäß dem dritten Verfahren zur Behandlung der Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß der vorliegenden Erfindung können verfestigte Produkte mit ausgezeichneter Festigkeit und geringer Wasserabsorption mit einer spezifischen Dichte von 1,5 oder mehr und einer Wasserabsorption von 25% oder weniger durch Behandlung der Siliziumoxid-haltigen Trübe erhalten werden, und die verfestigten Produkte können als Bau/Tiefbaukonstruktionsmaterial wie etwa Feinaggregate für Beton und Straßengrundmaterial eingesetzt werden, welche eine kontinuierlich große Nachfrage haben, und Abfall kann reduziert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Flussdiagramm, welches eine Ausführungsform des ersten Verfahrens zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt;
2 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform für ein zweites Verfahren zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, welches eine weitere Ausführungsform für das zweite Verfahren zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm, welches eine weitere Ausführungsform für das zweite Verfahren zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, welches eine weitere Ausführungsform für das zweite Verfahren zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm, welches eine weitere Ausführungsform für das zweite Verfahren zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm zur Erklärung einer Ausführungsform für das erste Verfahren unter Verwendung von Zerkleinerungsnebenprodukten gemäß dieser Erfindung;
8 ist ein Flussdiagramm zur Erklärung einer Ausführungsform für das erste Verfahren unter Verwendung von Zerkleinerungsnebenprodukten gemäß dieser Erfindung;
9 ist ein Flussdiagramm zur Erklärung einer Ausführungsform für das zweite Verfahren zur Verwendung von Zerkleinerungsnebenprodukten gemäß dieser Erfindung;
10 ist ein Flussdiagramm zur Erklärung einer weiteren Ausführungsform für das dritte Verfahren zur Verwendung von Zerkleinerungsnebenprodukten gemäß dieser Erfindung;
11 ist eine Ansicht, welche den schematischen Aufbau eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom Rückflusstyp zeigt;
12 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Festigkeit der verfestigten Produkte und die Zugabemenqe der Calciumverbindung in Beispiel 1 und Beispiel 2 angibt;
13 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Festigkeit der Verfestigungsprodukte und dem Wassergehalt des schlammartigen Rohmaterials angibt;
14 ist ein Flussdiagramm, welches die Abfolge für ein Verfahren zur Herstellung von schlammartigem Rohmaterial zeigt;
15 ist ein Flussdiagramm, welches eine weitere Abfolge für ein Verfahren zur Herstellung von schlammartigem Rohmaterial zeigt; und
16 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem nicht vermischten Verhältnis und dem wiederaufgeschlämmten Verhältnis angibt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. 1 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des zweiten Verfahrens zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt.
Das zweite Behandlungsverfahren gemäß dieser Erfindung wurde gemäß den in 1 gezeigten Schritten ausgeführt. Die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe als dem zu behandelnden Objekt schließt, wie vorstehend erläutert, Schlammkuchen, erzeugt durch eine Verdickungs/Entwässerungs-Behandlung für entweder eine aus dem Bau resultierenden Trübe oder den Filterkuchen von Abwasser, das aus einer Behandlung einer ausgebaggerten Schlamm oder aus Zerkleinerungsanlagen stammt, oder den Schlammfilterkuchen, erzeugt in dem wässrigen Feinpulverabschnitt einer Zerkleinerungsanlage, mit ein. Wenn dieser zugeführte Filterkuchen einer Trübe einen Wassergehalt hat, der in einem Bereich von 5 bis 35% nach Zugabe der Calciumverbindung liegt, ist es nicht notwendig, seinen Wassergehalt einzustellen. In diesem Beispiel war die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe ein Schlammfilterkuchen, erzeugt in der Abwasserbehandlung von Zerkleinerungsanlagen (Abwasserfilterkuchen).
Dann wird, wie in 1 gezeigt ist, die Calciumverbindung zu dem Schlammkuchen zugemischt, um ein schlammartiges Rohmaterial zu erzeugen (Mischschritt S1A). In diesem Beispiel wurde das Feinpulver aus Calciumoxid als die Calciumverbindung hinzugegeben und derart vermischt, dass das Gewichtsverhältnis von Ca zu Si (Ca/Si) 1/4 betrug. In diesem Beispiel wurde der vorstehend erläuterte Hochgeschwindigkeitsmischer vom vertikalen Blatttyp für das Vermischen eingesetzt und der Wassergehalt des schlammartigen Rohmaterials betrug 25%.
Dann wurde das schlammartige Rohmaterial granuliert, um Granulationsprodukte zu erhalten (Granulationsschritt S1B). Der Hochgeschwindigkeitsmischer vom Vertikalen Blatttyp wurde ebenso für die Granulierung eingesetzt. Das heißt, dass das Mischen und Granulieren mit dem identischen Hochgeschwindigkeitsmischer durchgeführt wurde. In dieser Ausführungsform wurde die Umdrehungszahl der Mischblätter innerhalb eines Bereichs von 1300 bis 2500 U/min während des Mischens eingestellt und wurde innerhalb eines Bereichs von 400 bis 800 U/min während der Granulierung eingestellt. Die unter den Prozessbedingungen hergestellten Granulatprodukte hatten eine Teilchengröße (Durchmesser) im Bereich von ungefähr 1 bis 10 mm und waren fein verdichtet (compacted), so dass die Teilchen in den Körnern stark aneinander gebunden waren und die Lücken innerhalb der Körner klein wurden.
Dann wurden die Granulatprodukte durch hydrothermische Reaktion unter Verwendung eines Reaktionskessels verfestigt (hydrothermischer Verfestigungsschritt S1C). die Bedingungen für die hydrothermische Behandlung lagen bei 180°C Reaktionstemperatur mit dem Dampf bei gesättigtem Druck und 5 Stunden Reaktionszeit. Als Ergebnis reagierten SiO₂ und CaO in dem Granulatprodukt, um Tobermolit zu bilden und Verfestigungsprodukte zu erzeugen in welchen Teilchen stark miteinander verbunden waren und welche ein kleines Lückenverhältnis aufwiesen, wobei die Verfestigungsprodukte ein spezifisches Gewicht von 1,5 oder mehr (1,50 bis 1,95) und eine Wasserabsorption von 25% oder weniger (10,0 bis 24,4%) aufwiesen.
Wenn die so erhaltenen künstlichen Aggregate mit den Feinaggregaten, die aus dem zerkleinerten Sand erzeugt wurden, vermischt wurden, genügte die Mischung dem JIS (Japan Industrial Standard) mit einem spezifischen Gewicht von mehr als 2,5 und einer Wasserabsorption von weniger als 3% (JIS A5005/1995) und kann als die Feinaggregate für das Baugewerbe eingesetzt werden. Ferner können die granularen Verfestigungsprodukte für das Straßengrundmaterial und das Rückfüllmaterial eingesetzt werden.
2 ist ein Flussdiagramm, welches eine Ausführungsform des dritten Behandlungsverfahrens einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt. Das dritte Verfahren zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe wird angewendet, wenn die zugeführte Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe (Schlammkuchen) nicht einen geeigneten Wassergehalt aufweist und der Wassergehalt bei der Herstellung des schlammartigen Rohmaterials eingestellt werden muss.
In 2 wurde die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe durch die Abwasserbehandlung einer Zerkleinerungsanlage (Abwasserfilterkuchen) erzeugt. Da der Wassergehalt der zugeführten Trübe zu hoch war, wurden die aus der Zerkleinerungsanlage erhaltenen Feinpulver zu der Trübe zur Einstellung des Wassergehalts hinzugegeben (Wasserabsorptionsschritt S2A1). In diesem Fall wurde das Feinpulver derart hinzugegeben, dass der Wassergehalt des schlammartigen Rohmaterials auf 5 bis 35% eingestellt wurde, und zwar unter Berücksichtigung der Zugabe der Calciumverbindungen im nächsten Schritt.
Dann wurde der so erhaltene Schlammkuchen mit einer Calciumverbindung unter Herstellen eines schlammartigen Rohmaterials vermischt (Mischschritt S2A2). In diesem Beispiel wurde das Feinpulver aus Calciumoxid derart vermischt, dass das Gewichtsverhältnis von Ca zu Si (Ca/Si) 1/4 in dem schlammartigen Rohmaterial betrug und der Wassergehalt des erhaltenen schlammartigen Rohmaterials ungefähr 25% betrug. Ein Hochgeschwindigkeitsmischer vom vertikalen Blatttyp wurde zum Mischen eingesetzt. Natürlich können, wie durch die gestrichelte Linie in 2 gezeigt, die Trübe, die Feinpulver und das Calciumoxid alle zusammen unter Herstellung des schlammartigen Rohmaterials vermischt werden. Die Wassergehalts-Steuerungsschritte in diesem Beispiel bestanden aus S2A1 und S2A2, um das schlammartige Rohmaterial mit einem Wassergehalt im Bereich von 5 bis 35% herzustellen.
