EP0980344A1 - Method and device for producing storage mineral constituents to immobilize harmful substances and for producing components, specially building slabs and mixtures - Google Patents

Method and device for producing storage mineral constituents to immobilize harmful substances and for producing components, specially building slabs and mixtures

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EP0980344A1
EP0980344A1 EP98925550A EP98925550A EP0980344A1 EP 0980344 A1 EP0980344 A1 EP 0980344A1 EP 98925550 A EP98925550 A EP 98925550A EP 98925550 A EP98925550 A EP 98925550A EP 0980344 A1 EP0980344 A1 EP 0980344A1
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EP
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water
starting materials
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reactor
cao
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EP98925550A
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Georg Gebhard
Beate Werner
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Individual
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the production of storage mineral components for the immobilization of pollutants and for the production of components, in particular of building boards and of mixtures.
  • gypsum-based building boards using the winding method, which in addition to the gypsum present in the form of CaS0 4 • V 2 H 2 0 also include cement, slags, fly ash, diatomaceous earth, sand, mineral and organic fibers and flocculants (DE- OS 3121256).
  • a process for the production of a binder is known for the immobilization of pollutants, the starting materials for the storage components from combustion residues, water-containing substances and CaO being mixed and subjected to a special thermal treatment (DE 197 19 684). The use of this product in building materials is not described in detail.
  • the invention is therefore based on the object of using a simple and inexpensive process to produce a product which has an adjustable and high reactivity for pollutant immobilization, and to design a process and an apparatus which allow mixing, conveying and controlled thermal treatment of various substances , in particular of bulk goods, is guaranteed in one facility and creates the possibility of producing light and stable components and / or mixtures which can be used in a variety of ways for interior and exterior construction and consist mainly of residues and natural materials.
  • filter ash is brought together with water-containing substances and, if necessary, with CaO.
  • Free lime-containing filter ashes such as lignite filter ashes and ashes from fluidized bed combustion or dry desulphurization, but also filter ashes from waste, sewage sludge and hard coal incineration plants can be used as filter ashes. It has been shown that, depending on the free lime contents of the ashes used, a CaO addition of 1 to 50% by weight is sufficient. Particularly favorable results for storage mineral formation can be achieved if 30 to 90, in particular 40 to 70,% by weight of water-containing substance are used in relation to the mixture.
  • water-containing substances such as red sludge, aluminum hydroxide, waste water, silicate, ettringite and gypsum sludges has proven to be particularly advantageous. These materials can be used in different degrees of drying.
  • the water can be present as crystal water and / or as physically adhering water. This offers the possibility of moisturizing the aforementioned substances, ie. H. to be used without prior preparation.
  • this mixture is exposed to a temperature which leads to the release of the crystal water and / or as physically adhering water.
  • This temperature depends on the type of water-containing substance and is between 100 and 600 ° C.
  • the water reacts with the added and the free CaO present in the filter ash with the brief formation of calcium hydroxide, which reacts further with aluminates and silicates to form the storage mineral phases described above.
  • the addition of CaO alone without the process according to the invention in no case leads to an increase in the reactive components since there is no reaction between the calcium oxide and the aluminates or silicates.
  • the amount of heat released during hydration supports the formation of the reactive mineral phases and leads to the saving of externally supplied energy in order to maintain the reaction temperature.
  • Substances containing water of crystallization are converted into the partially or fully hydrated state by the treatment according to the invention.
  • the proportion of active components can also be increased in that substances containing water of crystallization can be reactivated during the dehydration.
  • calcium aluminate sulfate hydrates become storage mineral formers in the process according to the invention Anhydrite, bassanite and portlandite converted. These components can be used to store pollutants by forming the ettringite storage mineral.
  • the invention enables filter ash to be used for immobilization which, up to now, has not been suitable for this application due to a lack of reactivity (e.g. hard coal filter ash, brown coal filter ash with low CaO contents).
  • the method according to the invention not only leads to an enrichment of reactive mineral phases for the immobilization of pollutants, but also to an increase in the amount of hydraulically active components. This can be seen from the building material values of the hardening product (see application example).
  • a rotary tube with internals for mixing and conveying the material or a stationary or circulating fluidized bed can be used.
  • the reactivity of the product can be controlled via the residence time and temperature in the reactor.
  • the phase formation increases with increasing temperature and dwell time.
  • the method according to the invention thus offers a possibility of adapting the reactivity of the product to the requirements for pollutant immobilization or for building material suitability.
  • the residence time can be between 5 and 120 min. vary.
  • the starting materials in the form of combustion residues and water-containing substances are fed via an application device to an elongated device which simultaneously functions as a mixer and thermal reactor and that the starting materials are mixed and simultaneously conveyed and thermally treated by means of several paddle shafts, the thermal treatment in Different temperature zones are implemented differently and are carried out in a water vapor atmosphere under different pressure conditions.
  • temperatures in the different zones of the reactor and different residence times of the mixture in the device By setting different temperatures in the different zones of the reactor and different residence times of the mixture in the device by changing the conveying speed and varying the zone length, products with different properties can be produced, which are based on the intended immobilization of pollutants and / or are specifically tailored to the building material application.
  • the temperatures in the different zones are set between 100 - 400 ° C.
  • the starting materials can either be thermally treated with temperatures rising and / or changing in the temperature zones.
  • To initiate the necessary "nucleation” it is possible to treat the treated good in one Quantity of 1 - 10% of the total amount due to the beginning of the thermal treatment.
  • a water vapor atmosphere of 100-1000 l / m is formed at pressures from 0.1 mbar to 10 bar, preferably between 1 mbar and 5 bar.
  • the device is heated either on a gaseous basis or by an electric heater.
  • the device for carrying out the method has a feed device and a plurality of lying paddle shafts, which are provided with an electric drive with gear and bearing, and which are guided in a heated, elongated housing which has a further supported bearing and an outlet at its end.
  • the elongated housing has a vapor extraction with return and 2 to 8, preferably 4, temperature zones. These are arranged on a length of 10 -90%, preferably 10 -50%, of the length of the housing.
  • the material temperature in the zones is measured using thermocouples.
  • the heat input takes place by gas burners arranged in a circle on the housing and / or by direct and / or indirect electrical heating, direct heating preferably being implemented in the upper housing region and indirect heating in the lower housing region. Heating by means of steam is also possible.
  • the housing is thermally insulated.
  • the paddle shafts either have the same or an opposite direction of rotation and their number is adapted to the required throughput.
  • the angle of attack of the paddles, based on the shaft axis, is
  • a thermally treated mixture of combustion residues, water-containing substances and CaO is used in the manufacture of the binder, which (as reinforcement) is mixed with organic fibers formed from renewable raw materials and / or recycled textiles as well as a natural filler and water, if necessary is then pressed into molds and hardened.
  • Lignite, hard coal, fluidized bed filter ash can be considered as combustion residues.
  • the water-containing substances can be non- or partially dewatered REA gypsum.
  • Hemp and / or flax and / or sisal and / or reed and / or bamboo and / or textiles or the like are used as organic fibers.
  • These fibers are intended to give the components to be manufactured significantly higher elasticity values compared to the prior art, which, in conjunction with the special binder and the high strength values to be achieved thereby, make it possible, on the one hand, to produce larger components with thinner wall thicknesses or layer thicknesses as well as load-bearing elements. It is completely irrelevant whether it is used indoors or outdoors because the components are weatherproof, frost-resistant and not very sensitive to water contact.
  • the organic fibers are processed before being processed.
  • the cockroaches produced during processing are used as fillers for the mixture. This has the advantage that the thermal insulation of the mixture is significantly improved and the mass is reduced via these fillers, which extends the scope of application.
  • the mixture described can also be used as plaster, screed, in-situ concrete or the like. The proportion of binder, organic fiber and filler is adjusted depending on the intended use.
  • the resulting product is used to immobilize chrome-containing floors.
  • the eluate concentration of the material to be treated is 600 mg / 1 Cr 6 +.
  • 50 kg of the soil are mixed intensively with 20 kg of the ash treated according to the invention with the addition of 18 kg of water for 2 minutes.
  • 20 kg of the untreated ash are added to the same amount of contaminated material.
  • Proctor cylinders are made from the mix, which are stored in a moist place until tested after 28 days.
  • the immobilization rate improves from 77% to 97% in the present example.
  • the compressive strength increases by 148% when using the material treated according to the invention.
  • the storage minerals Chromatettringit and Monochromat are detected by X-ray in the hardened material.
  • the starting materials are fed to the feed device 1 and pass through this into the housing 6 with paddle shafts 5, which are driven by a drive 2 with a gear 3 and are supported by the bearings 4 and 7.
  • the rotatable paddle shafts 5 convey and mix the starting materials evenly and in a controlled manner towards the outlet 8.
