DE69434404T2

DE69434404T2 - Verfahren zur Stabilisierung und Verfertigung von umweltbelastenden Abfällen, daraus hergestellte Produkte, und Produkte zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE69434404T2
Application number: DE1994634404
Authority: DE
Inventors: Abdelkrim Bouchelaghem; Jean Yves Cojan; Daniel Gouvenot
Original assignee: Compagnie du Sol SARL
Current assignee: Compagnie du Sol SARL
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1994-04-06
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2014-04-07
Also published as: JPH06304544A; DE69434404D1; EP0619278B1; ATE297882T1; ES2066741T3; EP0619278A2; ES2066741T1; DE619278T1; EP0619278A3; FR2703604A1; CZ81094A3; JP3432580B2; SK39894A3; PT619278E; FR2703604B1

Description

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines neuen Verfahrens zur Stabilisierung und Verfertigung von umweltbelastenden Abfällen, daraus hergestellten Produkten und Produkten zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, daß verschiedene gesetzliche Bestimmungen und Regelungen immer häufiger verlangen, daß umweltbelastende Abfälle vor ihrer Lagerung auf Mülldeponien inert gemacht werden.
Gemäß einer bekannten Technik werden die umweltbelastenden Abfälle mit einem Produkt vermischt, das abbindet und eine Matrize darstellt, die so kompakt wie möglich ist, in welcher die Abfälle gefangen sind.
Dadurch werden Austausche zwischen den Abfällen und der Außenwelt begrenzt.
Es ist ebenfalls bekannt, daß es gemäß dieser Technik erforderlich ist, feste Produkte zu erhalten, welche in ihrem gesamten Volumen identische Eigenschaften aufweisen, wodurch beispielsweise keine Produkte wie Kokillen erhalten werden dürfen, welche nur Eigenschaften aufweisen, die für die Umgebung ihrer Oberfläche interessant sind.
So ist es bekannt, umweltbelastende Abfälle mit Portland-Zement zu vermischen, dem verflüssigende Produkte oder wasserreduzierende Mittel hinzugefügt werden, wodurch es möglich wird, die umweltbelastenden Abfälle in die Form von festen Produkten zu bringen, die eine geringe Neigung aufweisen, durch Regenwasser oder im Boden enthaltenes Wasser ausgewaschen zu werden.
Ferner ist bekannt, dem Portland-Zement Kalk und eventuell Hochofenschlackenpulver hinzuzufügen.
Weiterhin ist bekannt, dem Gemisch Ton beizumengen, um die Dichtheit des Bindemittels zu verbessern.
Diese Verfahren sind im Allgemeinen für das Rückhalten von Schwermetallen zufriedenstellend, sind aber meistens bei löslichen Produkten, wie Chloriden, unzureichend.
Gemäß einer anderen bekannten Technik werden die Abfälle mit einem Gemisch aus Portland-Zement und löslichem Silikat (Kieselerdeflüssigkeit), wobei das Molarverhältnis SiO₂/Na₂O im Allgemeinen in der Größenordnung von 3,3 liegt, behandelt.
Die im Silikat enthaltene Kieselerde ist sehr aktiv, so daß sie auf den Kalk des Zements (Ca⁺⁺) und die Metallkationen (Hg, Pb, Cd usw.) der umweltbelastenden Abfälle einwirken kann, um metallische Silikatniederschläge auszubilden, die im Allgemeinen eine geringe Löslichkeit aufweisen.
Dennoch ist es nicht immer einfach, die Konkurrenz zwischen den verschiedenen Kationen gegenüber der Kieselerde zu beherrschen, und daraus ergibt sich, daß die Verbindungen auf der Basis von Portland-Zement und Silikat bei dem Zurückhalten der Metallkationen relativ leistungsfähig, jedoch in Bezug auf lösliche umweltbelastende Substanzen und organische Stoffe viel weniger leistungsfähig sind.
Darüber hinaus führen die verschiedenen bekannten Verfahren zu schlecht beherrschten Reaktionen, deren exotherme Eigenschaft Risse oder Mikrorisse innerhalb des erhaltenen festen Produktes hervorruft, was im Gegensatz zu dem verfolgten Ziel steht, wobei die Austausche zwischen den zu verdichteten Abfällen und der Außenwelt begünstigt werden.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Matrize herzustellen, welche es erlaubt, umweltbelastende Abfälle wirksam zu umhüllen, wobei das Abbinden der Matrize nicht durch die Bestandteile der Abfälle beeinträchtigt wird, so daß die Matrize infolgedessen nicht durch Risse oder Mikrorisse Schaden erleidet.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zum Behandeln von umweltbelastenden Abfällen durch Einbringen in ein Bindemittel zur Bildung von Blöcken mit großem Volumen bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß umweltbelastende Abfälle in ein wasserhaltiges Bindemittel auf der Basis von Zement aus Hochofenschlacke und/oder aus einem pulverisierten Produkt auf der Basis von Schlacke, vermischt mit feinem Kieselerdepulver und wenigstens einer Verbindung von Magnesium, Kalium oder Aluminium eingebracht werden, so wie in Anspruch 1 definiert.