Dann wurden Granulatprodukte aus dem schlammartigen Rohmaterial unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp (Granulationsschritt S2B) erhalten. Das heißt, ein identischer Hochgeschwindigkeitsmischer vom vertikalen Blatttyp wurde sowohl für das Vermischen und für die Granulierung unter den Bedingungen einer Rotationsgeschwindigkeit von 1300 bis 2500 U/min während des Mischens und von 400 bis 800 U/min während der Granulierung eingesetzt. Letztendlich wurden verdichtete Granulatprodukte mit einem kleinen Lückenverhältnis mit einem Durchmesser von ungefähr 1 bis 10 mm unter den vorstehenden Bedingungen erhalten.
Dann wurden die Granulatprodukte durch hydrothermische Reaktion in einem Reaktionskessel verfestigt (hydrothermischer Verfestigungsschritt S2C). Die Bedingungen für die hydrothermische Behandlung lagen bei 180°C Reaktionstemperatur mit Dampf bei gesättigtem Druck und 5 Stunden Reaktionszeit. Als Ergebnis verband der aus SiO₂ und CaO erzeugte Tobermolit in den Granulatprodukten die Teilchen in dem schlammartigen Rohmaterial, um verfestigte Produkte mit einem kleinen Lückenverhältnis zu erzeugen, welche ein spezifisches Gewicht von 1,5 oder höher und eine Wasserabsorption von 25% oder niedriger aufwiesen. Die so erhaltenen granularen Verfestigungsprodukte können als Feinaggregate für das Baugewerbe durch Pulverisierung und Klassifizierung eingesetzt werden oder können als Straßengrundmaterial eingesetzt werden.
Ein Trocknungsschritt mittels Sonne kann in dem Wassergehaltssteuerungsschritt S2A1, welcher vorstehend beschrieben ist, angewendet werden.
3 ist ein Flussdiagramm, welches eine weitere Ausführungsform des dritten Verfahrens zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt.
In der 3 ist die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe z.B. ein Schlammfilterkuchen, erzeugt in der Abwasserbehandlung der Zerkleinerungsanlage (Abwasserfilterkuchen). Wenn der Wassergehalt des Schlammfilterkuchens übermäßig hoch ist, wird er als erstes durch eine Entwässerungsapparatur entwässert (Entwässerungsschritt S3A1). Die Bedingungen einer solchen Entwässerungsanlage sollten derart eingestellt werden, dass der Wassergehalt unter Berücksichtigung des Effekts der Wasserabsorption durch die in dem nächsten Mischschritt S3A2 hinzugegebene Calciumverbindung gesteuert wird. So sollte das schlammartige Rohmaterial, das in dem nächsten hydrothermischen Verfestigungsschritt behandelt wird, einen Wassergehalt zwischen 5 bis 35% aufweisen. Das in dem S3A1 Schritt eingesetzte Entwässerungsgerät ist z.B. eine Filterpresse, eine Bandpresse oder ein Trockner.
Eines dieser Entwässerungsgeräte oder eine Kombination von diesen kann für den Schritt S3A1 eingesetzt werden. In dem Beispiel wurde Feinpulver von Calciumoxid unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp derart vermischt, dass das Gewichtsverhältnis von Ca zu Si (Ca/Si) in dem schlammartigen Rohmaterial 1/4 betrug und der Wassergehalt des resultierenden schlammartigen Rohmaterials ungefähr 25% betrug. Der Entwässerungsschritt S3A1 und der Mischschritt S3A2 stellen den Wassergehaltssteuerungs-/Mischschritt S3A für das Erhalten des schlammartigen Materials mit einem Wassergehalt innerhalb eines Bereichs von 5 bis 35% dar.
Dann wurde das schlammartige Rohmaterial durch Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp granuliert (Granulationsschritt S3B), um Granulatprodukte zu erzeugen. In dem Beispiel wurden das Mischen und das Granulieren mittels eines identischen Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp als Schritt S3B durchgeführt, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Mischblattes innerhalb eines Bereichs von 1300 bis 2500 U/min während des Mischens und auf 400 bis 800 U/min während der Granulierung eingestellt wurde. Das Granulatprodukt mit einer Teilchengröße (Durchmesser) im Bereich von 1 bis 10 mm wurde unter den vorstehend beschriebenen Prozessbedingungen hergestellt. Die so erhaltenen Granulatprodukte waren fein verdichtet und hatten ein kleines Lückenverhältnis.
Dann wurden die Granulatprodukte mittels hydrothermischer Reaktion in einem Reaktionskessel verfestigt (hydrothermischer Verfestigungsschritt S3C). Die Bedingungen für die hydrothermische Behandlung waren 180°C Reaktionstemperatur mit Dampf bei gesättigtem Druck und 5 Stunden Reaktionszeit. Dann reagierten SiO₂ und CaO in den Granulatprodukten, um Tobermolit zu erzeugen, was zur Erzeugung der Verfestigungsprodukte mit kleinem Lückenverhältnis resultierte, in welchem Teilchen stark miteinander verbunden waren. Die verfestigten Produkte hatten ein spezifisches Gewicht von 1,5 oder mehr und die Wasserabsorption lag bei 25% oder weniger. Die so erhaltenen granularen Verfestigungsprodukte können als Feinaggregate für das Baugewerbe mittels Pulverisierung und Klassifizierung eingesetzt werden oder können als Konstruktionsmaterial und als Straßengrundmaterial eingesetzt werden.
Die 4 ist ein Flussdiagramm, das eine weitere Ausführungsform des dritten Verfahrens zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt. Da das Behandlungsverfahren nahezu das gleiche wie das in 3 gezeigte, außer der Abfolge des Mischschrittes und des Entwässerungsschrittes, ist, erläutert die folgende Beschreibung zu 4 nur die Schritte, welche von denen in 3 unterschiedlich sind.
Als erstes wird die Calciumverbindung mit der Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe aus einer Zerkleinerungsanlage vermischt (Mischschritt S3A'1). Das Calciumoxidpulver wurde derart hinzugegeben, dass das Gewichtsverhältnis Ca/Si in dem schlammartigen Rohmaterial nach der Entwässerungsbehandlung, die nachstehend beschrieben wird, bei 1/4 lag. Ein Hochgeschwindigkeitsmischer vom vertikalen Blatttyp wurde für das Vermischen eingesetzt. Da die so erhaltene Mischung übermäßigen Wassergehalt als das schlammartige Rohmaterial aufwies, wurde es durch ein Entwässerungsgerät entwässert (Entwässerungsschritt S3A'2), damit es einen Wassergehalt von annähernd 25% aufwies.
Der Mischschritt S3A'1 und der Entwässerungsschritt S3A'2 stellen einen Wassergehaltssteuerungs-/Mischschritt S3A' dar, welcher das schlammartige Rohmaterial mit einem Wassergehalt innerhalb des Bereichs von 5 bis 35% lieferte. Der Entwässerungsschritt S3A'2 ist mit einem der folgenden Entwässerungsanlagen wie etwa einer Filterpresse, einer Bandpresse oder einem Trockner oder der Kombination von diesen aufgebaut. Dann wird der nächste Granulationsschritt S3B mittels eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp in der gleichen Art und Weise wie in 3 gezeigt durchgeführt, und dann wurde ein hydrothermischer Verfestigungsschritt S3C angewandt, um granulare Verfestigungsprodukte mit ausgezeichneter Festigkeit und einer geringen Wasserabsorption unter 25% mit einem spezifischen Gewicht von 1,5 oder mehr zu erhalten. Die so erhaltenen granularen Verfestigungsprodukte können als Feinaggregate für das Baugewerbe durch Pulverisierung und Klassifizierung eingesetzt werden oder können als Konstruktionsmaterial und Straßengrundmaterial eingesetzt werden.
Die 5 ist ein Flussdiagramm, welches eine weitere Ausführungsform des dritten Verfahrens zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt.
In 5 ist die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe z.B. ein Schlammkuchen, erzeugt durch die Abwasserbehandlung in Zerkleinerungsanlagen (Abwasserfilterkuchen). Da der Wassergehalt des so erhaltenen Schlammfilterkuchens übermäßig hoch war, wurde als erstes der Wassergehalt des Schlammfilterkuchens mittels eines Trockners DR gesteuert (Trocknungsschritt S4A1). In diesem Fall sollten die Trocknungsbedingungen für DR unter Berücksichtigung der Reduktion des Wassergehalts in dem nächsten Schritt des Vermischens mit der Calciumverbindung eingestellt werden. Das so erhaltene schlammartige Rohmaterial sollte einen Wassergehalt von 5 bis 35% nach dem Mischschritt S4A2 aufweisen.