  • the reactor for a system of 10 t / h should, for. B. about 6 m in length and about 1 m in diameter.
  • the housing 6 is thermally insulated and divided into the temperature zones 1-4, which are equipped with an electric heater. In the upper area of the housing 6 there is a direct electric heater and in the lower area an indirect heater.
  • the temperature to be set in the different zones is between 100 - 400 ° C. Heating is carried out separately for each zone using a computer-controlled program.
  • Temperature zone I can have, for example, a temperature of 150-200 ° C, temperature zone II 200-300 ° C, temperature zone III 300-350 ° C and temperature zone IV 350-300 ° C.
  • the speed of the paddle shafts 5 can be varied so that the residence time of the mixture can be regulated. In the example, it can be 20 rpm. be.
  • the targeted thermal treatment in the 4 temperature zones with a special dwell time in the housing can produce 6 substances that are almost optimally adapted to the intended use. These can have either high or low early high strength, compressive strength, bending tensile strength or special thermal insulation properties as well as very good immobilization properties.
  • a binder which is composed of a calcined mixture of 40 M% ettringite sludge and 60 M% hard coal ash, is used to produce a building structure, in particular a building board.
  • This binder is in the dry state with 1 -10 M%, preferably 3 M%, organic fibers, such as. B. hemp with a fiber length of 1-3 cm, mixed intensively.
  • Mixing is preferably carried out in a compulsory mixer with the addition of mixing water and is carried out after approx. 2 min. completed.
  • the water requirement of the mixture is between 20-40% by mass, preferably 30% by mass.
  • the mixture is poured into molds and sets hydraulically. The dimensions of the mold are approx. 2 x 1 m, whereby the building boards have a thickness of 10 - 20 mm.
  • the plates examined after 28 days of storage had the following values:
  • the panels are weatherproof and have sufficient resistance to frost / thawing, so that they are suitable for both interior and exterior construction.
  • Example 2 -insulating building material
  • the binder used to manufacture the heat-insulating building material is composed of 40 M% ettringite sludge and 60 M% hard coal ash and has been calcined. Residues from the processing of plant fibers (cockroaches) are added to this binder in a proportion of 10 -80% by mass, preferably 50% by mass, and in a compulsory mixer with a mixing time of max. 2 min. intensely mixed. The amount of mixing water added is between 15 -25% by mass, preferably 20% by mass. The resulting mixture is placed in formwork on site or processed into thermal insulation bricks / panels. The mixtures examined achieved one

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Abstract

The invention relates to a method and device for producing storage mineral constituents to immobilize harmful substances and to produce building components, specially building slabs and mixtures. The storage minerals are obtained by mixing combustion residues with substances containing water and CaO and by heating them in a reactor until the water thus released reacts with the free CaO and the aluminates and silicates to form hydraulically active phases which store harmful substances. An inventive device is used to implement the above production method. The use of said minerals for the production of building components, specially building slabs and mixtures is also described.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Speichermine- ralkomponenten für die Immobilisierung von Schadstoffen und zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere von Bauplatten sowie von Gemischen.Process and device for the production of storage mineral components for the immobilization of pollutants and for the production of components, in particular of building boards and of mixtures.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Speichermineralkomponenten für die Immobilisierung von Schadstoffen und zur Herstellung von Bau- teilen, insbesondere von Bauplatten sowie von Gemischen.The invention relates to a method and a device for the production of storage mineral components for the immobilization of pollutants and for the production of components, in particular of building boards and of mixtures.
Es ist bekannt, daß zur Immobilisierung von Schadstoffen Verbrennungsrückstände eingesetzt werden. Bei der Vermischung der Aschen und der schadstoffhaltigen Substanzen in Gegenwart von Wasser bilden sich aus den Mineralphasen der Filteraschen und den Schadstoffen sogenannte Speicherminerale, wie z. B. Calciumaluminate- und Calciumsilikathydra- te, die sich auslaugresistent verhalten. Gleichzeitig führen die hydraulischen Komponenten der Aschen zu einer Ver- festigung, so daß das Produkt auch als Baustoff verwendet werden kann. Nachteilig ist, daß der Gehalt an speichernd- neralbildenden Komponenten bei diesen Rückständen üblicherweise gering und nicht zu beeinflussen ist. Eine höhere Reaktivität der Aschen läßt sich nur durch Zugabe von teuren Zusatzstoffen, wie z. B. Calciumaluminaten, erreichen.It is known that combustion residues are used to immobilize pollutants. When the ashes and the pollutant-containing substances are mixed in the presence of water, the mineral phases of the filter ash and the pollutants form so-called storage minerals, such as As calcium aluminate and calcium silicate hydrates, which are resistant to leaching. At the same time, the hydraulic components of the ashes lead to consolidation, so that the product can also be used as a building material. It is disadvantageous that the content of storage-mineral-forming components in these residues is usually low and cannot be influenced. A higher reactivity of the ashes can only be achieved by adding expensive additives, such as. B. calcium aluminates.
Zur Vermischung von Schüttgütern mit Wasser sind Mischschnecken, Zwangsmischer und sogenannte Trommelmischer bekannt. So werden z. B. in DE 23 43 352, DE 24 41 674 und DE 35 43 745 Vorrichtungen zum Mischen von Fluiden beschrieben, die axial innerhalb eines Gehäuses drehbare Wellen mit verschieden ausgeformten Schaufeln zur Ausbildung einer Mischeinrichtung aufweisen, so daß nach Aufgabe der Bestandteile in ein Einspeisesystem eine homogene Mischung erzeugt wird, die am Ende des rohrförmigen Gehäuses aus dem Mischer entnommen oder abgepumpt wird. Diese Mischeinrichtungen eignen sich zur Herstellung von Mörtel, Vergußmassen und Betonen. Eine gesteuerte Wärmebehandlung der Mischungsbestandteile zur Einleitung von thermischen Reaktionen ist nicht möglich.Mixing screws, compulsory mixers and so-called drum mixers are known for mixing bulk goods with water. So z. B. in DE 23 43 352, DE 24 41 674 and DE 35 43 745 devices for mixing fluids described which have axially rotatable shafts within a housing with differently shaped blades to form a mixing device, so that after giving up the components in a feed system a homogeneous mixture is generated, which is removed or pumped out of the mixer at the end of the tubular housing. These mixing devices are suitable for the production of mortar, casting compounds and concretes. Controlled heat treatment of the mixture components to initiate thermal reactions is not possible.
Bekannt ist es, aus dem bei der nassen Rauchgasentschwefelung entstehenden Gips Wandplatten, sogenannte Gipskartonplatten, herzustellen. Diese Platten sind aufgrund ihrer mangelnden Wasser- und Witterungsbeständigkeit ausschließ- lieh für den Innenausbau von Gebäuden einsetzbar.It is known to produce wall panels, so-called gypsum plasterboards, from the gypsum formed during the wet flue gas desulfurization. Due to their lack of water and weather resistance, these panels can only be used for the interior construction of buildings.
Weiterhin ist es bekannt, auf Gipsbasis nach dem Aufwickelverfahren Baurohplatten herzustellen, die neben dem in Form von CaS04 • V2 H20 vorliegenden Gips auch Zement, Schlacken, Flugaschen, Kieselgur, Sand, mineralische und organische Fasern und Flockungshilfsmittel beinhalten (DE-OS 3121256).Furthermore, it is known to produce gypsum-based building boards using the winding method, which in addition to the gypsum present in the form of CaS0 4 • V 2 H 2 0 also include cement, slags, fly ash, diatomaceous earth, sand, mineral and organic fibers and flocculants (DE- OS 3121256).
Darüber hinaus gibt es leichte, nichttragende Trennwände aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Flachs, Hanf, Stroh oder dgl. und Gips (DE-GM 297 14 805, 296 20 751).In addition, there are light, non-load-bearing partitions made from renewable raw materials, such as flax, hemp, straw or the like. And gypsum (DE-GM 297 14 805, 296 20 751).
Alle diese Platten und Trennwände weisen den bereits bei den Gipskartonplatten beschriebenen Mangel einer ausschließlichen Verwendbarkeit für den Innenausbau auf . Des weiteren sind ihre Festigkeits- und Elastizitätswerte sehr niedrig, so daß die Einsatzgebiete auch dort stark eingeschränkt sind.All of these panels and partitions have the lack of exclusive usability already described for the gypsum plasterboard for interior construction. Furthermore, their strength and elasticity values are very low, so that the areas of application are also severely restricted there.
Als Bindemittel für Bauplatten sind Zement, (X- und ß- Halbhydrat aus Natur-Gips bzw. REA-Gips bekannt.Cement, (X and ß hemihydrate from natural gypsum or REA gypsum are known as binders for building boards.
