DE69022089T2 - Verfahren zum Unlöslichmachen und zur Verdichtung von Flugasche aus Verbrennungsanlagen. - Google Patents
Verfahren zum Unlöslichmachen und zur Verdichtung von Flugasche aus Verbrennungsanlagen.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Abfällen, um diese wasserunlöslich zu machen und in kompakte Massen umzuwandeln, in welche giftige Elemente und Produkte eingeschlossen sind, insbesondere Metalle. Insbesondere bezieht sie sich auf Flugasche.
- Es ist bekannt, daß Flugasche (im folgenden mit CV abgekürzt) aus der Verbrennung beliebiger Abfälle stammt. Eine Verbrennungsanlage erzeugt neben Schlacke und Rückständen aus der Abgasreinigung eine große Menge an CV in Form von feinen Teilchen, welche üblicherweise durch eine elektrostatische Anordnung aufgefangen wird. Die Zusammensetzung der CV ändert sich natürlich als Funktion der Arten von Abfällen, der verwendeten Ausrüstung sowie der Verarbeitungsbedingungen. So weist z. B. bei der Verbrennung von Haushaltsabfällen die CV ungefähr die folgende Zusammensetzung auf:
- Si : 23% ; Al : 7% ; Fe : 4% ; Pb : 1% ; Zn : 1,9% ; Ca : 8% , Mg : 2,5% ; Ba : 0,3% ; K : 4% ; Na : 3% ; Ti : 0,7% ; Cd : 0,03% , Sn : 0,3% ; Cr : 0,1% Cl : 1% ; S : 3% , Na : 3% ; N : 4% ; P : 5% ; C organisch : ungefähr : 1 % der unverbrannten Reststoffe.
- Sofern die CV in einer feuchten Umgebung gelagert wird, kann durch Auswaschung eine erhebliche Umweltverschmutzung bewirkt werden. So kann z. B. eine Probe, welche einen pH- Wert von 6,8 aufweist gemäß der Norm DIN 38414 durch Auswaschung die folgenden giftigen Elemente abgeben (wobei die Mengen in p.p.m., d. h. Teilchen pro Million, angegeben sind) : Pb : 6,3 ; Cu : 0,2 ; Cd : 60 ; Zn : 900 ; Fe : 0,2.
- Das Dokument US-A-4.472.198 beschreibt ein Verfahren zur Verarbeitung von Flugasche, bei dem die Asche mit 5 bis 25 Gewichtsprozent Wasser vermischt wird und das derart erhaltene Gemisch anschließend verdichtet wird. Aufgrund dieses Verfahrens erhält man einen Stoff, welcher der Erde ähnelt.
- Es wurden außerdem eine bestimmte Anzahl von Verfahren vorgeschlagen, um aus der Verbrennung stammende Flugasche in Wasser unlöslich zu machen, z. B. in dem ihr erhebliche Mengen Kalk zugefügt werden oder aber auch Zement oder Gemische aus Zement und Natriumsilikat. Die durch derartige Bearbeitungsschritte erhaltenen Zusammensetzungen sind äußerst basisch (mit einen pH-Wert im allgemeinen von mehr als 12) und neigen dazu, Elemente wie insbesondere Blei und Zink zu lösen. Ein weiterer Nachteil kann darin gesehen werden, daß insbesondere die ungewollte Herstellung von Wasserstoff auftritt gemäß der folgenden Gleichung:
- OH&supmin; + H&sub2;0 + Al T A10&sub2;&supmin; + 3/2 H2
- Im Hinblick auf eine Überwindung dieser Nachteile, die zum großen Teil auf der starken basischen Wirkung der behandelten Flugasche beruht hat der Anmelder zahlreiche Experimente durchgeführt, um die CV in einen praktisch wasserunlöslichen Stoff umzuwandeln, der leicht zu einer nicht reagierenden und ungiftigen Masse verdichtet werden kann, die sich außerdem als Zuschlagstoff für Beton eignet.
- Es wurde überraschenderweise gefunden, daß Stoffe mit den oben genannten Eigenschaften erhältlich sind, in dem der CV eine geringe Menge Wasser derart zugefügt wird, daß eine Art Mörtel oder Paste erhalten wird oder besser noch eine Masse, welche in homogener Weise mit Wasser durchfeuchtet ist.