Der vorstehend beschriebene Trocknungsschritt S4A1 wendet die Abwärme von dem hydrothermischen Verfestigungsschritt S4C zur Trocknung des Schlammfilterkuchens an. Das heißt, der Trockner DR verwendet die Abwärme des Verbrennungsgases, das aus dem Boiler BO ausgestoßen wird, welcher einen Hochtemperaturdampf zur Aufheizung des Reaktionskessels der hydrothermischen Verfestigung erzeugt. Das Gas wird in den Trockner DR eingeführt, indem der Schlammfilterkuchen erwärmt wird und sein Wassergehalt wird auf den gewünschten Wert eingestellt. In diesem Falle können ein Trockner vom Rührtyp und ein Trommeltrockner z.B. als der Trockner DR eingesetzt werden. Anstelle eines solchen Trocknungsheizsystems unter Verwendung des Abgases kann ein Wärmeaustauschersystem als DR angepasst werden, welches den Hochtemperaturdampf, erzeugt in dem Boiler BO, oder den Niedertemperaturabdampf, der aus dem Autoklaven AC ausgestoßen wird, zur Erwärmung der Trocknungsluft unter Verwendung eines Luft/Dampf-Wärmeaustauschers HE einsetzt. Die so erhaltene Heißluft wird in den Trockner DR zur Einstellung des Wassergehalts des Schlammfilterkuchens eingeführt.
Dann wird der Schlammfilterkuchen mit der Calciumverbindung vermischt, um das schlammartige Rohmaterial zu erzeugen (Mischschritt S4A2). In dieser Ausführungsform wird das Feinpulver aus Calciumoxid mit dem Schlammfilterkuchen unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp zur Erzeugung des schlammartigen Rohmaterials mit dem Gewichtsverhältnis Ca/Si = 1/4 und mit dem Wassergehalt von 25% vermischt. Der Trocknungsschritt S4A1 und der Mischschritt S4A2 bauen einen Wassergehaltssteuerungs-/Mischschritt S4A zum Erhalten des schlammartigen Rohmaterials mit einem Wassergehalt innerhalb eines Bereichs von 5 bis 35% auf. Der Wassergehaltssteuerungs-/Mischschritt S4A kann ebenso eine Kombination der Entwässerungsanlage und der Trocknungsanlage mit einschließen.
Dann wurde das schlammartige Rohmaterial unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp granuliert (Granulationsschritt S4B), um Granulatprodukte zu erzeugen. In dem Schritt S3B wurde eine Vermischung und Granulierung mittels eines identischen Mischers mit Hochgeschwindigkeit vom vertikalen Blatttyp durchgeführt. Die Rotationsgeschwindigkeit des Mischblattes wurde innerhalb eines Bereichs von 1300 bis 2500 U/min während des Mischers und 400 bis 800 U/min während der Granulierung eingestellt. Die Granulatprodukte mit einer Teilchengröße (Durchmesser) im Bereich von 1 bis 10 mm wurden unter den vorstehend erläuterten Prozessbedingungen hergestellt.
Die so erhaltenen Granulatprodukte waren fein verdichtet und hatten ein kleines Lückenverhältnis.
Dann wurden die Granulatprodukte mittels hydrothermischer Reaktion in einem Reaktionskessel verfestigt (hydrothermischer Verfestigungsschritt S4C). Die Bedingungen für die hydrothermische Behandlung lagen bei 180°C Reaktionstemperatur mit Dampf bei Sättigungsdruck und 5 Stunden Reaktionszeit. Dann wurden SiO₂ und CaO in den Granulatprodukten zur Erzeugung von Tobermolit zur Reaktion gebracht, was zur Erzeugung der Verfestigungsprodukte mit kleinem Lückenverhältnis, in welchen die Teilchen miteinander stark verbunden waren, führte. Die Verfestigungsprodukte hatten ein spezifisches Gewicht von 1,5 oder mehr und eine Wasserabsorption von 25% oder weniger. Die so erhaltenen granularen Verfestigungsprodukte können als die Feinaggregate für das Baugewerbe mittels Pulverisierung und Klassifizierung eingesetzt werden oder können als Konstruktionsmaterial und für Straßengrundmaterial eingesetzt werden.
6 ist ein Flussdiagramm, das eine weitere Ausführungsform des dritten Verfahrens zur Behandlung einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe gemäß dieser Erfindung zeigt.
In 6 ist z.B. die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe ein Schlammfilterkuchen, der Feinpulver umfasst, die z.B. aus einer Zerkleinerungsanlage stammen. Da der Wassergehalt des zugeführten Schlammkuchens übermäßig gering war, wurde als erstes der Wassergehalt durch Zugabe von Wasser eingestellt (Wasserzugabeschritt SSA1). In diesem Fall wurde der Wassergehalt unter Berücksichtigung des Effekts der Wasserabsorption durch die Calciumverbindung in dem Mischschritt S5A2 derart eingestellt, dass der Wassergehalt des schlammartigen Rohmaterials innerhalb eines Bereichs von 5 bis 35% lag.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel wurde das Calciumoxid unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp derart vermischt, dass das Gewichtsverhältnis Ca zu Si (Ca/Si) in dem schlammartigen Rohmaterial bei 1/4 lag und der Wassergehalt des resultierenden schlammartigen Rohmaterials ungefähr 25% betrug. Der Wasserzugabeschritt S5A1 und der Mischschritt S5A2 stellen einen Wassergehaltssteuerungs-/Mischschritt S5A für das Erhalten des schlammartigen Rohmaterials mit einem Wassergehalt innerhalb eines Bereichs von 5 bis 35% dar. Natürlich können in dem Wassergehaltssteuerungs-/Mischschritt S5A der Schlammfilterkuchen, das Wasser und die Calciumverbindung zusammen vermischt werden, um das schlammartige Rohmaterial herzustellen.
Dann wurde das schlammartige Rohmaterial unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp granuliert (Granulationsschritt S5B), um ein Granulatprodukt zu erzeugen. In dem Schritt S5B wurde ein Vermischen und Granulieren mittels eines identischen Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp durchgeführt, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Mischblattes innerhalb eines Bereichs von 1300 bis 2500 U/min während des Mischens und auf 400 bis 800 U/min während des Granulierens eingestellt wurde. Die Granulatprodukte mit einer Teilchengröße (Durchmesser) im Bereich von 1 bis 10 mm wurden unter den vorstehend beschriebenen Prozessbedingungen hergestellt. Die so erhaltenen granularen Granulatprodukte waren fein verdichtet und wiesen ein kleines Lückenverhältnis auf.
Dann wurden die Granulatprodukte mittels hydrothermischer Reaktion in einem Reaktionskessel verfestigt (hydrothermischer Verfestigungsschritt S5C). Die Bedingungen für die hydrothermische Behandlung lagen bei 180°C Reaktionstemperatur und 5 Stunden Reaktionszeit. Dann wurde SiO₂ und CaO in den Granulatprodukten zur Reaktion gebracht, um Tobermolit zu erzeugen, was zu einer Herstellung von Verfestigungsprodukten mit einem kleinen Lückenverhältnis, in welchem die Teilchen stark miteinander kombiniert waren, führte. Die Verfestigungsprodukte hatten ein spezifisches Gewicht von 1,5 oder mehr und eine Wasserabsorption von 25% oder weniger. Die so erhaltenen granularen Verfestigungsprodukte können als Feinaggregate für das Baugewerbe mittels Pulverisierung und Klassifizierung eingesetzt werden oder können als Konstruktionsmaterial und für Straßengrundmaterial eingesetzt werden.
7 ist ein Flussdiagramm zur Erklärung einer Ausführungsform für das erste Verfahren unter Verwendung von Zerkleinerungsnebenprodukten gemäß dieser Erfindung.
In 7 ist als erstes die Herstellung von Feinaggregaten für das Baugewerbe durch eine Sanderzeugungsanlage in einer Zerkleinerungsanlage folgendermaßen erläutert. Das Rohmaterial (Steine) mit einer Teilchengröße von annähernd 40 bis 20 mm wurde pulverisiert mittels einer Sanderzeugungsmaschine (Pulverisiereinrichtung) 1, dann mittels eines Klassifizierers 2 auf eine Teilchengröße von 5 mm oder weniger klassifiziert. Die so erhaltenen Produkte sind als die Feinaggregate von zerkleinerten Steinen in 7 bezeichnet. Ein Staßmühle (rod mill) oder eine Stoßmühle kann für die Sanderzeugungsmaschine 1 eingesetzt werden.
Ein Luftseparator oder ein Schraubenklassifizierer können für den Klassifizierer 2 eingesetzt werden.
Dann wurden die künstlichen Feinaggregate für das Baugewerbe folgendermaßen hergestellt. Die Ausgangsmaterialien waren der Abwasserfilterkuchen und das Feinpulver.
Wie vorstehend beschrieben wurde das Abwasser von der Sandwascheinrichtung nach der Klassifizierung mittels des Klassifizierers 2 einem Abwasserbehandlungsschritt unterzogen, wobei der Schlamm und die Feinteilchen in dem Wasser in einem Verdicker konzentriert wurden und mittels einer Entwässerungsanlage wie etwa einer Filterpresse entwässert wurden, um einen Abwasserfilterkuchen zu erzeugen. Der so erhaltenen Abwasserfilterkuchen wird mit Feinpulver aus Calciumoxid vermischt, um das schlammartige Rohmaterial zu erzeugen (Mischschritt 11). Ein Hochgeschwindigkeitsmischer vom vertikalen Blatttyp wurde für das Mischen wie vorstehend beschrieben eingesetzt. Das Feinpulver aus Calciumoxid wurde derart hinzugegeben, dass das Gewichtsverhältnis von Ca/Si in dem schlammartigen Rohmaterial 5/6 oder weniger und 1/4 in diesem Beispiel betrug. In dieser Ausführungsform wurde der Wassergehalt des schlammartigen Rohmaterials auf annähernd 10% nach dem Vermischen des Calciumoxids eingestellt, was den spezifizierten Bereich von 5 bis 35% genügt, so dass eine weitere Steuerung des Wassergehalts nicht notwendig war. Wenn der Wassergehalt außerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt, kann der Wassergehalt durch geeignetes Auswählen des Weges der Steuerung des Wassergehalts (a) bis (e) für den vorstehend erläuterten Abwasserfilterkuchen ausgewählt werden. In diesem Fall sollte er durch Zugabe von Feinpulver eingestellt werden, da der Wassergehalt des Abwasserfilterkuchens übermäßig ist.