Zur Immobilisierung von Schadstoffen ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels bekannt, wobei die Ausgangsstoffe für die Speicherkomponenten aus Verbrennungsrück- ständen, wasserhaltigen Substanzen und CaO gemischt und ei- ner speziellen thermischen Behandlung unterzogen werden (DE 197 19 684) . Ein baustofftechnischer Einsatz dieses Produkts ist nicht näher beschrieben .A process for the production of a binder is known for the immobilization of pollutants, the starting materials for the storage components from combustion residues, water-containing substances and CaO being mixed and subjected to a special thermal treatment (DE 197 19 684). The use of this product in building materials is not described in detail.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, mittels eines einfachen und preisgünstigen Verfahrens ein Produkt herzustellen, welches eine einstellbare und hohe Reaktivität zur SchadstoffImmobilisierung besitzt sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu konzipieren, das ein Mischen, Fördern und gesteuertes thermisches Behandeln von verschie- denen Stoffen, insbesondere von Schüttgütern, in einer Einrichtung gewährleistet und die Möglichkeit schafft, leichte und stabile Bauteile und/oder Gemische herzustellen, die vielseitig für den Innen- und Außenausbau verwendbar sind und hauptsächlich aus Reststoffen und Naturmaterialien be- stehen.The invention is therefore based on the object of using a simple and inexpensive process to produce a product which has an adjustable and high reactivity for pollutant immobilization, and to design a process and an apparatus which allow mixing, conveying and controlled thermal treatment of various substances , in particular of bulk goods, is guaranteed in one facility and creates the possibility of producing light and stable components and / or mixtures which can be used in a variety of ways for interior and exterior construction and consist mainly of residues and natural materials.
Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe gelöst werden kann durch das den Gegenstand der Erfindung bildende Herstellungsverfahren der Speichermineralien.It has been shown that this object can be achieved by the production method of the storage minerals forming the subject of the invention.
Hierzu werden Filteraschen mit wasserhaltigen Substanzen und gegebenenfalls mit CaO zusammengebracht. Als Filteraschen können insbesondere freikalkhaltige Filteraschen, wie Braunkohlenfilteraschen und Aschen aus der Wirbelschicht- Verbrennung oder Trockenentschwefelung, aber auch Filteraschen aus Müll-, Klärschlamm- und Steinkohlenverbrennungs- anlagen verwendet werden. Es hat sich gezeigt, daß je nach vorhandenen Freikalkgehalten der verwendeten Aschen eine CaO-Zugabe von 1 bis 50 Gew.-% ausreichend sind. Besonders günstige Ergebnisse zur Speichermineralbildung können erzielt werden, wenn 30 bis 90, insbesondere 40 bis 70 Gew.-% wasserhaltige Substanz in Bezug auf die Mischung verwendet werden .For this purpose, filter ash is brought together with water-containing substances and, if necessary, with CaO. Free lime-containing filter ashes, such as lignite filter ashes and ashes from fluidized bed combustion or dry desulphurization, but also filter ashes from waste, sewage sludge and hard coal incineration plants can be used as filter ashes. It has been shown that, depending on the free lime contents of the ashes used, a CaO addition of 1 to 50% by weight is sufficient. Particularly favorable results for storage mineral formation can be achieved if 30 to 90, in particular 40 to 70,% by weight of water-containing substance are used in relation to the mixture.
Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz von wasserhaltigen Substanzen wie Rotschlamm, Aluminiumhydroxid, Abwasser-, Silikat-, Ettringit- und Gipsschlämmen gezeigt. Diese Materialien können in unterschiedlichen Trocknungsgraden eingesetzt werden.The use of water-containing substances such as red sludge, aluminum hydroxide, waste water, silicate, ettringite and gypsum sludges has proven to be particularly advantageous. These materials can be used in different degrees of drying.
Das Wasser kann als Kristallwasser und/oder als physika- lisch anhaftendes Wasser vorliegen. Hierdurch bietet sich die Möglichkeit, die vorgenannten Substanzen in feuchter Form, d. h. ohne vorherige Aufbereitung einzusetzen.The water can be present as crystal water and / or as physically adhering water. This offers the possibility of moisturizing the aforementioned substances, ie. H. to be used without prior preparation.
In einem Reaktor wird diese Mischung einer Temperatur aus- gesetzt, die zur Freisetzung des Kristallwassers und/oder als physikalisch anhaftenden Wassers führt. Diese Temperatur richtet sich nach der Art des wasserhaltigen Stoffes und liegt zwischen 100 und 600 °C. Das Wasser reagiert mit dem zugesetzten und dem in den Filteraschen vorhandenen freien CaO unter kurzzeitiger Bildung von Calciumhydroxid, welches mit Aluminaten und Silikaten zu den oben beschriebenen Speichermineralphasen weiter reagiert. Die alleinige Zugabe von CaO ohne das erfindungsgemäße Verfahren führt in keinem Fall zur Erhöhung der reaktiven Komponenten, da hier keine Reaktion zwischen dem Calciumoxid und den Aluminaten bzw. Silikaten stattfindet.In a reactor, this mixture is exposed to a temperature which leads to the release of the crystal water and / or as physically adhering water. This temperature depends on the type of water-containing substance and is between 100 and 600 ° C. The water reacts with the added and the free CaO present in the filter ash with the brief formation of calcium hydroxide, which reacts further with aluminates and silicates to form the storage mineral phases described above. The addition of CaO alone without the process according to the invention in no case leads to an increase in the reactive components since there is no reaction between the calcium oxide and the aluminates or silicates.
Die bei der Hydratation freiwerdende Wärmemenge unterstützt die Bildung der reaktiven Mineralphasen und führt zur Ein- sparung von extern zugeführter Energie zur Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur.The amount of heat released during hydration supports the formation of the reactive mineral phases and leads to the saving of externally supplied energy in order to maintain the reaction temperature.
Kristallwasserhaltige Substanzen werden durch die erfindungsgemäße Behandlung in den teilweise oder ganz hydrati- sierten Zustand überführt. Im Falle von Gipsschlämmen werden die Phasen Halbhydrat und Anhydrit gebildet, wodurch eine verbesserte Nutzung des Produktes als Baustoff hervorgerufen wird. Erfindungsgemäß läßt sich der Anteil an aktiven Komponenten auch dadurch erhöhen, daß kristallwasser- haltige Substanzen bei der Dehydratation reaktiviert werden können. Z. B. werden Calciumaluminatsulfathydrate bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu den Speichermineralbildnern Anhydrit, Bassanit und Portlandit umgewandelt. Diese Komponenten lassen sich zur Schadstoffspeicherung durch die Bildung des Speicherminerals Ettringit einsetzen.Substances containing water of crystallization are converted into the partially or fully hydrated state by the treatment according to the invention. In the case of gypsum sludge, the hemihydrate and anhydrite phases are formed, which results in an improved use of the product as a building material. According to the invention, the proportion of active components can also be increased in that substances containing water of crystallization can be reactivated during the dehydration. For example, calcium aluminate sulfate hydrates become storage mineral formers in the process according to the invention Anhydrite, bassanite and portlandite converted. These components can be used to store pollutants by forming the ettringite storage mineral.
Durch die Erfindung können Filteraschen zur Immobilisierung eingesetzt werden, die bisher durch fehlende Reaktivität (z. B. Steinkohlenfilteraschen, Braunkohlenfilteraschen mit geringen CaO-Gehalten) für diesen Einsatzfall nicht geeignet waren.The invention enables filter ash to be used for immobilization which, up to now, has not been suitable for this application due to a lack of reactivity (e.g. hard coal filter ash, brown coal filter ash with low CaO contents).
Sogar Braunkohlenfilteraschen mit hohen CaO-Gehalten, die wegen der maskierten CaO-Partikel bei Wasserzugabe schwierig abzulöschen sind, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut abgelöscht werden. Unter den erfin- dungsgemäßen Bedingungen reagiert das freigesetzte Wasser als Dampf mit dem freien CaO trotz der maskierten Oberflächen . Die Hydratation findet bei der üblicherweise durchgeführten Wasserbehandlung nur unvollständig und zeitlich verzögert statt. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenso nur zur Ablöschung dieser Braunkohlenfilteraschen verwendet werden, um sie unproblematisch ablagern zu können. Darüber hinaus können die sonst für eine Weiterverwendung ungeeigneten Braunkohlenfilteraschen nach der erfindungsgemäßen Behandlung verwertet werden.Even brown coal filter ashes with high CaO contents, which are difficult to extinguish due to the masked CaO particles when water is added, can be extinguished particularly well with the method according to the invention. Under the conditions according to the invention, the water released reacts as steam with the free CaO despite the masked surfaces. In the water treatment that is usually carried out, the hydration takes place only incompletely and with a time delay. Accordingly, the method according to the invention can likewise only be used to extinguish these brown coal filter ash so that they can be deposited without problems. In addition, the brown coal filter ash, which is otherwise unsuitable for further use, can be recovered after the treatment according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt nicht nur zu einer Anreicherung von reaktiven Mineralphasen für die Immobilisierung von Schadstoffen, sondern auch zur Erhöhung der Menge an hydraulisch aktiven Komponenten. Dies zeigt sich an bau- stofftechnischen Werten des erhärtenden Produktes (siehe Anwendungsbeispiel) .The method according to the invention not only leads to an enrichment of reactive mineral phases for the immobilization of pollutants, but also to an increase in the amount of hydraulically active components. This can be seen from the building material values of the hardening product (see application example).