Es hat sich herausgestellt, daß in einer noch nicht erklärten Weise die Gegenwart gemäß der Erfindung von Verbindungen aus Magnesium, Kalium und/oder Aluminium in dem Gemisch ermöglicht, Beeinträchtigungen zu vermeiden, die durch die Metalloxyde oder Metallchloride verursacht werden, die in den umweltbelastenden Abfällen enthalten sind, so wie dies bei den bereits bekannten Verfahren geschieht, die einleitend erwähnt wurden.
Somit wird gemäß dem Verfahrens der Erfindung ein festes Produkt erhalten, dessen Abbindezeit im wesentlichen dieselbe wie jene eines herkömmlichen Bindemittels ist, das nicht Abfällen beigemengt worden ist und dessen Festigkeit nach 28 Tagen wenigstens gleich 10 kg pro cm² ist.
Ferner hat sich herausgestellt, daß durch die Durchführung des Verfahrens der Erfindung bei den gemäß der französischen Norm NF X31210 (große Abfälle) durchgeführten Laugungstests wesentlich bessere Ergebnisse erzielt werden als bei den zuvor bekannten Verfahren, wobei der lösliche Gesamtanteil weniger als 5 % beträgt, der Chloridgehalt bei weniger als 10 g pro kg behandelter Abfälle und der Metallgehalt in der Größenordnung von 0 bis 100 mg pro kg Abfälle liegt.
Somit ist festzustellen, daß zusammen mit der Zugabe von feinem Kieselerdepulver die Beimengung gemäß der Erfindung von Magnesium, Kalium oder Aluminium ermöglicht, Beeinträchtigungen zu vermeiden, die durch die in den umweltbelastenden Abfällen enthaltenden Elemente verursacht werden.
Somit wird eine kompakte widerstandsfähige und homogene Matrize erhalten, die nicht durch exotherme Quellphänomene verändert wird, welche die klassischen Matrizen zum Platzen bringen, vor allem jene auf der Basis von Portland-Zement.
Zudem zeigt die Überprüfung der Produkte, die gemäß der Erfindung erhalten wurden, daß sie zu keiner Ausbildung von Salzen oder quellenden Kristallen führen, die für die Integrität ihrer Matrize sehr schädlich sind.
Gemäß der Erfindung weist das feine Kieselerdepulver eine Granulometrie von weniger als 10 Mikron auf. Sie beträgt in der Verbindung vorzugsweise zwischen 5 und 20 Gew% in Bezug auf die Hochofenschlacke.
Gemäß der Erfindung weisen die Körner des Bindemittels eine Granulometrie zwischen 0 und 200 Mikron und vorzugsweise von weniger als 100 Mikron auf.
Gemäß der Erfindung können die Verbindungen auf der Basis von Magnesium zum Beispiel aus Magnesiumchlorid, Magnesiumoxyd, Magnesiumsulfat oder durch ein beliebiges Produkt hergestellt sein, das ausreichende Gehalte dieser Verbindungen enthält, die geeignet sind, beispielsweise Magnesiumoxychlorid zu bilden.
Das Kalium kann zum Beispiel durch Kaliumsulfat oder jegliches andere Produkt beigemengt werden, das einen ausreichenden Kaliumgehalt enthält.
Das Aluminium kann zum Beispiel durch Schmelzzement auf der Basis von Aluminiumoxyd oder durch Aluminiumoxyd oder jegliches andere Produkt, das dieses enthält, zugeführt werden.
Das Gemisch gemäß der Erfindung aus dem Bindemittel und den Verbindungen auf der Basis von Magnesium, Kalium und/oder Aluminium kann in einer ziemlich großen Bandbreite an Anteilen hergestellt werden, die sich beispielsweise von 2 bis 150 kg der Verbindungen auf der Basis von Magnesium, Kalium und/oder Aluminium auf 100 kg Schlackenzement und/oder pulverisiertem Produkt auf der Basis von Schlacke erstreckt.
Gemäß der Erfindung kann auch Ton beispielsweise mit einem Anteil von 5 bis 100 Gew% des Bindemittelgemischs eingebracht werden.
Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, zum Gemisch eine bestimmte Menge an Aktivkohle für das Begünstigen des Zurückhaltens der organischen Stoffe hinzuzufügen. Diese Aktivkohle kann beispielsweise in einem Anteil von 0 bis 20 % der Gesamtheit der anderen Bestandteile beigemengt werden.
Schließlich ist es auch möglich, dem Gemisch klassische Hilfsstoffe hinzuzufügen, welche die Fließfähigkeit der Bindemittel, ihre Abbindezeit und im Allgemeinen die Rheologie des Gemischs modifizieren.
Unter Pulver auf der Basis von Hochofenschlacke ist gemäß der Erfindung ein Gemisch zu verstehen, das wenigstens ungefähr 50 % Hochofenschlacke enthält.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun zur Veranschaulichung und ohne einschränkenden Charakter mehrere nachstehend beispielhaft erläuterte Ausführungsformen beschrieben.
Beispiel 1
Zum Behandeln von 1000 kg trockener Industrieabfälle werden diese mit