Dann wurde das schlammartige Rohmaterial durch Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp granuliert (Granulationsschritt 12), um ein Granulatprodukt zu erzeugen. In dem Schritt 12 wurde eine Vermischung und eine Granulierung durch einen identischen Hochgeschwindigkeitsmischer vom vertikalen Blatttyp durchgeführt, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Mischblattes innerhalb eines Bereichs von 1300 bis 2500 U/min während des Mischens und auf 400 bis 800 U/min während der Granulierung eingestellt wurde. Die Granulatprodukte mit einer Teilchengröße (Durchmesser) im Bereich von 1 bis 10 mm wurden unter den vorstehend erläuterten Prozessbedingungen hergestellt. Die so erhaltenen granularen Granulatprodukte waren fein verdichtet und hatten ein kleines Lückenverhältnis.
Dann wurden die Granulatprodukte mittels hydrothermischer Reaktion in einem Reaktionskessel verfestigt (hydrothermischer Verfestigungsschritt 13). Die Bedingungen für die hydrothermische Behandlung lagen bei 180°C Reaktionstemperatur mit Dampf bei gesättigtem Druck und 5 Stunden Reaktionszeit. Dann wurde SiO₂ und CaO in den Granulatprodukten zur Reaktion gebracht, um Tobermolit zu erzeugen, was zu der Herstellung der Verfestigungsprodukte mit einem kleinen Lückenverhältnis führte, in welchen Teilchen stark miteinander kombiniert vorlagen. Die Verfestigungsprodukte hatten ein spezifisches Gewichts von 1,5 oder mehr und eine Wasserabsorption von 25% oder weniger.
Die so erhaltenen granularen Verfestigungsprodukte wurden mittels einer Pulverisiereinrichtung 14 pulverisiert und die pulverisierten Produkte wurden mittels eines Klassifizierers 15 klassifiziert, um künstliche Feinaggregate mit einer Teilchengröße von 5 mm oder weniger zu erzeugen. Als Klassifizierer 14 kann eine Stabmühle (rod mill) oder eine Stoßmühle eingesetzt werden und eine Sandherstellungsmaschine 1 kann ebenso eingesetzt werden, wenn sie hinsichtlich der Produktion verfügbar ist. Der Klassifizierer 15 erzeugte das Abwasser, er kann jedoch durch die Abwasserbehandlung wiederum behandelt werden.
Die so erzeugten künstlichen Feinaggregate wurden mit den Feinaggregaten aus zerkleinerten Steinen, erzeugt durch die Sandherstellungsmaschine 1, mit einem Gewichtsverhältnis von feinen Naturaggregaten von den zerkleinerten Steinen: künstliche Feinaggregate = ungefähr 20:1 vermischt, um Feinaggregate für das Baugewerbe zu erhalten, welche der JIS genügen.
Die vorstehenden Erklärungen beziehen sich auf den Fall, in dem Abwasserfilterkuchen als das Ausgangsmaterial eingesetzt wurde, jedoch kann Feinpulver ebenso als das Ausgangsmaterial eingesetzt werden, wie in 7 gezeigt ist, um die Feinaggregate für das Baugewerbe zu erzeugen, welche der JIS genügen.
8 ist ein Flussdiagramm, welches eine weitere Ausführungsform des ersten Verfahrens der Verwendung von zerkleinerten Nebenprodukten gemäß dieser Erfindung zeigt. Da der Aufbau beinahe der gleiche wie der in der Ausführungsform von 7 gezeigte ist, außer dass die erhaltenen Verfestigungsprodukte für die künstlichen Feinaggregate ohne Pulverisierung und Klassifizierung eingesetzt wurden, tragen die Bereiche, die mit der in 7 gezeigten Ausführungsform identisch sind, die gleichen Bezugszeichen ohne besondere Erklärungen, und Erläuterungen werden nur zu den sich unterscheidenden Gesichtspunkten gemacht.
Das heißt, wie in 8 gezeigt ist, dass granulare Verfestigungsprodukte mit einer Teilchengröße von 5 mm oder weniger ausgehend von dem Abwasserfilterkuchen oder dem Feinpulver mittels des Mischschritts 11, einem Granulationsschritt 12 und einem hydrothermischen Verfestigungsschritt 13 erhalten wurden. Das Mischen und Granulieren wurde unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp durchgeführt, um Granulatprodukte mit einer Teilchengröße von 5 mm oder weniger zu erhalten. Die Rotationsgeschwindigkeit der Blätter wurde innerhalb eines Bereichs von 1300 bis 2500 U/min während des Mischens und auf 700 bis 800 U/min während der Granulierung eingestellt. Dann wurden die durch die hydrothermische Behandlung erhaltenen verfestigten Produkte, die als die künstlichen Feinaggregate in 8 gekennzeichnet sind, ohne Pulverisierung/Klassifizierung mit den Feinaggregaten von den zerkleinerten Steinen, erzeugt durch die Sandherstellungsmaschine 1, mit einem Gewichtsverhältnis der feinen natürlichen Aggregate künstliche Feinaggregate = annähernd 20:1 vermischt, um Produkte aus Feinaggregaten für das Baugewerbe zu erhalten, welche der JIS genügen.
9 ist ein Flussdiagramm zur Erklärung einer Ausführungsform des zweiten Verfahrens zur Verwendung der zerkleinerten Nebenprodukte gemäß dieser Erfindung. In diesem Fall tragen die Konstruktionselemente, die mit denen aus dem ersten Verfahren zur Verwendung der zerkleinerten Nebenprodukte gemein sind, die gleichen Bezugszeichen wie die in entweder 7 oder 8 gezeigten ohne besondere Erklärung, und eine Erläuterung wird nur zu den sich unterscheidenden Gesichtspunkten gegeben.
Das heißt, dass wie in 9 gezeigt ist, granulare Verfestigungsprodukte mit einer Teilchengröße von annährend 1 bis 10 mm ausgehend von dem Abwasserkuchen oder dem Feinpulver mittels eines Mischschritts 11, eines Granulationsschritts 12 und eines hydrothermischen Verfestigungsschritts 13 erhalten wurden. Das Mischen und das Pulverisieren wurden unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp durchgeführt, um Granulatprodukte mit einer Teilchengröße von annährend 1 bis 10 mm zu erzeugen. Dann wurden die so erhaltenen Verfestigungsprodukte durch die hydrothermische Behandlung der Sandherstellungsmaschine 1 der Sandherstellungsanlage zugeführt und wurden als ein Anteil der Feinaggregate für Beton eingesetzt. Feinaggregatprodukte für Beton, welche der JIS genügen, können durch Zuführen der granularen Verfestigungsprodukte zu der Sandherstellungsmaschine 1 in einem Gewichtsverhältnis von Aggregaten aus zerkleinerten Steinen: künstliche Feinaggregate = annährend 20:1 erhalten werden.
10 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des dritten Verfahrens der Verwendung der zerkleinerten Nebenprodukte gemäß dieser Erfindung. In diesem Fall tragen die Aufbauten, die mit denen im zweiten und dritten Verfahren zur Verwendung der zerkleinerten Nebenprodukte identisch sind, die gleichen Bezugszeichen wie die in der 7 oder 9 ohne besondere Erläuterung und Erläuterungen werden nur bezüglich der unterschiedlichen Gesichtspunkte gemacht.
Wie in 10 gezeigt ist, wurden granularen Verfestigungsprodukte mit einer Teilchengröße von annährend 1 bis 10 mm aus dem Abwasserkuchen oder dem Feinpulver mittels eines Mischschritts 11, eines Granulationsschritts 12 und eines hydrothermischen Verfestigungsschritts 13 erhalten. Das Mischen und das Granulieren wurden unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom vertikalen Blatttyp durchgeführt, um Granulatprodukte mit einer Teilchengröße von annährend 1 bis 10 mm zu erhalten. Die mittels hydrothermischer Behandlung erhaltenen verfestigten Produkte waren hinsichtlich der Festigkeit und der geringen Wasserabsorption ausgezeichnet und konnten als Straßengrundmaterial, Rückfüllmaterial oder Gartenbaumaterial eingesetzt werden.