Diese Verbesserung der Abbindefähigkeit gegenüber den Ausgangsprodukten ermöglicht einen Einsatz im Baustoffbereich.This improvement in the setting ability compared to the starting products enables use in the building materials sector.
Zur Durchführung des Verfahrens kann entweder ein Drehrohr mit Einbauten zur Vermischung und Förderung des Gutes oder ein stationäres oder zirkulierendes Wirbelbett eingesetzt werden .To carry out the process, either a rotary tube with internals for mixing and conveying the material or a stationary or circulating fluidized bed can be used.
Die Reaktivität des Produktes läßt sich über die Verweil- zeit und Temperatur im Reaktor steuern. Mit steigender Temperatur und Verweilzeit erhöht sich die Phasenbildung. Somit bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine Möglichkeit zur Anpassung der Reaktivität des Produktes an die Anforderungen zur SchadstoffImmobilisierung, bzw. zur Baustoffeig- nung. In Abhängigkeit von den eingesetzten Substanzen kann die Verweilzeit zwischen 5 und 120 min. variieren.The reactivity of the product can be controlled via the residence time and temperature in the reactor. The phase formation increases with increasing temperature and dwell time. The method according to the invention thus offers a possibility of adapting the reactivity of the product to the requirements for pollutant immobilization or for building material suitability. Depending on the substances used, the residence time can be between 5 and 120 min. vary.
Erfindungsgemäß werden die Ausgangsstoffe in Form von Verbrennungsrückständen und wasserhaltigen Substanzen über ei- ne Aufgabevorrichtung einem länglichen Gerät aufgegeben, das gleichzeitig als Mischer und thermischer Reaktor arbeitet und daß mittels mehrerer Paddelwellen die Ausgangsstoffe gemischt sowie gleichzeitig gefördert und thermisch behandelt werden, wobei die thermische Behandlung in ver- schiedenen Temperaturzonen unterschiedlich realisiert und in einer Wasserdampfatmosphäre unter verschiedenen Druckverhältnissen durchgeführt wird.According to the invention, the starting materials in the form of combustion residues and water-containing substances are fed via an application device to an elongated device which simultaneously functions as a mixer and thermal reactor and that the starting materials are mixed and simultaneously conveyed and thermally treated by means of several paddle shafts, the thermal treatment in Different temperature zones are implemented differently and are carried out in a water vapor atmosphere under different pressure conditions.
Durch die Einstellung von unterschiedlichen Temperaturen in den verschiedenen Zonen des Reaktors und unterschiedlicher Verweilzeiten des Gemisches in der Vorrichtung durch die Veränderung der Fördergeschwindigkeit und die Variierung der Zonenlänge lassen sich Produkte mit unterschiedlichen Eigenschaften herstellen, die auf die vorgesehene Immobili- sierung von Schadstoffen und/oder den baustofftechnischen Awendungsfall konkret zugeschnitten sind. Die Temperaturen in den verschiedenen Zonen werden zwischen 100 - 400 °C eingestellt. Dabei können die Ausgangsstoffe je nach Verwendungszweck des Produktes entweder mit in den Temperatur- zonen steigenden und/oder wechselnden Temperaturen thermisch behandelt werden. Zur Initiierung der notwendigen „Keimbildung" ist es möglich, das behandelte Gut in einer Menge von 1 - 10 % der Gesamtmenge an den Anfang der thermischen Behandlung zurückzuführen. Es bildet sich eine Wasserdampfatmosphäre von 100 - 1000 1/m bei Drücken von 0,1 mbar bis 10 bar, vorzugsweise zwischen 1 mbar und 5 bar, aus. Die Beheizung der Vorrichtung erfolgt entweder auf gasförmiger Basis oder durch eine elektrische Heizung.By setting different temperatures in the different zones of the reactor and different residence times of the mixture in the device by changing the conveying speed and varying the zone length, products with different properties can be produced, which are based on the intended immobilization of pollutants and / or are specifically tailored to the building material application. The temperatures in the different zones are set between 100 - 400 ° C. Depending on the intended use of the product, the starting materials can either be thermally treated with temperatures rising and / or changing in the temperature zones. To initiate the necessary "nucleation", it is possible to treat the treated good in one Quantity of 1 - 10% of the total amount due to the beginning of the thermal treatment. A water vapor atmosphere of 100-1000 l / m is formed at pressures from 0.1 mbar to 10 bar, preferably between 1 mbar and 5 bar. The device is heated either on a gaseous basis or by an electric heater.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verfügt über eine Aufgabevorrichtung sowie mehrere über einen elektrischen Antrieb mit Getriebe und Lager versehene liegende Paddelwellen, die in einem beheizten länglichen Gehäuse geführt sind, welches an seinem Ende eine weitere abgestützte Lagerung und einen Auslaß aufweist. Das längliche Gehäuse weist eine Brüdenabsaugung mit Rückführung und 2 bis 8, vorzugsweise 4, Temperaturzonen auf. Diese sind auf einer Länge von 10 -90 %, vorzugsweise 10 -50 %, der Länge des Gehäuses angeordnet. Die Messung der Guttemperatur in den Zonen erfolgt mittels Thermoelementen. Der Wärmeeintrag erfolgt durch am Gehäuse kreisförmig angeordnete Gasbrenner und/oder durch eine direkte und/oder indirekte elektrische Beheizung, wobei im oberen Gehäusebereich vorzugsweise eine direkte und im unteren Gehäusebereich eine indirekte Beheizung realisiert wird. Möglich ist auch eine Beheizung mittels Dampf. Das Gehäuse ist wärmegedä mt ausgeführt. Die Paddelwellen weisen entweder eine gleiche oder eine entgegengesetzte Drehrichtung auf und sind in ihrer Anzahl dem erforderliche Gutdurchsatz angepaßt. Die Anstellwinkel der Paddel, bezogen auf die Wellenachse, sind einstellbar.The device for carrying out the method has a feed device and a plurality of lying paddle shafts, which are provided with an electric drive with gear and bearing, and which are guided in a heated, elongated housing which has a further supported bearing and an outlet at its end. The elongated housing has a vapor extraction with return and 2 to 8, preferably 4, temperature zones. These are arranged on a length of 10 -90%, preferably 10 -50%, of the length of the housing. The material temperature in the zones is measured using thermocouples. The heat input takes place by gas burners arranged in a circle on the housing and / or by direct and / or indirect electrical heating, direct heating preferably being implemented in the upper housing region and indirect heating in the lower housing region. Heating by means of steam is also possible. The housing is thermally insulated. The paddle shafts either have the same or an opposite direction of rotation and their number is adapted to the required throughput. The angle of attack of the paddles, based on the shaft axis, is adjustable.
Erfindungsgemäß kommt bei der Herstellung als Bindemittel ein thermisch behandeltes Gemisch aus Verbrennungsrückständen, wasserhaltigen Substanzen und CaO zum Einsatz, wobei dieses (als Bewehrung) mit aus nachwachsenden Rohstoffen und/oder recycelten Textilien entstehenden organischen Fa- sern sowie einem natürlichen Füllstoff und Wasser vermischt, ggf. anschließend in Formen verpreßt und zur Aushärtung gebracht wird . Als Verbrennungsrückstände kommen Braunkohlen-, Steinkohlen-, Wirbelschichtfilteraschen in Betracht. Die wasserhaltigen Substanzen können neben Wasser nicht- bzw. teilentwässerter REA-Gips sein.According to the invention, a thermally treated mixture of combustion residues, water-containing substances and CaO is used in the manufacture of the binder, which (as reinforcement) is mixed with organic fibers formed from renewable raw materials and / or recycled textiles as well as a natural filler and water, if necessary is then pressed into molds and hardened. Lignite, hard coal, fluidized bed filter ash can be considered as combustion residues. In addition to water, the water-containing substances can be non- or partially dewatered REA gypsum.
Als organische Fasern kommen Hanf und/oder Flachs und/oder Sisal und/oder Schilf und/oder Bambus und/oder Textilien oder dgl. zur Anwendung.Hemp and / or flax and / or sisal and / or reed and / or bamboo and / or textiles or the like are used as organic fibers.