- Um zu einer geeigneten Durchfeuchtung zu gelangen, läßt sich ein Mischer einsetzen oder aber ein Transportband, welches die CV transportiert und auf das wenigstens ein Teil des erforderlichen Wassers aufgesprüht wird. Diese Menge Wasser kann im allgemeinen zwischen den Grenzwerten von 10 bis 35 Gewichtsprozent der CV variieren, liegt jedoch meistens zwischen 10 und 18 %.
- Gemäß einer interessanten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann anstelle von Leitungswasser ungereinigtes Wasser eingesetzt werden, beispielsweise: Oberflächen- oder Grundwasser, Abwasser, Schlamm aus der Wasseraufbereitungsanlage oder Waschwasser.
- Nach der Behandlung mit den oben angegebenen Bedingungen gibt das erhaltene Gemisch keine Staubteilchen mehr ab und wird sorgfältig verdichtet, z. B. in Form von Bausteinen oder dgl. oder auch durch Maschinen, wie sie für öffentliche Bauarbeiten verwendbar sind. Gemäß einer Variante läßt sich das Gemisch auch extrudieren.
- Es konnte nach den Schritten der Durchfeuchtung der CV durch verschiedene Analysen festgestellt werden, insbesondere durch Röntgenstrahlenbeugung, daß das der CV zugefügte Wasser sich wie ein tatsächliches Reagenz verhält, insbesondere durch Bildung von Gehlenit mit der Zusammensetzung: (CaO)&sub2; Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, 8H&sub2;0 sowie von Aluminat (CaO)&sub4;, Al&sub2;O&sub3;, 13 H&sub2;O, wobei das zugefügte Wasser teilweise Bestandteilwasser dieser Stoffe wird.
- Die experimentellen Ergebnisse, die in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt sind, zeigen, daß die Auswaschung gemäß der Norm DIN 38414 für eine CV mit eine pH-Wert von ungefähr 7,6, die gemäß der Erfindung behandelt wurde, erheblich verringert ist: Tabelle 1 Metalle Verhältnis Wasser vor der Behandlung nach der Behandlung CV
- Die Einheiten für die dargestellten Zahlen der Metalle sind in p.p.m. ausgedrückt.
- Wie sich feststellen läßt, begünstigt ein geringes Verhältnis Wasser/CV die Fixierung der giftigen Elemente. Das Verhältnis entspricht im allgemeinen einem Minimum von 0,13 bis 0,14, kann jedoch noch geringfügig abgesenkt werden durch die Verwendung von die Verflüssigung fördernde Stoffe, wie z. B. Zellulose enthaltende Sulfonate.
- Es wurde außerdem gefunden, daß in häufigen Fällen, in denen es sich um saure CV handelt, die Resultate nach der Auswaschung und auch die Neigung zum Erhalt harter Abfallmassen verbessert werden können, wenn dem Wasser eine geringe Menge an Kalk hinzufügt wird, dergestalt, daß ein maximaler pH-Wert von ungefähr 11,6 erhalten wird. Dem Kalk kann außerdem ein Stoff auf Basis von Siliciumoxid und/oder Aluminiumoxid zugemischt werden.
- Die nachfolgenden Beispiele illustrieren die verschiedenen Verbesserungen der Erfindung.
- a) Einer Menge von 158 kg aus Haushaltsabfällen stammender Flugasche wurden 30 kg Wasser zugefügt, in welchem 0,03 kg ungelöschter Kalk (CaO) dispergiert war, d. h. 0,1 %. Nach der Verdichtung wurde ein Stoff mit sehr guter Kohäsion erhalten mit den folgenden Ergebnissen für die Auswaschung: Wasser/CV
- b) Einer Menge von 133,3 kg aus Haushaltsabfällen stammender Flugasche wurden 30 kg Wasser hinzugefügt, in welchem 0,183 kg Kalk, d. h.
- 0,137 % dispergiert war. Nach der Verdichtung des Gemisches wurde ein Stoff erhalten, dessen Kohäsion größer als diejenige des Stoffes gemäß dem Versuch (a) war, wobei die Auswaschung außerdem noch geringer war, insbesondere hinsichtlich von Kadmium. Anfangswert des pH 11,5 Wasser/CV
- Die Druckfestigkeit des Materials nach 20 Tagen erreichte 7 MegaPascal (MPa).
- c) Bei diesem Beispiel stammte der zugefügte Kalk aus Reinigungsrückständen von Verbrennungsgasen (DEF).