Ein Hochgeschwindigkeitsmischer vom fixierten Kesseltyp wird als der Mischer mit der Kompositfunktion für das Durchführen der Pulverisierung, des Mischens und der Granulierung eingesetzt, wobei der Hochgeschwindigkeitsmischer vom vertikalen Blatttyp für die in den 1 bis 10 gezeigten Ausführungsformen eingesetzt wird, jedoch ist ein Hochgeschwindigkeitsmischer vom Rückflusstyp bevorzugt.
11 ist eine Ansicht, die einen schematischen Aufbau eines Hochgeschwindigkeitsmischers vom Rückflusstyp zeigt. In der Figur steht 21 für einen zylindrischen Kessel, der horizontal z.B. im Uhrzeigersinn rotiert, während das Ausgangsmaterial (Abwasserkuchen und/oder Feinpulver, Calciumverbindung) darin enthalten ist. Die Nummer 22 in der Figur steht für das Blatt (ebenso als Rührer bezeichnet), dessen Achse vom Mittelpunkt des zylindrischen Kessels 21 (links in dieser Figur) beabstandet ist und in einer hohen Geschwindigkeit entgegen des Uhrzeigersinns, d.h. entgegen der Rotationsrichtung des Kessels, rotiert. Die Nummer 23 in 11 steht für ein weiteres Blatt, welches das Mischen in dem Kessel beschleunigt. Das Blatt 23 ist vom Mittelpunkt des Kessels beabstandet angeordnet und liegt gegenüber dem Blatt 22, wobei es gegen den Uhrzeigersinn, entgegen der Rotationsrichtung des Kessels 21, angetrieben wird. Sowohl 22 und 23 haben die Rotationsachse, welche an der fixierten Abdeckung 25 über die Bohrungen 26 bzw. 27 eingebaut sind.
Der Kessel, die Blätter 22 und 23 werden unabhängiger Weise durch Motoren angetrieben. Die Nummer 24 steht für einen Abkratzer zum Abkratzen des Materials (der Mischung), das sich auf der inneren Oberfläche des Kessels 21 ablagert. Der Bodenbereich des Blattes 23 hat ebenso die Funktion eines Abkratzers, so dass das Material (die Mischung) sich nicht auf dem Grund des Kessels 21 ablagert. Das Rohmaterial, die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe, wird in den Kessel 21 von einer Rohmaterialzuführöffnung, welche nicht in 11 veranschaulicht und an der fixierten Abdeckung 25 angeordnet ist, zugeführt und, nach der Behandlung, werden die behandelten Produkte, das schlammartige Rohmaterial, durch die Entnahmeöffnung entnommen, welche nicht in 11 veranschaulicht und am Grund des Kessels 21 angeordnet ist.
Der Hochgeschwindigkeitsmischer vom Rückflusstyp mit dem Kessel 21, welcher gegen den Uhrzeigersinn, gegen die Richtung des Blattes 22, rotiert, beschleunigt die Pulverisierung, Dispergierung und den Materialfluss in dem Kessel 21, was es ermöglicht, eine weiter bevorzugte gleichförmige Vermischung zu erzielen, verglichen mit dem Mischer vom fixierten Kesseltyp. Für die Behandlung von Abwasserkuchen mit einem hohen Wassergehalt führt dieser Mischertyp ebenso nicht zu einem Verbrückungsphänomen (bridging phenomenon, verklumpter Zustand), weil der Abwasserkuchen nicht derartig in dem Kessel geknetet wird. Ebenfalls in dem Fall der Herstellung des schlammartigen Rohmaterials durch Zugeben und Vermischen von Wasser zu dem Feinpulver und der Calciumverbindung minimiert der Hochgeschwindigkeitsmischer vom Rückflusstyp die nicht vermischten Bereiche und realisiert eine gleichförmige Vermischung. Der Kessel 21, das Hochgeschwindigkeitsblatt 22 und das Blatt 23 rotieren in unterschiedlichen Richtungen und mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zueinander, was die Position und die Geschwindigkeit des schlammartigen Rohmaterials in dem Kessel 21 variiert, und zu ausgezeichneten Effekten des Vermischens führt. Da ferner der Mischer 2 Blätter 22 und 23 aufweist, welche unabhängiger Weise angetrieben werden, wird die Kraft von einer Antriebsquelle sowohl das Blatt 22 als auch der Kessel 21 zu dem Rohmaterial hingeführt. Als ein Ergebnis kann die pro Volumeneinheit an Material zugeführte Kraft (kW/Liter) stark gesteigert werden und die gleichförmige Vermischung des schlammartigen Rohmaterials kann in einer kurzen Zeitdauer erzielt werden.
Der Hochgeschwindigkeitsmischer vom Rückflusstyp wird derart betrieben, dass das Blatt 22 mit einer hohen Geschwindigkeit während der Pulverisierung und des Vermischens rotiert, während er während der Granulierung mit einer geringen Geschwindigkeit rotiert. Zum Beispiel können die Granulatprodukte (schlammartiges Rohmaterial) mit einer Teilchengröße von annährend 1 bis 10 mm von dem Abwasserkuchen mit einem Wassergehalt von 20% mit Schnellkalk bei 3 Gew.-% unter den folgenden Bedingungen des Hochgeschwindigkeitsmischers vom Rückflusstyp zum Kuchen gebracht werden: Rotationsgeschwindigkeit des Blatts 22: 2500 U/min, Rotationsgeschwindigkeit des Kessels: 45 U/min und Behandlungszeit: 2 Minuten während des Mischens, und Rotationsgeschwindigkeit des Blatts 22: 750 U/min, Rotationsgeschwindigkeit des Kessels: 45 U/min und Behandlungszeit: 4 Minuten während der Granulierung.
BEISPIEL
Beispiele dieser Erfindung werden erläutert. Die Erfindung ist nicht nur auf die folgenden Beispiele beschränkt, solange sie nicht deren Gegenstand überschreitet.
Als erstes werden ein Mischer A und ein Mischer B, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen eingesetzt werden, erläutert. Sowohl der Mischer A als auch der Mischer B waren einachsige Spiralmischer. Was wohl bekannt ist, besitzen die einachsigen Spiralmischer eine Struktur, in der vertikale Schaft eines Rührblatts exzentrisch an der Kesselabdeckung angebracht ist und sich um die Mitte des fixierten Kessels dreht, während sie rotiert wird. Das heißt, das Rührblatt rotiert und dreht sich gleichzeitig, um das Material in dem Kessel zu rühren. Der Mischer A war ein Hochgeschwindigkeitsmischer mit einem Rührblatt vom Hakentyp. Der Mischer B war ein Niedriggeschwindigkeitsmischer mit einem Rührblatt vom Zinkentyp.
[Beispiel 1]
Der Abwasserkuchen mit 25% Wassergehalt, erhalten aus einer Zerkleinerungsanlage, wurde als typisches Beispiel einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe eingesetzt. Wie in Tabelle 1 zu sehen ist, wurden Schnellkalk oder Zement zu dem Abwasserkuchen mit 3 bis 10 Gew.-% als Calcium hinzugegeben und unter den in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen vermischt, um das schlammartige Rohmaterial zu erhalten. Beispiel 1 wurde unter Verwendung des Mischers A für die Pulverisierung und das Vermischen unter den Bedingungen 1 durchgeführt, d.h. Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts war 288 U/min, Umdrehungsgeschwindigkeit betrug 135 U/min und Mischzeit betrug 2 Minuten. Das so erhaltene schlammartige Rohmaterial wurde in eine Form von 25 mm Durchmesser und 50 mm Länge gepresst, welche dem Test der uniaxialen Festigkeit von hydrothermischen verfestigten Produkten unterzogen wurde. Die hydrothermische Behandlung wurde in einem Autoklaven unter den Bedingungen einer Reaktionstemperatur von 180°C mit Dampf unter Sättigungsdruck und einer Reaktionszeit von 5 Stunden durchgeführt.
Zum Erkunden des Grads der gleichförmigen Vermischung wurde eine gepackte Probe, hergestellt von dem schlammartigen Rohmaterial vor der hydrothermischen Reaktion, hergestellt und die Anzahl und der kreisäquivalente Durchmesser Di der nicht vermischten Bereiche wurden auf Querschnitten der Probe gemessen.
Die gepackte Probe des schlammartigen Rohmaterials wurde durch das Verfahren hergestellt, welches auf den Standards der The Soil Engineering Society basiert, in welcher das schlammartige Rohmaterial vor der hydrothermischen Reaktion in eine Form von 50 mm Durchmesser × 100 mm Länge eingefüllt wurde und mit einem Packtestgewicht beladen wurde. Die Probe wurde in vier Teile in Längsrichtung geschnitten und die Anzahl und die Fläche wurden für jede der nicht vermischten Bereiche auf den Schnittflächen gemessen und der Durchmesser Di wurde unter der Annahme der Gestalt als einem Kreis berechnet. Für die Eliminierung der durch Fluktuation während des Pressens der Probe verursachten Effekte wurden die Fläche der vermischten Bereiche und der nicht vermischten Bereiche mit Ausnahme der Lückenflächen berechnet, welche auf der Schnittoberfläche beobachtet wurden. Ein bekannter Bildanalysator (Bildverarbeitungsgerät) wurde für die Messung der Anzahl und der Fläche der nicht vermischten Bereiche eingesetzt.