Diese Fasern sollen den herzustellenden Bauteilen im Vergleich zum Stand der Technik deutlich erhöhte Elastizitätswerte bringen, die in Verbindung mit dem speziellen Bindemittel und den damit zu erzielenden hohen Festigkeitswerten die Möglichkeit eröffnet, einerseits größere Bauteile mit dünneren Wandstärken bzw. Schichtdicken als auch tragende Elemente herzustellen. Dabei ist es völlig unerheblich, ob der Einsatz im Innen- oder im Außenbereich erfolgt, da die Bauteile witterungs- und frostbeständig sowie wenig empfindlich gegen Wasserkontakt sind.These fibers are intended to give the components to be manufactured significantly higher elasticity values compared to the prior art, which, in conjunction with the special binder and the high strength values to be achieved thereby, make it possible, on the one hand, to produce larger components with thinner wall thicknesses or layer thicknesses as well as load-bearing elements. It is completely irrelevant whether it is used indoors or outdoors because the components are weatherproof, frost-resistant and not very sensitive to water contact.
Die organischen Fasern werden vor ihrer Verarbeitung einer Aufbereitung unterzogen. Als Füllstoff für die Mischung werden die bei der Aufarbeitung anfallenden Schaben verwendet. Dies hat den Vorteil, daß über diese Füllstoffe die Wärmedämmung des Gemisches deutlich verbessert und die Masse verringert wird, was den Anwendungsumfang erweitert. Selbstverständlich kann das beschriebene Gemisch auch als Putz, Estrich, Ortbeton oder dgl. verwendet werden. Je Verwendungszweck wird der Anteil an Bindemittel, organischer Faser und Füllstoff angepaßt.The organic fibers are processed before being processed. The cockroaches produced during processing are used as fillers for the mixture. This has the advantage that the thermal insulation of the mixture is significantly improved and the mass is reduced via these fillers, which extends the scope of application. Of course, the mixture described can also be used as plaster, screed, in-situ concrete or the like. The proportion of binder, organic fiber and filler is adjusted depending on the intended use.
Anhand von Ausführungsbeispielen soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments.
In einem Intensivmischer werden 400 kg Eisensulfat (40 Gew.-%) als Fe 2 ( SO 4 ) 3.18H 2O mit 50 kg Branntkalk (5 Gew.-%) und- 550 kg einer Filterasche (55 Gew.-%) folgender Zusammensetzung (Siθ2~37,l %; Al2θ3~20,5 %;- Fe2θ3~ 2,9 %; CaO-28,4; freies CaO-1,4 % ; MgO-3,8 %; SO3-4 , 7 % ; TiO 2-4,2 %) vermischt. Diese Mischung wird über eine Förderschnecke einem Drehrohr zugeführt . In diesem Drehrohr wird eine Temperatur von 200 °C durch indirekte Beheizung mittels eines Erdgasbrenners eingestellt. Das Mischgut hat eine mittlere Verweilzeit von 20 min im Drehrohr und wird am Ende des Drehrohrs als trockenes Mischgut entnommen.In an intensive mixer, 400 kg of iron sulfate (40% by weight) are added as Fe 2 (SO 4) 3.18H 2O with 50 kg of quicklime (5% by weight) and - 550 kg of a filter ash (55% by weight) Composition (Siθ2 ~ 37, 1%; Al2θ3 ~ 20.5%; - Fe2θ3 ~ 2.9%; CaO-28.4; free CaO-1.4%; MgO-3.8%; SO3-4, 7 %; TiO 2-4.2%) mixed. This mixture is fed to a rotary tube via a screw conveyor. A temperature of 200 ° C is set in this rotary tube by indirect heating using a natural gas burner. The mix has an average residence time of 20 min in the rotary tube and is removed as dry mix at the end of the rotary tube.
Während der Temperaturbehandlung wird das gesamte Kristallwasser des Eisensulfates freigesetzt und zur Ablöschung des Kalkes sowie zur Bildung von Speichermineralkomponenten (Calciumaluminat- und Calciumsilikathydrate) verbraucht. Diese Phasen werden röntgendiffraktometrisch nachgewiesen.During the temperature treatment, all of the water of crystallization of the iron sulfate is released and used to extinguish the lime and to form storage mineral components (calcium aluminate and calcium silicate hydrates). These phases are detected by X-ray diffraction.
Durch die bei der Ablöschung der Freikalkmengen des Mischgutes freigesetzte Wärmemenge sinkt der Verbrauch an Gas zur Aufrechterhaltung der Temperatur von 220 °C um ca. 7,4 %.As a result of the amount of heat released when the free lime quantities of the mix are extinguished, the consumption of gas to maintain the temperature of 220 ° C. drops by approx. 7.4%.
Das entstandene Produkt wird zur Immobilisierung von chromhaltigen Böden eingesetzt. Die Eluatkonzentration des zu behandelnden Materials beträgt 600 mg/1 Cr 6 + . In einem Mischer werden 50 kg des Bodens mit 20 kg der erfindungsgemäß behandelten Asche unter Zugabe von 18 kg Wasser 2 min intensiv vermischt. In einem weiteren Versuch werden zur gleichen Menge des belasteten Materials 20 kg der unbehan- delten Asche zugegeben.The resulting product is used to immobilize chrome-containing floors. The eluate concentration of the material to be treated is 600 mg / 1 Cr 6 +. In a mixer, 50 kg of the soil are mixed intensively with 20 kg of the ash treated according to the invention with the addition of 18 kg of water for 2 minutes. In a further experiment, 20 kg of the untreated ash are added to the same amount of contaminated material.
Aus dem Mischgut werden Proctorzylinder hergestellt, die bis zur Prüfung nach 28 Tagen feucht gelagert werden.Proctor cylinders are made from the mix, which are stored in a moist place until tested after 28 days.
In der folgenden Tabelle ist die Verbesserung der Immobilisierung und der Baustoffeigenschaften nach dem erfindungs- gemäßen Verfahren gegenüber dem Einsatz unbehandelter Asche im Probenalter von 28 Tagen dargestellt: The following table shows the improvement in immobilization and the properties of the building materials using the method according to the invention compared to the use of untreated ash in the sample age of 28 days:
Nach dem erfindungsgemäßem Verfahren verbessert sich die Immobilisierungsrate von 77 % auf 97 % im vorliegenden Beispiel. Die Druckfestigkeit erhöht sich um 148 % bei Verwendung des erfindungsgemäß behandelten Materials.According to the method according to the invention, the immobilization rate improves from 77% to 97% in the present example. The compressive strength increases by 148% when using the material treated according to the invention.
Röntgenographisch werden im ausgehärteten Material die Speicherminerale Chromatettringit und Monochromat nachgewiesen .The storage minerals Chromatettringit and Monochromat are detected by X-ray in the hardened material.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden anhand mehrerer Figuren erläutert. Dabei zeigt:The manufacturing method according to the invention and the device for carrying out the method are explained with reference to several figures. It shows:
Fig. 1 - die Vorrichtung im LängsschnittFig. 1 - the device in longitudinal section
Fig. 2 - das Gehäuse im QuerschnittFig. 2 - the housing in cross section
Die Ausgangsstoffe werden der Aufgabeeinrichtung 1 zugeführt und gelangen über diese in das Gehäuse 6 mit Paddel- wellen 5, welche über einen Antrieb 2 mit Getriebe 3 angetrieben und über die Lager 4 und 7 gelagert werden. Die drehbaren Paddelwellen 5 fördern und mischen die Ausgangsstoffe gleichmäßig und gesteuert in Richtung Auslaß 8. Der Reaktor für eine Anlage von 10 t/h sollte z. B. ca. 6 m Länge und ca. 1 m im Durchmesser aufweisen.The starting materials are fed to the feed device 1 and pass through this into the housing 6 with paddle shafts 5, which are driven by a drive 2 with a gear 3 and are supported by the bearings 4 and 7. The rotatable paddle shafts 5 convey and mix the starting materials evenly and in a controlled manner towards the outlet 8. The reactor for a system of 10 t / h should, for. B. about 6 m in length and about 1 m in diameter.