– 100 bis 300 kg Schlackenzement,
– 10 bis 30 kg Kieselerdepulver mit 10 Mikron,
– 100 kg Magnesiumoxyd (Zugabe von Magnesium),
– 550 bis 700 Liter Wasser vermischt.

Nach dem Abbinden des oben beschriebenen Gemischs wird ein festes homogenes Produkt erhalten, das keinerlei Risse aufweist.
Die Festigkeit dieses Produktes liegt nach 28 Tagen bei 10 bis 20 kg/cm².
Das erhaltene Produkt, das gemäß der französischen Norm NF X31210 gelaugt wird, salzt nur Abwässer aus, die dieser Norm entsprechen.
Wenn dieselbe Menge von 1000 kg Abfällen 300 bis 600 kg Portland-Zement hinzugefügt werden, weist das erhaltene Produkt zum Vergleich nach einigen Tagen Mikrorisse auf.
Zudem gelingt es dem Bindemittel auf der Basis von Portland-Zement, wenn die umweltbelastenden Abfälle Metalloxyde enthalten – was häufig vorkommt – im Gegensatz zur Zusammensetzung der Erfindung, die eine Abbindezeit aufweist, die mit jener eines klassischen Bindemittels ohne Abfälle identisch ist, nicht, abzubinden.
Beispiel 2
Um 1000 kg trockener umweltbelastender Abfälle zu behandeln, werden diese mit:

– 200 bis 500 kg Pulver auf der Basis von Hochofenschlacke (die ungefähr 60 Schlacke enthält),
– 100 bis 200 kg Schmelzzement auf der Basis von Aluminiumoxyd,
– 10 bis 50 kg feinem Kieselerdepulver,
– 500 bis 700 Liter Wasser vermischt.

Nach dem Festwerden wird ein Produkt erhalten, das im wesentlichen dieselben Eigenschaften aufweist wie jene, die gemäß den Angaben in Beispiel 1 erhalten wurden.
Beispiel 3
Zum Behandeln von 1000 kg umweltbelastenden Schlämmen mit einem Trockengehalt von 40 %, welche organische Schadstoffe enthalten, werden diese mit:

– 100 bis 300 kg Schlackenzement,
– 20 bis 50 kg Magnesiumchlorid (Zugabe von Magnesium),
– 5 bis 60 kg feinem Kieselerdepulver,
– 5 kg Ton,
– 10 bis 20 kg Aktivkohle,
– 200 bis 300 Liter Wasser vermischt.
– 5 kg Zusatzstoff, der aus einem Melaminharz besteht

Nachdem die Abbindung des Gemischs erfolgt ist, erreicht das erhaltene Produkt eine Mindestfestigkeit von 10 kg pro cm² ohne Bildung von Rissen oder Mikrorissen.
Einem Vergleichsprodukt, das zum Vergleich ausschließlich ausgehend von Zement hergestellt wird, gelingt es nicht, abzubinden.
Wie zuvor angeführt, hat der Ton die Funktion, die metallischen Schadstoffe zurückzuhalten, während die Aktivkohle die organischen Schadstoffe zurückhält.
Das erhaltene Produkt, das gemäß den zurzeit geltenden Normen ausgelaugt wird, salzt metallische oder organische Schadstoffe nur unter den vorschriftsmäßigen Grenzwerten aus.
Beispiel 4
Um 1000 kg umweltbelastende Trockenabfälle mit Kaliumsulfat zu behandeln, werden:

– 200 bis 500 kg Schlackenpulver,
– 10 bis 20 kg Kalk,
– 10 bis 20 kg feines Kieselerdepulver,
– 10 bis 20 kg Magnesiumchlorid (Zugabe von Magnesium),
– 20 bis 30 kg Kaliumsulfat (Zugabe von Kalium),
– 5 bis 10 kg Ton,
– 400 bis 500 Liter Wasser,
– 3 kg Gluconat (Zusatzstoff zur Regelung der Abbindegeschwindigkeit) vermischt.

Dieses Gemisch bindet ab, ohne daß die Temperatur 100 °C erreicht. Wenn man hingegen ein Bindemittel verwendet, das aus einem herkömmlichen Zement besteht, erhitzt sich die erhaltene Masse und bildet Risse aus.
Der gemäß der Erfindung erhaltene Block, der einer Auslaugung unterzogen wird, hält im Gegensatz zu einem Block, der aus herkömmlichem Zement vom Typ Portland hergestellt wird, die geltenden Bestimmungen ein.
Beispiel 5
Dieses Beispiel ermöglicht die Behandlung von Abfällen, welche Ca⁺⁺ enthalten und die sehr reaktionsfreudig sind, ohne daß es bei den gemäß der Erfindung erhaltenen Blöcken zur Ausbildung von Rissen kommt.
Ausgegangen wird von 1000 kg reaktiven Abfällen.

– 300 bis 500 kg Schlackenpulver,
– 10 bis 20 kg Kaliumsulfat (Zugabe von Kalium),
– 10 bis 20 kg Schmelzzement (Zugabe von Aluminium),
– 5 kg Ton,
– 10 bis 50 kg feines Kieselerdepulver,
– 400 bis 500 Liter Wasser,
– 6 kg Lignosulfat, das als Verzögerungsmittel wirkt.

Diese Formulierung verhindert die Temperaturanstiege, welche die Rißbildung in den Blöcken auslösen, sobald das Volumen ungefähr 100 Liter übersteigt.
Bei einem herkömmlichen Zement platzen die Blöcke und entsprechen nicht den geltenden Vorschriften.
Beispiel 6
Eine Variante von Beispiel 5 kann ausgeführt werden, indem:

– 200 bis 300 kg Schlackenzement,
– 10 bis 20 kg Schmelzzement (Zugabe von Aluminium),
– 30 bis 40 kg Magnesiumchlorid (Zugabe von Magnesium)
– 5 kg Ton,
– 10 kg feines Kieselerdepulver,
– 400 bis 500 Liter Wasser,
– 6 bis 7 kg Verzögerungsmittel auf der Basis von Lignosulfat vermischt werden.

Claims

Verfahren zum Behandeln von umweltbelastenden Abfällen, welches wenigstens eine der folgenden Verbindungen aufweist: Chloride, Schwermetalle, organische Schadstoffe, Metalloxyde oder Ca⁺⁺, wobei diese in ein Bindemittel eingebracht werden, um Blöcke mit großem Volumen auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß ein wasserhaltiges Bindemittel auf der Basis von Zement aus Hochofenschlacke und/oder aus einem pulversiertem Produkt auf der Basis von Hochofenschlacke, dessen Granulometrie unter 200 μm liegt, vermischt mit einem feinen Kieselerdepulver, dessen Granulometrie bei weniger als 10 μm liegt und dessen Gew% zwischen 5 und 20 % in Bezug auf die Hochofenschlacke liegt, und mit wenigstens einer Verbindung von Magnesium, Kalium oder Aluminium verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung auf der Basis von Magnesium Magnesiumchlorid enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung auf der Basis von Magnesium Magnesiumoxid enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung auf der Basis von Magnesium Magnesiumsulfat enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung auf der Basis von Kalium Kaliumsulfat enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung auf der Basis von Aluminium Schmelzzement oder Natriumaluminat enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung auf der Basis von Aluminium Aluminiumoxyd enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch mit Anteilen von ungefähr zwischen 2 bis 150 kg der Magnesium-, Kalium- oder Aluminiumverbindung auf 100 kg Bindemittel hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch 5 bis 100 Gew.% Ton bezogen auf das Bindemittel beigefügt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch zusätzlich Aktivkohle beigefügt wird.