Dann wurde die Fläche der nicht vermischten Bereiche aufsummiert und mittels Di klassifiziert und in Prozenten der Fläche der Schnittoberfläche ausgedrückt, wie etwa A% für die nicht vermischten Bereiche mit Di > 2 mm, B% für 0,5 mm ≤ Di ≤ 2 mm und C% für Di < 0,5 mm. Die messbaren unteren Grenzen des Durchmessers Di mittels des eingesetzten Bildanalysators lagen bei 0,5 mm. Die Fläche und die Anzahl der nicht vermischten Bereiche wurden für jede Schnittfläche berechnet, und dann in Prozentsätzen wie vorstehend ausgedrückt. Die Verteilung der nicht vermischten Bereiche der beladenen Proben (gepackten Proben) wurde durch Mittelwerte der A%, B% und C% für alle Schnittflächen berechnet. Der Grad des Nichtvermischens in Tabelle 2 wurde als die Gesamtfläche der nicht vermischten Bereiche mit einem Di ≤ 0,5 mm definiert. 12 zeigt die uniaxiale Kompressionsfestigkeit der so erhaltenen hydrothermischen Verfestigungsprodukte, angegeben mit einem offenen Kreis.
[Beispiel 2]
Der Abwasserkuchen mit 25% Wassergehalt, erhalten aus einer Zerkleinerungsanlage, wurde als typisches Beispiel einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe eingesetzt. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist wurde Schnellkalk oder Zement zu dem Abwasserkuchen mit 5 bis 12 Gew.-% als Calcium hinzugegeben und unter den Bedingungen 2, die in Tabelle 2 gezeigt sind, vermischt, um ein schlammartiges Rohmaterial zu erhalten. Das Beispiel 2 wurde unter Verwendung des Mischers B für die Pulverisierung und das Vermischen unter den Bedingungen 2 durchgeführt, d.h. Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts lag bei 108 U/min, die Umdrehungsgeschwindigkeit lag bei 66 U/min und die Mischzeit bei 2 Minuten. Das so erhaltene schlammartige Rohmaterial wurde in eine Form mit 25 mm Durchmesser und 50 mm Länge gepresst, welches dann einem Test der uniaxialen Festigkeit der hydrothermischen Verfestigungsprodukte unterzogen wurde. Die hydrothermische Behandlung wurde in einem Autoklaven unter den Bedingungen einer Reaktionstemperatur von 180°C mit Dampf im Sättigungsdruck und einer Reaktionszeit von 5 Stunden durchgeführt. Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Messung von Di für die nicht vermischten Bereiche des schlammartigen Rohmaterials, erhalten unter den Bedingungen von 2. Die 12 zeigt die uniaxiale Kompressionsfestigkeit der so erhaltenen hydrothermischen Verfestigungsprodukte, angegeben mit einem offenen Dreieck.
[Beispiel 3]
Der Abwasserkuchen mit einem Wassergehalt von 18 bis 25%, erhalten aus einer Zerkleinerungsanlage, wurde als typisches Beispiel für eine Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe eingesetzt. Der Wassergehalt des Kuchens wurde durch Trocknen, Vermischen mit Feinpulver oder alternativ durch Zugabe von Wasser gesteuert. Dann wurde Schnellkalk oder Zement mit 10 bis 30 Gew.-% als Calcium zu dem Kuchen hinzugegeben und dann pulverisiert und unter Verwendung des Mischers A vermischt. In diesem Fall wurde das Rührblatt mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 288 U/min und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 135 U/min betrieben und zwar für 2 Minuten Behandlungszeit, um das schlammartige Rohmaterial zu erhalten. Dann wurde zur Bestimmung der Festigkeit des hydrothermischen Verfestigungsprodukts, erhalten von dem schlammartigen Rohmaterial, dieses in eine Form von 25 mm Durchmesser und 50 mm Länge gepresst und mittels hydrothermischer Reaktion in einem Autoklaven bei einer Reaktionstemperatur von 180°C mit Dampf unter Sättigungsdruck über eine Reaktionszeit von 5 Stunden verfestigt. Die 13 zeigt die Ergebnisse der Messungen der uniaxialen Festigkeit der so erhaltenen hydrothermischen Verfestigungsprodukte.
Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 2 in 12 ersichtlich ist, ergeben die schlammartigen Rohmaterialien mit weniger der nicht vermischten Bereiche mit Di > 2 mm hydrothermische Verfestigungsprodukte mit geringerer Fluktuation (Schwankung) in der Qualität und einer höheren Kompressionsfestigkeit, verglichen mit den Ergebnissen des Beispiels 2, und zwar hinsichtlich der gleichen Zugabemenge an Calcium.
Wie in 13 gezeigt ist, wurden die favorisierten hydrothermischen Verfestigungsprodukte durch Einstellung des Wassergehalts des schlammartigen Rohmaterials innerhalb eines Bereichs von 5 bis 35 Gew.-% erhalten. Es sollte weiter bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 8 bis 25 Gew.-% und ferner bevorzugt von 12 bis 21 Gew.-% eingestellt werden. Falls der Wassergehalt des schlammartigen Rohmaterials innerhalb eines Bereichs von 15 bis 18 Gew.-% eingestellt wird, zeigten die resultierenden hydrothermischen Verfestigungsprodukte eine Kompressionsfestigkeit von annährend dem 6-fachen als die hydrothermischen Verfestigungsprodukte, die aus dem schlammartigen Rohmaterial mit einem Wassergehalt entweder weniger als 5% oder mehr als 35% erhalten wurden. Tabelle 1
Tabelle 2
[Beispiel 4a–Beispiel 4c]
14 zeigt den Ablauf für die Beispiele 4a, 4b und 4c. Der Abwasserkuchen mit 25% Wassergehalt, erhalten aus einer Zerkleinerungsanlage, wurde als ein typisches Beispiel einer Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe 20 eingesetzt.
In Beispiel 4a wurde der Abwasserkuchen mit 3 Gew.-% Schnellkalk vermischt, dann pulverisiert und unter Verwendung des Mischers A unter den folgenden Bedingungen vermischt: Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts: 288 U/min und Umdrehungsgeschwindigkeit des Schafts: 135 U/min, und 2 Minuten Mischzeit. Dann wurde die erhaltene Mischung unter Verwendung des Mischers B mit einer Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts bei 108 U/min, einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Schafts von 66 U/min und 2 Minuten Mischzeit granuliert. Die Granulatprodukte wurden ausgehärtet und bei Raumtemperatur über 24 Stunden getrocknet, um den verbesserten Boden zu erhalten.
In Beispiel 4b wurde das schlammartige Rohmaterial unter den gleichen Bedingungen wie die in Beispiel 4a, wie in Tabelle 3 gezeigt ist, erzeugt.
In Beispiel 4c wurde das schlammartige Rohmaterial unter den gleichen Bedingungen wie die in Beispiel 4a erzeugt, außer dass die Mischzeit unter Verwendung des Mischers A auf 4 Minuten gesteigert wurde. Die Abläufe in den Beispielen 4a bis 4c sind in 14 gezeigt.
Zur Überprüfung des Grads der gleichförmigen Vermischung des erhaltenen schlammartigen Rohmaterials wurden die gepackten (geladenen) Proben aus dem schlammartigen Rohmaterial hergestellt und der kreisäquivalente Durchmesser Di der nicht vermischten Bereiche auf der Schnittfläche wurde das vorstehend beschriebene Verfahren gemessen.
Um die Qualität des verbesserten Bodens auszuwerten wurde das Wiederaufschlämmungsverhältnis unter Verwendung des so ausgehärteten schlammartigen Rohmaterials gemessen.
Die Messung des Wiederaufschlämmungsverhältnisses kann folgendermaßen erläutert werden. Das schlammartige Rohmaterial mit einer Teilchengröße von 1 mm bis 10 mm wurde ausgewählt und in Wasser über 3 Stunden eingetaucht und dann über ein Sieb mit 1 mm Öffnungsgröße filtriert. Das wieder aufgeschlämmte schlammartige Rohmaterial, welches das Sieb passierte, und das schlammartige Rohmaterial, das auf dem Sieb verblieb, wurden getrocknet und entsprechend abgewogen. Das Wiederaufschlämmungsverhältnis wurde folgendermaßen definiert: Wiederaufschlämmungsverhältnis (%) = 100 × A/(A + B), wobei A für das Trockengewicht des wiederaufgeschlämmten schlammartigen Rohmaterials, das durch den Sieb ging, und B für das Trockengewicht des schlammartigen Rohmaterials, welches auf dem Sieb nach der Trocknung verbleibt, steht.