Das Gehäuse 6 ist wärmegedämmt und in die Temperaturzonen 1 - 4 eingeteilt, die mittels einer elektrischen Heizung ausgestattet sind. Im oberen Bereich des Gehäuses 6 ist eine direkte elektri- sehe und im unteren Bereich eine indirekte Heizung angeordnet. Die einzustellende Temperatur liegt in den verschiedenen Zonen zwischen 100 -400 °C. Die Beheizung erfolgt über ein computergesteuertes Programm für jede Zone separat. Die Temperaturzone I kann beispielsweise eine Temperatur von 150 -200 °C, die Temperaturzone II von 200 -300 °C, die Temperaturzone III von 300 - 350 °C und die Temperaturzone IV von 350 -400 °C aufweisen. Die Paddelwellen 5 sind in ihrer Drehzahl variierbar, so daß die Verweildauer des Gemisches geregelt werden kann. Im Beispielsfall kann sie 20 U/min. betragen. Je nach Verwendungszweck des Produktes lassen sich durch die zielgerichtete thermische Behandlung in den 4 Temperaturzonen bei spezieller Verweilzeit im Gehäuse 6 Stoffe erzeugen, die nahezu optimal dem beabsichtigten Verwendungszweck angepaßt sind. Diese können entweder eine hohe oder niedrige Frühhochfestigkeit, Druck-, Biegezugfestigkeit oder spezielle Wärmedämmeigenschaften sowie sehr gute Immobilisie- rungseigenschaften aufweisen.The housing 6 is thermally insulated and divided into the temperature zones 1-4, which are equipped with an electric heater. In the upper area of the housing 6 there is a direct electric heater and in the lower area an indirect heater. The temperature to be set in the different zones is between 100 - 400 ° C. Heating is carried out separately for each zone using a computer-controlled program. Temperature zone I can have, for example, a temperature of 150-200 ° C, temperature zone II 200-300 ° C, temperature zone III 300-350 ° C and temperature zone IV 350-300 ° C. The speed of the paddle shafts 5 can be varied so that the residence time of the mixture can be regulated. In the example, it can be 20 rpm. be. Depending on the intended use of the product, the targeted thermal treatment in the 4 temperature zones with a special dwell time in the housing can produce 6 substances that are almost optimally adapted to the intended use. These can have either high or low early high strength, compressive strength, bending tensile strength or special thermal insulation properties as well as very good immobilization properties.
Der Einsatz des hergestellten Produktes für verschiedene Verwendungszwecke wird anhand zweier weiterer Ausführungs- beispiele beschrieben.The use of the manufactured product for various purposes is described using two further examples.
Beispiel 1 - BaukörperExample 1 - Building
Zur Herstellung eines Baukörpers, insbesondere einer Bauplatte, wird ein Bindemittel verwendet, das sich aus einem calcinierten Gemisch von 40 M-% Ettringitschlamm und 60 M-% Steinkohlenasche zusammensetzt. Dieses Bindemittel wird im trockenen Zustand mit 1 -10 M-%, vorzugsweise 3 M-%, organischen Fasern, wie z. B. Hanf einer Faserlänge von 1 -3 cm, intensiv vermischt. Das Mischen erfolgt vorzugsweise in ei- nem Zwangsmischer unter Zugabe von Anmachwasser und wird nach ca. 2 min. beendet. Der Wasseranspruch des Gemisches liegt zwischen 20 -40 M-%, vorzugsweise bei 30 M-% . Das Gemisch wird in Formen gegossen und bindet hydraulisch ab. Die Abmessungen der Form sind ca. 2 x 1 m, wobei die Bauplatten eine Dicke von 10 - 20 mm aufweisen. Nach einer Lagerung von 28 Tagen untersuchte Platten wiesen dabei folgende Werte auf :A binder, which is composed of a calcined mixture of 40 M% ettringite sludge and 60 M% hard coal ash, is used to produce a building structure, in particular a building board. This binder is in the dry state with 1 -10 M%, preferably 3 M%, organic fibers, such as. B. hemp with a fiber length of 1-3 cm, mixed intensively. Mixing is preferably carried out in a compulsory mixer with the addition of mixing water and is carried out after approx. 2 min. completed. The water requirement of the mixture is between 20-40% by mass, preferably 30% by mass. The mixture is poured into molds and sets hydraulically. The dimensions of the mold are approx. 2 x 1 m, whereby the building boards have a thickness of 10 - 20 mm. The plates examined after 28 days of storage had the following values:
Rohdichte - 1200 -1400 kg/m3 Bulk density - 1200 - 1400 kg / m 3
99
Biegefestigkeit - 14,4 N/mm Druckfestigkeit - 28,7 N/mmFlexural strength - 14.4 N / mm compressive strength - 28.7 N / mm
Die Platten sind witterungsbeständig und weisen eine ausreichende Frost-/Tauwechselbeständigkeit auf, so daß sie sowohl für den Innen- wie auch für den Außenausbau geeignet sind.The panels are weatherproof and have sufficient resistance to frost / thawing, so that they are suitable for both interior and exterior construction.
Beispiel 2 -wärmedämmender BaustoffExample 2 -insulating building material
Das für die Herstellung des wärmedämmenden Baustoffs verwendete Bindemittel setzt sich aus 40 M-% Ettringitschlamm und 60 M-% Steinkohlenasche zusammen und wurde calciniert. Diesem Bindemittel werden Rückstände aus der Aufarbeitung von Pflanzenfasern (Schaben) in einem Anteil von 10 -80 M-%, vorzugsweise 50 M-%, zugegeben und in einem Zwangsmischer bei einer Mischzeit von max. 2 min. intensiv vermischt. Die hierbei zugesetzte Menge Anmachwasser bewegt sich zwischen 15 -25 M-% , vorzugsweise bei 20 M-% . Das entstandene Gemisch wird vor Ort in Schalungen eingebracht oder zu Wärmedämmsteinen/ -platten verarbeitet. Die untersuchten Mischungen erreichten einenThe binder used to manufacture the heat-insulating building material is composed of 40 M% ettringite sludge and 60 M% hard coal ash and has been calcined. Residues from the processing of plant fibers (cockroaches) are added to this binder in a proportion of 10 -80% by mass, preferably 50% by mass, and in a compulsory mixer with a mixing time of max. 2 min. intensely mixed. The amount of mixing water added is between 15 -25% by mass, preferably 20% by mass. The resulting mixture is placed in formwork on site or processed into thermal insulation bricks / panels. The mixtures examined achieved one
λ-Wert von 0,01 - 0,04.λ value of 0.01-0.04.
Damit ist es möglich, hochwärmedämmende Wandkonstruktionen für den Innen- und Außenwandbereich zu erstellen. Aufgrund der vollständigen Einbettung und Ummantelung der Schaben in das Bindemittel ist der Brandwiderstand sehr gut. Gegenüber Polysterol wird bei besserer Wärmedämmung eine deutlich er-This makes it possible to create highly heat-insulating wall structures for interior and exterior wall areas. The fire resistance is very good due to the fact that the cockroaches are completely embedded and encased in the binder. Compared to polystyrene, better thermal insulation results in a significantly
9 höhte Druckfestigkeit von 2 - 8 N/mm , vorzugsweise von9 high compressive strength of 2 - 8 N / mm, preferably of
5 N/mm , erreicht. Für die Herstellung von erfindungsgemäßen Platten, Steinen und Gemischen lassen sich selbstverständlich alle im Hauptpatent angesprochenen wasserhaltigen Substanzen und Verbrennungsrückstände verwenden. Die Anteile dieser Produkte am Bindemittel können auf den speziellen Verwendungszweck angepaßt variiert werden. Ebenso verhält es sich mit der Calciniertemperatur und der Verweilzeit im Reaktor. Somit sind optimale Eigenschaften des Bindemittels zu den zugemischten organischen Fasern immer gegeben. Das Ergebnis ist ein Produkt, das maßgeschneidert für den Anwendungsfall herstellbar ist.5 N / mm. Of course, all of the water-containing substances and combustion residues mentioned in the main patent can be used for the production of plates, stones and mixtures according to the invention. The proportions of these products in the binder can be varied to suit the particular application. The same applies to the calcination temperature and the residence time in the reactor. Thus, optimal properties of the binder to the mixed organic fibers are always given. The result is a product that can be tailor-made for the application.
Unerwarteter Weise sind Treib- und Quellerscheinung bei dieser bislang für das Gebiet der Baustoffherstellung völ- lig als ungeeignet eingeschätzten Kombination von aufgezeigten Ausgangsmaterialien überhaupt nicht mehr gegeben .Unexpectedly, there is no longer any drift and swelling in this combination of the shown starting materials, which was previously considered unsuitable for the field of building material production.
Im Ergebnis liegen vergleichmäßigte und berechenbare hydraulische Abbindereaktionen vor, die eine Dauerbeständig- keit der Produkte garantieren. As a result, there are uniform and predictable hydraulic setting reactions that guarantee the durability of the products.
Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used
1 Aufgabeeinrichtung1 feed facility
2 Antrieb 3 Getriebe2 drive 3 gear
4 Lager4 bearings
5 Paddelwelle5 paddle shaft
6 Gehäuse6 housing
7 Lagerung 8 Auslaß7 Storage 8 outlet
9 Brüdenabsaugung9 vapor extraction
10 Temperaturzone10 temperature zone
11 Thermoelement11 thermocouple
12 Gasbrenner 13 elektrische Heizung12 gas burners 13 electric heating
14 oberer Bereich14 upper area
15 unterer Bereich 15 lower area

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Speichermineralkomponenten für die Immobilisierung von Schadstof fen , g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h, daß Verbrennungsrückstände mit wasserhaltigen Substanzen und CaO vermischt und solange in einem Reaktor aufgeheizt werden, bis das abgegebene Wasser mit dem freien CaO und den Aluminaten und Silikaten zur Bildung von hydraulisch aktiven und Schadstoffspeicherfähigen Phasen reagiert.Process for the production of storage mineral components for the immobilization of pollutants, characterized in that combustion residues are mixed with water-containing substances and CaO and heated in a reactor until the water released with the free CaO and the aluminates and silicates to form hydraulically active and phases capable of storing pollutants.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Wasser in den wasserhaltigen Substanzen als Kristallwasser gebunden ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the water in the water-containing substances is bound as water of crystallization.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Wasser in den wasserhaltigen Substanzen physikalisch gebunden ist.3. The method according to claim 1, characterized in that the water is physically bound in the water-containing substances.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Verbrennungsrückstand Steinkohlenfilterasche aus der Staubfeuerung eingesetzt wird.4. The method according to claim 1, characterized in that hard coal filter ash from the dust furnace is used as the combustion residue.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Verbrennungsrückstand Braunkohlenfilterasche aus der5. The method according to claim 1, characterized in that lignite filter ash from the combustion residue
Staubfeuerung eingesetzt wird.Dust firing is used.
6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Verbrennungsrückstand Filterasche aus Wirbelschichtver- brennung eingesetzt wird.6. The method according to claim 1, characterized in that filter ash from fluidized bed combustion is used as the combustion residue.
7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Verbrennungsrückstand Produkte aus der Trockenentschwefelung oder Sprühabsorption eingesetzt wird. 7. The method according to claim 1, characterized in that products from the dry desulfurization or spray absorption is used as the combustion residue.
8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Verbrennungsrückstand Filterasche aus Müllverbrennungsanlagen eingesetzt wird.8. The method according to claim 1, characterized in that filter ash from waste incineration plants is used as the combustion residue.
9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Verbrennungsrückstand Filterasche aus Klärschlammverbrennungsanlagen eingesetzt wird.9. The method according to claim 1, characterized in that filter ash from sewage sludge incineration plants is used as the combustion residue.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet da- durch, daß die wasserhaltigen Substanzen als Schlämme und/oder Filterkuchen und/oder Trockenprodukte eingesetzt werden .10. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the water-containing substances are used as sludges and / or filter cakes and / or dry products.
11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß als wasserhaltige Substanz Rotschlamm eingesetzt wird.11. The method according to claim 10, characterized in that red mud is used as the water-containing substance.
12. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß als wasserhaltige Substanz Aluminiumhydroxid eingesetzt wird.12. The method according to claim 10, characterized in that aluminum hydroxide is used as the water-containing substance.
13. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß als wasserhaltige Substanz Produkte der Abwasseraufberei- tung eingesetzt wird.13. The method according to claim 10, characterized in that wastewater treatment products are used as the water-containing substance.
14. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß als wasserhaltige Substanz Silikatschlamm eingesetzt wird.14. The method according to claim 10, characterized in that silicate sludge is used as the water-containing substance.
15. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß als wasserhaltige Substanz Sulfatschlamm eingesetzt wird.15. The method according to claim 10, characterized in that sulfate sludge is used as the water-containing substance.
16. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß als wasserhaltige Substanz Ettringitschlamm eingesetzt wird.16. The method according to claim 10, characterized in that ettringite sludge is used as the water-containing substance.
17. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß als wasserhaltige Substanz Gips eingesetzt wird. 17. The method according to claim 10, characterized in that gypsum is used as the water-containing substance.
18. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß als wasserhaltige Substanz Naßaschen und -schlacken aus Verbrennungsanlagen eingesetzt wird.18. The method according to claim 10, characterized in that wet ash and slag from incineration plants is used as the water-containing substance.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß 1 bis 50 Gew.-%, insbesondere 1 bis 20 Gew.-% CaO bezogen auf die Mischung zugesetz werden.19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that 1 to 50 wt .-%, in particular 1 to 20 wt .-% CaO based on the mixture are added.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekenn- zeichnet dadurch, daß 30 bis 90 Gew.-%, insbesondere 40 bis20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that 30 to 90 wt .-%, in particular 40 to
70 Gew.-% wasserhaltige Substand zugesetzt wird.70 wt .-% water-containing substance is added.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet dadurch, daß die Behandlungstemperatur im Reaktor zwischen 100 und 600 °C, vorzugsweise zwischen 140 bis 400 °C, liegt.21. The method according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the treatment temperature in the reactor is between 100 and 600 ° C, preferably between 140 to 400 ° C.
22. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet dadurch, daß die Verweilzeit im Reaktor zwischen 5 und 120 min, vorzugs- weise zwischen 5 und 30 min, liegt.22. The method according to claim 21, characterized in that the residence time in the reactor is between 5 and 120 min, preferably between 5 and 30 min.
23. Verfahren nach Anspruch 21 und 22, gekennzeichnet dadurch, daß als Reaktor ein Drehrohr verwendet wird.23. The method according to claim 21 and 22, characterized in that a rotary tube is used as the reactor.
24. Verfahren nach Anspruch 21 und 22, gekennzeichnet dadurch, daß als Reaktor ein Wirbelbett verwendet wird.24. The method according to claim 21 and 22, characterized in that a fluidized bed is used as the reactor.
25. Verfahren nach Anspruch 1 bis 24, gekennzeichnet dadurch, daß die entstehenden Produkte als Ausgangsmateriali- en für Baustoff verwendet werden.25. The method according to claim 1 to 24, characterized in that the resulting products are used as starting materials for building material.
26. Verfahren zur Herstellung von Speichermineralien nach Anspruch 1 bis 25, wobei die Ausgangsstoffe Verbrennungsrückstände und wasserhaltige Substanzen betreffen, die über eine Aufgabevorrichtung einem länglichen Gerät aufgegeben werden, das gleichzeitig als Mischer und thermischer Reaktor arbeitet und daß mittels mehrerer Paddelwellen die Aus- gangsstoffe gemischt sowie gleichzeitig gefördert und thermisch behandelt werden, wobei die thermische Behandlung in verschiedenen Temperaturzonen unterschiedlich realisiert und in einer Wasserdampfatmosphäre unter verschiedenen Druckverhältnissen durchgeführt wird.26. A process for the production of storage minerals according to claim 1 to 25, wherein the starting materials relate to combustion residues and water-containing substances, which are fed via a feed device to an elongated device which works simultaneously as a mixer and a thermal reactor and in that the paddle shafts are used to remove mixed materials and simultaneously conveyed and thermally treated, the thermal treatment being carried out differently in different temperature zones and being carried out in a water vapor atmosphere under different pressure conditions.
27. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgangsstoffe kontinuierlich gefördert werden.27. The method according to claim 26, characterized in that the starting materials are continuously conveyed.
28. Verfahren nach Anspruch 26 und 27, gekennzeichnet dadurch, daß die Fördergeschwindigkeit und somit die Verweildauer der Ausgangsstoffe zwischen 10 min. und 48 h variiert wird.28. The method according to claim 26 and 27, characterized in that the conveying speed and thus the residence time of the starting materials between 10 min. and is varied for 48 hours.
29. Verfahren nach Anspruch 26 bis 28, gekennzeichnet dadurch, daß die Verweilzeit durch Einstellen der Drehzahl der Förderaggregate gesteuert wird.29. The method according to claim 26 to 28, characterized in that the dwell time is controlled by adjusting the speed of the conveyor units.
30. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet dadurch, daß 2 bis 8, vorzugsweise 4, Temperaturzonen angeordnet werden .30. The method according to claim 26, characterized in that 2 to 8, preferably 4, temperature zones are arranged.
31. Verfahren nach Anspruch 26 bis 30, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperaturzonen in unterschiedlicher Länge ausgebildet werden.31. The method according to claim 26 to 30, characterized in that the temperature zones are formed in different lengths.
32. Verfahren nach Anspruch 26 bis 31, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgangsstoffe bei Temperaturen zwischen 100 - 400 °C thermisch behandelt werden.32. The method according to claim 26 to 31, characterized in that the starting materials are thermally treated at temperatures between 100 - 400 ° C.
33. Verfahren nach Anspruch 26 bis 32, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgangsstoffe beim Durchlauf durch das Gerät mit steigenden Temperaturen thermisch behandelt werden.33. The method according to claim 26 to 32, characterized in that the starting materials are thermally treated as they pass through the device with increasing temperatures.
34. Verfahren nach Anspruch 26 bis 33, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgangsstoffe beim Durchlauf durch das Ge- rät mit wechselnden Temperaturen thermisch behandelt werden.34. The method according to claim 26 to 33, characterized in that the starting materials as they pass through the advises to be thermally treated with changing temperatures.