- Einer Menge von 180 kg von aus Haushaltsabfällen stammender CV wurde 50 kg Wasser hinzufügt, in dem 7 kg DEF dispergiert waren (welche ungefähr 30,5 % Kalk enthielten, davon einen Teil in Form von Carbonat). Es wurde ein Stoff erhalten, dessen Kohäsion genauso gut war wie diejenige im Beispiel b) und mit den folgenden Ergebnissen für die Auswaschung (wobei die Elementmengen immer noch in p.p.m. ausgedrückt werden) Anfangswert des pH Wasser/CV+DEF
- Einer Menge von 100 kg von aus Haushaltsabfällen stammender CV wurde 2 kg CaO und 3 kg Kohlenasche (als Grundlage von Silicumoxid) hinzugefügt, wobei die beiden letzteren Stoffe in 30 kg Wasser dispergiert waren. Die Ergebnisse nach der Auswaschung waren ausgezeichnet, wie der folgenden Tabelle zu entnehmen ist: Anfangswert des pH Wasser/CV+CaO+Kohlenasche
- Einer Menge von 158 kg von aus Haushaltsabfällen stammender CV wurde 30 kg Abwasser einer Wasserreinigungsanlage hinzugefügt, in dem 8 kg Aluminat-Zement dispergiert war, welcher 38 % CaO und 39 % Al&sub2;O&sub3; aufwies. Nach der Verdichtung wies der Stoff eine gute Kohäsion auf sowie einen ausgezeichneten Druckwiderstand. Die Resultate bezüglich des Auswaschens sind im folgenden dargestellt: Anfangswert des pH Wasser/CV+andere
- In der Praxis bedeutet das Hinzufügen von Kalk eine Anwendungsbreite von ungefähr 0,05 bis 2 Gewichtsteilchen für 100 Gewichtsteilchen zu behandelnder CV.
- Wie aus den obigen Beispielen hervorgeht, kann als Kalk ungelöschter Kalk oder gelöschter Kalk verwendet werden, oder aber auch jeder andere kalkhaltige Stoff, wie z. B.: Aluminat-Zement, Rückstände aus der Acetylenherstellung etc. Das hinzugefügte Siliciumoxid kann natürliches Silicumoxid (Kieselerde), gemahlenes Siliciumoxid, Tonerde, Kohlenasche, zerkleinerte Pouzzolanerde, Asbestabfälle, Rückstände aus der Herstellung von Ferrosilicium sein, etc. Als Ausgangsstoffe für Aluminiumoxid können neben den aluminiumoxidhaltigen Zementen auch Rotschlämme verwendet werden, welche zur Abscheidung von Alumiumoxid verwendet werden.
Claims (6)
1. Verfahren zur Behandlung von Flugasche aus der Verbrennung
von Haushaltsabfällen, mit Ausschluß von Flugasche aus
Kohle, im Hinblick auf den Erhalt einer festen
Zusammensetzung, die eine Festigkeit gegen Drücke aufweist,
die den Wert 7 MPa erreicht, die praktisch in Wasser
unlöslich und die umweltfreundlich ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Asche eine kleine Menge Wasser, die
zwischen 10 % und 35 % ihres Gewichts liegt, und eine
kleine Menge Kalk zugesetzt wird, so daß der erhaltene pH-
Wert zwischen 7,4 und 11,6 liegt, und daß die so erhaltene
Zusammensetzung anschließend verdichtet oder extrudiert
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Teil des Wassers durch einen Sprühvorgang zugeführt wird
und daß der andere Teil während des Misch- oder
Knetvorgangs der Asche zugefügt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das verwendete Wasser aus der Gruppe
der folgenden Wasserquellen stammt: Oberflächen- oder
Grundwasser; Abwasser; Schlamm aus der
Wasseraufbereitungsanlage; Waschwasser.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kalkmenge zwischen 0,05 und 2
Teilen auf 100 (Gewichts-)Teilen Flugasche liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kalk Bestandteil einer
Zusammensetzung ist, welche Siliziumoxid und/oder
Aluminiumoxid aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als
Quellen für Kalk, Siliziumoxid und Aluminiumoxid solche
ausgewählt werden, deren Bestandteile als Abfall angesehen
werden, wie sie bei der Herstellung von Acethylen,
Ferrosilizium, Rotschlamm, Rauchgasreinigung und dgl.
anfallen.
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