[Beispiele 5a–5c]
Die 14 zeigt die Abläufe für die Beispiele 5a, 5b und 5c. Der Abwasserkuchen mit 25% Wassergehalt wurde als Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe eingesetzt. Schnellkalk wurde zu dem Abwasserkuchen mit 3 Gew.-% in Beispiel 5a, 6 Gew.-% in Beispiel 5b und 3 Gew.-% in Beispiel 5c hinzugegeben und dann pulverisiert, vermischt und unter Verwendung des Mischers B granuliert. Die Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts des Mischers B lag bei 180 U/min und die Umdrehungsgeschwindigkeit des Schafts lag bei 66 U/min in jeweils den Beispielen 5a bis 5c und die Mischzeit betrug 2 Minuten in Beispielen 5a und 5b und 4 Minuten in Beispiel 5c. Die Aushärtezeit wurde auf 24 Stunden in jedem der Beispiele 5a bis 5c eingestellt. Die Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Messung des Durchmessers Di für die nicht vermischten Bereiche und die Ergebnisse der Messung für das Wiederaufschlämmungsverhältnis des schlammartigen Rohmaterials unter Verwendung der Teilchen mit einer Größe im Bereich von 1 bis 10 mm, die von den ausgehärteten schlammartigen Rohmaterialien sich ableiteten.
[Beispiele 6a–6b]
14 zeigt die Abläufe für die Beispiele 6a und 6b. Der Abwasserkuchen mit 25% Wassergehalt wurde als die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe eingesetzt. Zement wurde mit 10 Gew.-% zu dem Abwasserkuchen in Beispiel 6a hinzugegeben und pulverisiert und unter Verwendung des Mischers A mit den Bedingungen einer Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts von 288 U/min und einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Schafts von 135 U/min sowie einer Mischzeit von 4 Minuten vermischt. Dann wurde die resultierende Mischung unter Verwendung des Mischers B unter den Bedingungen einer Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts von 108 U/min und einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Schafts von 66 U/min sowie einer Mischzeit von 4 Minuten granuliert. Die Granulatprodukte wurden über 4 Tage ausgehärtet. Ferner wurde in Beispiel 6b das schlammartige Rohmaterial unter den gleichen Bedingungen wie die in Beispiel 6a erzeugt, während die Zugabemenge des Zements auf 20 Gew.-% variiert wurde. Die Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Messung für den Durchmesser Di für die nicht vermischten Bereiche und die Ergebnisse der Messung für das Wiederaufschlämmungsverhältnis des schlammartigen Rohmaterials unter Verwendung der Teilchen mit einer Größe im Bereich von 1 bis 10 mm, die aus dem ausgehärteten schlammartigen Rohmaterial ausgewählt wurden.
[Beispiele 7a, 7b]
14 zeigt die Abläufe für die Beispiele 7a und 7b. Der Abwasserkuchen mit 25% Wassergehalt wurde als die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe eingesetzt. Dann wurde zu dem Kuchen Zement mit 10 Gew.-% in Beispiel 7a, 20 Gew.-% in Beispiel 7b hinzugegeben und pulverisiert, vermischt und unter Verwendung des Mischers B granuliert. Die Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts des Mischers B lag bei 108 U/min und die Umdrehungsgeschwindigkeit des Schafts lag bei 66 U/min, während die Mischzeit 4 Minuten betrug. Die Produkte wurde über 4 Tage sowohl in dem Beispiel 7a als auch 7b ausgehärtet. Die Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Messung für den Durchmesser Di für die nicht vermischten Bereiche und die Messergebnisse des Wiederaufschlämmungsverhältnisses des schlammartigen Rohmaterials unter Verwendung der Teilchen mit einer Größe im Bereich von 1 bis 10 mm aus dem ausgehärteten schlammartigen Rohmaterial.
Wie aus Tabelle 3 offensichtlich ist, lag das Wiederaufschlämmungsverhältnis bei 5% oder weniger in Beispiel 4 und Beispiel 6, welche offensichtlich kleiner als die in den Beispielen 5 und 7 sind. Es wurde gefunden, dass sie zweckmäßiger Weise als Straßengrundmaterial und Rückfüllmaterial eingesetzt werden können.
[Beispiel 8]
15 zeigt die Abläufe für Beispiel 8. Der Abwasserkuchen mit 25% Wassergehalt wurde als die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe eingesetzt. Schnellkalk wurde mit 3 Gew.-% zu dem Kuchen hinzugegeben und pulverisiert, sowie unter Verwendung des Mischers A unter der Bedingung der Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts bei 288 U/min und einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Schafts von 135 U/min sowie einer Mischzeit von 2 Minuten vermischt. Dann wurde die resultierende Mischung mittels eines Siebs klassifiziert und das behandelte Material einer Teilchengröße im Bereich von 1 bis 5 mm wurde über 24 Stunden ausgehärtet. Die Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der Messung des Durchmessers Di für die nicht vermischten Bereiche und die Messergebnisse des Wiederaufschlämmungsverhältnisses des ausgehärteten schlammartigen Rohmaterials. 15 zeigt die Abläufe in Beispiel 8.
[Beispiel 9]
15 zeigt die Abläufe für Beispiel 9. In Beispiel 9 wurde das schlammartige Rohmaterial unter den gleichen Bedingungen wie die in Beispiel 8 erzeugt, außer dass die Mischzeit, d.h. 30 Sekunden unter Verwendung des Mischers war. Die Tabelle 4 zeigt die Messergebnisse des Durchmessers Di der nicht vermischten Bereiche und die Ergebnisse der Messung der Wiederaufschlämmungsrate des schlammartigen Rohmaterials mit einer Teilchengröße im Bereich von 1 bis 10 mm, ausgewählt aus den gehärteten schlammartigen Rohmaterialien.
Tabelle 4
Es ist aus Tabelle 4 klar, dass selbst bei Einsatz eines Hochgeschwindigkeitsmischers A die gleichförmige Vermischung nicht durch eine kurzzeitige Vermischung erzielt werden kann, was zu einem Wiederaufschlämmungsverhältnis von 50% in Beispiel 9 führt. Wenn andererseits die Mischbedingungen derart bestimmt werden, dass der kreisäquivalente Durchmesser Di des nicht vermischten Bereichs 2 mm oder weniger ist, wurde das schlammartige Rohmaterial mit einem kleinen Wiederaufschlämmungsverhältnis in Beispiel 8 erhalten.
[Beispiel 10]
15 zeigt die Abläufe für Beispiel 10. In Beispiel 10 wurde das schlammartige Rohmaterial unter den gleichen Bedingungen wie das in Beispiel 8 erzeugt, außer für die Veränderung der Aushärtezeit auf 3 Stunden und 24 Stunden. Die Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse der Messung des Durchmessers Di der nicht vermischten Bereiche und die Messergebnisse des Wiederaufschlämmungsverhältnisses eines jeden schlammartigen Rohmaterials mit einer Teilchengröße im Bereich von 1 bis 5 mm und die Aushärtung über 3 Stunden und 24 Stunden.
[Beispiel 11]
15 zeigt die Abläufe für Beispiel 11. In Beispiel 11 wurde das schlammartige Rohmaterial unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 9 erzeugt, außer der Änderung der Aushärtezeit auf 3 Stunden und 24 Stunden. Die Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse der Messung des Durchmessers Di für das nicht vermischte Verhältnis und die Ergebnisse der Messung des Wiederaufschlämmungsverhältnisses eines jeden schlammartigen Rohmaterials mit einer Teilchengröße im Bereich von 1 bis 5 mm und einer Aushärtung über 3 Stunden und 24 Stunden.
Es ist aus Tabelle 5 klar, dass selbst wenn der Hochgeschwindigkeitsmischers A die eingesetzt wurde, die gleichförmige Vermischung durch eine kurz Mischzeit nicht erzielt wurde, was zu einem hohen Wiederaufschlämmungsverhältnis von 50% in Beispiel 9 führte. Wenn andererseits die Mischbedingungen derart bestimmt wurden, dass die nicht vermischten Bereiche reduziert wurden, wurden hervorragende Ergebnisse in Beispiel 10 mit einem Grad der gleichförmigen Vermischung des schlammartigen Rohmaterials und dem Wiederaufschlämmungsverhältnis von 5,8% nach 3 Stunden Aushärtezeit bzw. 4,4% nach 24 Stunden Aushärtezeit.
Tabelle 5
[Beispiel 12]
15 zeigt die Abläufe für Beispiel 12. Die Beziehung zwischen dem nicht vermischten Verhältnis und dem Wiederaufschlämmungsverhältnis wurde überprüft. Der Abwasserkuchen mit 25% Wassergehalt wurde als die Siliziumoxid-haltige Schlammtrübe eingesetzt. Der Kuchen wurde mit 3 Gew.-% Schnellkalk und 3 Gew.-% Trieisentetraoxid (Fe₃O₄) als ein Färbemittel vermischt und pulverisiert, sowie mittels des Mischers A vermischt. Die Prozessbedingungen für den Mischer A waren eine Rotationsgeschwindigkeit des Rührblatts von 280 U/min und eine Umdrehungsgeschwindigkeit des Schafts von 135 U/min sowie eine Mischzeit von 30 Sekunden, 1 Minute, 2 Minuten und 4 Minuten.
Das schlammartige Rohmaterial mit einer Teilchengröße von 1 bis 5 mm wurde aus der so erhaltenen Mischung ausgewählt. Sie wurden für 24 Stunden ausgehärtet, und zwar für die Messung des Wiederaufschlämmungsverhältnisses.