35. Verfahren nach Anspruch 26 bis 34, gekennzeichnet da- durch, daß das behandelte Gut in vorhergehende Temperaturzonen rückgeführt wird .35. The method according to claim 26 to 34, characterized in that the treated material is returned to previous temperature zones.
36. Verfahren nach Anspruch 35, gekennzeichnet dadurch, daß das rückzuführende Gut in einer Menge von 1 - 10 % der Ge- samtmenge rückgeführt wird.36. The method according to claim 35, characterized in that the material to be returned is returned in an amount of 1 - 10% of the total amount.
37. Verfahren nach Anspruch 26 bis 36, gekennzeichnet dadurch, daß eine Wasserdampfatmosphäre zwischen 100 - 100037. The method according to claim 26 to 36, characterized in that a water vapor atmosphere between 100 - 1000
•D • D
1/m aufgebaut wird,1 / m is built up
38. Verfahren nach Anspruch 26 bis 37, gekennzeichnet dadurch, daß Drücke zwischen 0,1 mbar bis 10 bar, vorzugsweise zwischen 1 mbar - 5 bar, aufgebaut werden.38. The method according to claim 26 to 37, characterized in that pressures between 0.1 mbar and 10 bar, preferably between 1 mbar and 5 bar, are built up.
39. Verfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet dadurch, daß die Wärmeerzeugung auf der Basis einer gasgefeuerten und/oder einer elektrischen und/oder einer dampfbetriebenen Heizung durchgeführt wird.39. The method according to claim 26, characterized in that the heat generation is carried out on the basis of a gas-fired and / or an electrical and / or a steam-operated heater.
40. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Speichermineralien nach Anspruch 1 bis 39, wobei die Vorrichtung eine Aufgabeeinrichtung ( 1 ) sowie mehrere über einen elektrischen Antrieb (2) mit Getriebe (3) und Lager (4) versehene liegende Paddelwellen (5) verfügt, die in einem beheizten länglichen Gehäuse (6) geführt sind, welches an seinem Ende eine weitere abgestützte Lagerung (7) und einen Auslaß (8) aufweist.40. Device for carrying out the method for producing storage minerals according to claims 1 to 39, wherein the device comprises a feed device (1) and a plurality of paddle shafts (5) provided with an electric drive (2) with gear (3) and bearing (4). has, which are guided in a heated elongated housing (6) which has at its end a further supported storage (7) and an outlet (8).
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, gekennzeichnet dadurch, daß das längliche Gehäuse (6) eine Brüdenabsaugung (9) mit Rückführung aufweist. 41. Apparatus according to claim 40, characterized in that the elongate housing (6) has a vapor suction (9) with feedback.
42. Vorrichtung nach Anspruch 40 und 41, gekennzeichnet dadurch, daß das beheizte längliche Gehäuse (6) 2 bis 8, vorzugsweise 4, Temperaturzonen (10) aufweist.42. Apparatus according to claim 40 and 41, characterized in that the heated elongated housing (6) has 2 to 8, preferably 4, temperature zones (10).
43. Vorrichtung nach Anspruch 40 bis 42, gekennzeichnet dadurch, daß jede einzelne Temperaturzone (10) 10 bis 90 %, vorzugsweise 10 - 50 % , der Gesamtlänge der Vorrichtung beträgt.43. Apparatus according to claim 40 to 42, characterized in that each individual temperature zone (10) is 10 to 90%, preferably 10 - 50%, of the total length of the device.
44. Vorrichtung nach Anspruch 40 bis 43, gekennzeichnet dadurch, daß zur Messung der Guttemperatur in den Temperaturzonen (10) Thermoelemente (11) angeordnet sind.44. Apparatus according to claim 40 to 43, characterized in that thermocouples (11) are arranged in the temperature zones (10) for measuring the material temperature.
45. Vorrichtung nach Anspruch 40 bis 44, gekennzeichnet da- durch, daß der Wärmeeintrag durch kreisförmig angeordnete45. Apparatus according to claim 40 to 44, characterized in that the heat input by circular arranged
Gasbrenner (12) und/oder durch direkte und/oder indirekte elektrische und/oder dampfförmige Beheizung (13) erfolgt.Gas burner (12) and / or by direct and / or indirect electrical and / or vapor heating (13).
46. Vorrichtung nach Anspruch 40 und 45, gekennzeichnet da- durch, daß die elektrische Beheizung (13) im oberen Bereich des Gehäuses (14) direkt und im unteren Bereich (15) indirekt ausgeführt ist.46. Apparatus according to claim 40 and 45, characterized in that the electrical heating (13) in the upper region of the housing (14) is carried out directly and in the lower region (15) indirectly.
47. Vorrichtung nach Anspruch 40 bis 46, gekennzeichnet da- durch, daß das längliche Gehäuse (6) wärmegedämmt ausgeführt ist.47. Apparatus according to claims 40 to 46, characterized in that the elongate housing (6) is designed to be thermally insulated.
48. Vorrichtung nach Anspruch 40, gekennzeichnet dadurch, daß die Paddelwellen (5) gleiche oder gegensätzliche Dreh- richtungen aufweisen.48. Apparatus according to claim 40, characterized in that the paddle shafts (5) have the same or opposite directions of rotation.
49. Vorrichtung nach Anspruch 40 und 48, gekennzeichnet dadurch, daß die Anzahl der Paddelwellen (5) entsprechend des erforderlichen Gutdurchsatzes ausgelegt ist. 49. Apparatus according to claim 40 and 48, characterized in that the number of paddle shafts (5) is designed in accordance with the required throughput.
50. Vorrichtung nach Anspruch 40, 48 und 49, gekennzeichnet dadurch, daß die Paddel auf den Paddelwellen (5) bezüglich ihres Anstellwinkels zur Wellenachse verstellbar sind.50. Apparatus according to claim 40, 48 and 49, characterized in that the paddles on the paddle shafts (5) are adjustable with respect to their angle of attack to the shaft axis.
51. Verfahren zum Einsatz der Speichermineralien nach Anspruch 1 bis 25 zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere von Bauplatten sowie von Gemischen, wobei als Ausgangsstoffe Bindemittel und organische Fasern mit Wasser vermischt werden , g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h, daß als Bindemittel thermisch behandeltes Gemisch aus Verbrennungsrückständen, wasserhaltigen Substanzen und CaO zum Einsatz kommt, wobei dieses (als Bewehrung) mit aus nachwachsenden Rohstoffen und/oder recycelten Textilien entste- henden organischen Fasern sowie einem natürlichen Füllstoff und Wasser vermischt, ggf. anschließend in Formen verpreßt und zur Aushärtung gebracht wird .51. Process for the use of the storage minerals according to Claims 1 to 25 for the production of components, in particular of building boards and of mixtures, wherein binders and organic fibers are mixed with water as the starting materials, characterized in that as a binder thermally treated mixture of combustion residues, water-containing substances and CaO is used, whereby this (as reinforcement) is mixed with organic fibers made from renewable raw materials and / or recycled textiles as well as a natural filler and water, if necessary then pressed into molds and brought to hardening.
52. Verfahren nach Anspruch 51, gekennzeichnet dadurch, daß als Verbrennungsrückstand Filteraschen verwendet werden.52. The method according to claim 51, characterized in that filter ash is used as the combustion residue.
53. Verfahren nach Anspruch 51, gekennzeichnet dadurch, daß als wasserhaltige Substanzen des thermisch zu behandelnden Bindemittels neben Wasser nicht- oder teilentwässerter REA- Gips verwendet wird.53. The method according to claim 51, characterized in that is used as water-containing substances of the thermally treated binder in addition to water not or partially dewatered REA gypsum.
54. Verfahren nach Anspruch 51, gekennzeichnet dadurch, daß als organische Fasern Hanf und/oder Flachs und/oder Sisal und/oder Schilf und/oder Nesseln, vorzugsweise Pflanzentei- le der Brennessel, und/oder Textilien oder dgl. verwendet wird.54. The method according to claim 51, characterized in that hemp and / or flax and / or sisal and / or reed and / or nettles, preferably plant parts of the nettle, and / or textiles or the like is used as organic fibers.
55. Verfahren nach Anspruch 54, gekennzeichnet dadurch, daß die organischen Fasern aufbereitet werden.55. The method according to claim 54, characterized in that the organic fibers are processed.
56. Verfahren nach Anspruch 51, 54 und 55, gekennzeichnet dadurch, daß als natürlicher Füllstoff die bei der Aufar- beitung der organischen Fasern anfallenden Schaben (Holzanteile des Pflanzenmaterials) verwendet werden.56. The method according to claim 51, 54 and 55, characterized in that as the natural filler in the Aufar- processing of the organic fibers of cockroaches (wood parts of the plant material).
Hierzu 2 Seiten Zeichnungen Two pages of drawings
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