Andererseits wurden für die Überprüfung des nicht vermischten Verhältnisses gepackte Proben von schlammartigem Rohmaterial unter Verwendung der vorstehenden Mischungen hergestellt, erzeugt mit unterschiedlichen Mischzeiten wie vorstehend, und ihr nicht vermischtes Verhältnis wurde gemessen. Das Färbemittel wurde zur Unterscheidung der Lückenbereiche und der nicht vermischten Bereiche von den gleichförmig vermischten Bereichen mittels Farbe eingesetzt. Die Farbverteilung wurde durch den Bildanalysator, der vorstehend beschrieben wurde, ausgewertet.
Die Herstellung der gepackten Proben des vorstehend beschriebenen schlammartigen Rohmaterials basierte auf den Standards der The Soil Engineering Society, bei welchem die Proben in eine Form von 50 mm Durchmesser und 100 mm Länge eingefüllt wurden und mit einem Beladungstestgewicht beladen wurden. Die Proben wurden in vier Teile. in Längsrichtung geschnitten. Die so erhaltenen drei Schnittflächen an unterschiedlichen Schnittpositionen wurden analysiert, um die Querschnittsfläche Sa zu berechnen, ausschließlich der Lückenbereiche, und die Gesamtfläche Sb für jeden der nicht vermischten Bereiche, von welchem der kreisäquivalente Durchmesser Di 0,5 mm oder größer ist, in den Querschnittsflächen Sa unter Ausschluss der Leerstellenbereiche wurde gemessen. Das Verhältnis (Sb/Sa) wurde im Durchmesserbereich von Di > 2 mm, 0,5 mm ≤ Di ≤ 2 mm und Di < 0,5 der nicht vermischten Bereiche berechnet. Das Verhältnis wurde für drei Schnittflächen in der gleichen Art und Weise berechnet. Dieses Verhältnis, das von drei Schnittflächen herrührte, wurde nach der Mittelung als das Verhältnis der getesteten Proben angesehen. Andererseits wurde die Aufsummierung des Verhältnisses Sb/Sa für die Bereiche von 0,5 mm ≤ Di ≤ 2 mm und Di > 2 mm als das Nichtvermischungsverhältnis angesehen.
16 zeigt die Beziehung zwischen dem nicht vermischten Verhältnis, erhalten durch den vorstehend beschriebenen Test, und des Wiederaufschlämmungsverhältnisses. Wie in dieser Figur gezeigt ist, besitzen das nicht vermischte Verhältnis und das Wiederaufschlämmungsverhältnis eine gute Korrelation und das schlammartige Rohmaterial mit dem Wiederaufschlämmungsverhältnis von 10% oder weniger kann durch Absenkung des nicht vermischten Verhältnisses auf annährend 6% oder weniger durch gleichförmiges Vermischen erhalten werden. Ferner kann ein schlammartiges Rohmaterial mit einem Wiederaufschlämmungsverhältnis von 5% oder weniger durch Absenkung des nicht vermischten Verhältnisses auf annährend 3% oder weniger durch gleichförmiges Vermischen abgesenkt werden.
Wie vorstehend erläutert wurde kann durch das erfindungsgemäße Verfahren, welches die Behandlung von Siliziumoxid-haltigen Schlammtrüben, Schlammkuchen und Schlammtrübe mit Siliziumoxid als Trübe, die vom Bau stammt, der Abwasserkuchen, der von der Behandlung von gebaggertem Schlamm stammt, dem Abwasserkuchen, der von Zerkleinerungsanlagen (einschließlich Kieswerken) stammt und Feinpulver, das von Zerkleinerungsanlagen stammt, behandelt werden, um verfestigte Produkte mit ausgezeichneter Festigkeit und geringer Wasserabsorption zu erhalten, welche z.B. als Feinaggregate für das Baugewerbe und als Straßengrundmaterial eingesetzt werden können, welche in breiten Anwendungsbereichen und mit einer großen Nachfrage eingesetzt werden, und es kann das Volumen von Abfall effektiv reduziert werden.
Verfestigungsprodukte mit ausgezeichneter Festigkeit und geringer Wasserabsorption werden durch die Behandlung von Schlammkuchen (Siliziumoxid-haltigen Schlammtrüben) wie etwa der Trübe, die vom Baugewerbe stammt, dem Abwasserkuchen, der von der Behandlung von ausgebaggertem Schlamm stammt, dem Abwasserkuchen, der von Zerkleinerungsanlagen (einschließlich Kieswerken) stammt und den Feinpulvern, die aus Zerkleinerungsanlagen stammen, mittels eines Verfahrens erhalten, welches ein Mischschritt des Vermischens der Calciumverbindung mit der Siliziumoxid-haltigen Schlammtrübe und Erhalt des schlammartigen Rohmaterials, einem Granulationsschritt und einem hydrothermischen Verfestigungsschritt der Verfestigung der Granulatprodukte mittels einer hydrothermischen Behandlung umfasst, wobei die Produkte in breiten Anwendungsgebieten und mit einer großen Nachfrage eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Behandlung einer siliziumoxidhaltigen Schlammtrübe, umfassend: einen Mischschritt des Vermischens einer Calciumverbindung mit der siliziumoxidhaltigen Schlammtrübe, um ein gleichförmiges, trübes Rohmaterial mit einem unvermischten Anteil von 6% oder weniger zu erzeugen, wobei der unvermischte Anteil als ein Anteil der Gesamtfläche von unvermischten Bereichen relativ zu der gesamten Querschnittsfläche, ausschließlich Lücken auf dem Querschnitt einer gepackten Probe des trüben Rohmaterials, definiert ist, und einen hydrothermischen Verfestigungsschritt der Verfestigung des trüben Rohmaterials mittels einer hydrothermischen Behandlung, um ein verfestigtes Produkt zu erhalten.
Verfahren zur Behandlung einer siliziumoxidhaltigen Schlammtrübe, umfassend: einen Mischschritt des Vermischens einer Calciumverbindung mit der siliziumoxidhaltigen Schlammtrübe, um ein gleichförmiges, trübes Rohmaterial mit einem unvermischten Anteil von 6% oder weniger zu erzeugen, wobei der unvermischte Anteil als ein Anteil der Gesamtfläche von unvermischten Bereichen relativ zu der gesamten Querschnittsfläche, ausschließlich Lücken auf dem Querschnitt einer gepackten Probe des trüben Rohmaterials, definiert ist; einen Granulierschritt der Granulierung des schlammartigen Rohmaterials, um ein Granulationsprodukt zu erhalten, und einen hydrothermischen Verfestigungsschritt der Verfestigung des Granulationsprodukts mittels einer hydrothermischen Behandlung, um ein verfestigtes Produkt zu erhalten.
Das Verfahren zur Behandlung einer siliziumoxidhaltigen Schlammtrübe gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Mischschritt ebenso einen Steuerungsschritt des Wassergehalts mit umfasst, um das trübe Rohmaterial auf einen Wassergehalt von 5 bis 35 Gew.-% einzustellen.
Das Verfahren zur Behandlung einer siliziumoxidhaltigen Schlammtrübe gemäß der Ansprüche 1 bis 3, worin ein Hochgeschwindigkeitsmischer vom Rückflusstyp mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 1250 bis 3000 U/min als der Mischer in dem Mischschritt eingesetzt wird.
Das Verfahren zur Behandlung einer siliziumoxidhaltigen Schlammtrübe gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die zu behandelnde siliziumoxidhaltige Schlammtrübe aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Filterkuchen aus Abwasser, das aus einer Zerkleinerungsanlage stammt; Feinpulver, das aus einer Zerkleinerungsanlage stammt; einer Schlammtrübe vom Baugewerbe und einem Filterkuchen aus Abwasser aus einer Behandlung einer ausgebaggerten Trübe besteht.
Das Verfahren zur Behandlung einer siliziumoxidhaltigen Schlammtrübe gemäß Anspruch 2, worin der Steuerungsschritt des Wassergehalts aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Entwässerungsschritt unter Verwendung einer Entwässerungseinrichtung, einem Trocknungsschritt unter Verwendung eines Trockners, einem Wasseradsorptionsschritt unter Verwendung einer Feinpulvermischvorrichtung, einem Sonnentrocknungsschritt durch Steuerung des Wassergehaltes mittels Sonnentrocknung und einem Wasserzugabeschritt durch Steuerung des Wassergehaltes durch Zugabe von Wasser besteht.
Das Verfahren zur Behandlung einer siliziumoxidhaltigen Schlammtrübe gemäß Anspruch 6, wobei der Trocknungsschritt das Trocknen unter Verwendung von in dem hydrothermischen Verfestigungsschritt erzeugter Hitze betrieben wird.
Ein trübes Rohmaterial, in welchem eine siliziumoxidhaltige Schlammtrübe und eine Calciumverbindung gleichförmig vermischt werden, wobei der kreisäquivalente Durchmesser für jeweils einen unvermischten Bereich auf dem Querschnitt einer gepackten Probe des trüben Rohmaterials 2 mm oder kleiner ist.