NL195044C - Produkten van baksteen- en dakpannenfabrieken, met een gehalte aan havenslib. - Google Patents

Description

« 1 195044

Produkten van baksteen- en dakpannenfabrieken, met een gehalte aan havenslib

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van producten van baksteen- en pannenfabrieken welke producten tot 50% havenklei omvatten.

5 Een dergelijke werkwijze wordt beschreven in het "Chemisch Magazine” van april 1982, blz. 233-235, in "Klei, Glas en Keramiek" van November 1981, blz. 276-278 en in "Klei en Keramiek” van 1979, blz. 205-210. Deze publicaties beschrijven een onderzoek naar de verwerking van havenklei in stenen. Volgens deze publicaties kan een hoeveelheid havenklei in de stenen'worden verwerkt die op kan lopen tot maximaal 15 procent waarbij wordt uitgegaan van een brandtemperatuur van 1050°C. Het is wenselijk en 10 voordelig om hogere percentages havenklei in de fabricage van stenen te kunnen toepassen.

Producten van steenfabrieken vormen wat betreft de hoeveelheid de belangrijkste groep van de als bouwmaterialen gebruikte keramische materialen. Producten van steenfabrieken worden door branden van leem, klei en kleiachtige massa’s met toeslagen van zand, meel en bakstenen en dakpannen, hoogovenslak of as als magermakend middel gewonnen, waarbij de klei het hydraatwater verliest, wat met gedeeltelijk 15 sinteren en poriênvorming gepaard gaat. De vervaardiging van steenproducten heeft plaats door klei in koldermolens of hamermolens fijn te maken en op natte koldermolens met water en de magermakende middelen te kneden. De verdere bewerking omvat vormgeving door strengpersen, in excenter- en revolver-persen of soortgelijke machines, drogen in kamer- of kanaaldrogers en bakken In ring-, kamer- of tunnel-ovens, die al of niet direct worden gestookt met kool, olie of gas. Bij de steenproducten onderscheidt men in 20 hoofdzaak klinkers, gevelplaten, afdekplaten en dakpannen als ook metselstenen. Dakpannen kunnen uiteen lopende vormen hebben, zoals holle pannen, tuils du nord of leipannen. Metselstenen of bakstenen zijn tegenwoordig gestandaardiseerd en kunnen als volle steen of als geperforeerde steen zijn uitgevoerd, waarbij de laatst genoemde van gaten zijn voorzien, die loodrecht op twee evenwijdige grensvlakken verlopen. Bij de fabricage van steenproducten ontstaat afval in vorm van steengruis en steenstof, dat als 25 regel wordt gemalen en als steenmeel in de keramische industrie als vermageringsmiddel voor vette klei of als kleurgevens materiaal in de kunststeenindustrie toepassing vindt.

Hoofdbestanddeel van steenproducten zijn natuurlijke kleisoorten. Daaronder verstaat men aluminiumsilicaten met een zogenaamde phyllosilicaatstruktuur en uiteen lopende watergehalten. De kleimineralen worden in verschillende groepen onderverdeeld, die wat betreft hun chemische samenstelling en hun 30 fysische struktuur duidelijk van elkaar verschillen. Klei wordt uiterlijk daardoor gekenmerkt, dat zij in vochtige toestand zwelt en plastisch vervormbaar wordt, maar na het drogen haar vorm houdt en bij het branden onder vorming van mulliet hardt. In hoofdzaak bestaan natuurlijke kleivindplaatsen uit door verwerving van aluminiumoxide bevattende mineralen onstane deeltjes die niet groter dan 2 pm zijn en op grond van hun cohesiekracht ook zand en sloef vormen. Is het gehalte aan de laatst genoemden groot, dan spreekt men 35 van magere klei, terwijl men, wanneer de colloïdale bestanddelen sterker zijn vertegenwoordigt, te maken heeft met vette klei. In de gewoonlijk bruine of geelachtige kleisoorten zijn wisselende hoeveelheden ijzer-, mangaan-, magnesium-, titaan-, fosfor- en stofstofverbindingen aanwezig. Een belangrijke eigenschap van klei is haar vermogen de meest uiteen lopende metalen en metalloiden te adsorberen en te binden. Klei beschikt dan ook over ionenuitwisselaktiviteiten en men gaat tegenwoordig ervan uit, dat zij ook een 40 katalytische eigenschap kan hebben, in het bijzonder wanneer een bepaald gehalte aan vreemde ionen aanwezig is.

Als een gevolg van dit vermogen van de natuurlijke kleimineralen is het echter ook zo, dat enerzijds de samenstelling al naar gelang de vindplaats verschillend kan zijn, dat echter anderzijds alle kleimineralen de neiging hebben radioactieve isotopen - en wel ten dele zeer selektief - te binden. Het is bekend, dat de 45 radioaktiviteit van kleimineralen op grond van de vroegere bovengrondse atoomproeven en op grond van de bekende ongelukken met reaktoren duidelijk is toegenomen, daar de isotopen ui de aerosolen worden uitgewassen en door kleimineralen worden gebonden.

Essentiële eigenschappen van de natuurlijke kleimineralen heeft echter ook havenklei of havenslib, waarbij het hier om afzettingen in havens, rivieren en vijvers gaat, die in de betrokken waterbekkens door 50 natuurlijke of kunstmatige waterlopen worden ingebracht en als regel in vergelijking met natuurlijke kleivindplaatsen op het land een sterkere met metalen, metalloiden en organische verbindingen vertonen. Hierna worden onder havenklei die onder water afgezette sedimenten onafhankelijk van hun respektieve herkomst verstaan. Daar havenklei als regel periodiek of doorlopend uit het havenbekken moet worden verwijderd, ontstaat het probleem wat dan met deze uitgebaggerde sedimenten moet geschieden. Vanwege 55 de gedeeltelijke belasting met zware metalen en metalloiden als ook organische verbindingen is een toepassing bijvoorbeeld in de landbouw niet zonder meer mogeiijk, zodat havenklei bijna overal in de wereld op vlakten in de nabijheid van de havens wordt gedeponeerd, wat vanwege het feit, dat het sediment water 195044 2 bindt, aanzienlijke moeilijkheden veroorzaakt. De toepassing van havenklei in plaats van natuurlijke kleimineralen uit vindplaatsen op het land voor de vervaardiging van steenproducten faalde tot nu toe omdat moeilijkheden bij de verwerking, nl. bij branden, van deze producten optraden.

De aanwezigheid van resten zware metalen zoals kwik en arseen in de vervaardigde steenproducten 5 hebben een toepassing vergaand onmogelijk gemaakt, daar zware metalen uit het gerede product door klimaatinvloeden en in het bijzonder inwerking van water elueerbaar zijn.

Er blijkt dan ook verdere behoefte bestaan een werkwijze volgens welke havenklei tot steenproducten kan worden verwerkt, die wat betreft de mate waarin zij door het milieu worden getolereerd lijken op die van uit natuurlijke vindplaatsen gewonnen klei werden vervaardigd ofwel beter zijn.

10 Verrassenderwijs werd nu gevonden, dat het mogelijk is steenproducten te vervaardigen, die een gehalte aan havenklei en wel een gehalte tot 50% van de totale massa hebben, die aan alle in bouwkundig opzicht gestelde fysische eisen voldoen en ecologisch onbedenkelijk zijn.

De uitvinding heeft derhalve betrekking op een werkwijze van het in de aanhef genoemde type welke hierdoor wordt gekenmerkt dat de gevormde producten gedurende enkele dagen aan een droging vooraf 15 worden onderworpen bij een temperatuur van 60°C en aansluitend aan branden bij een temperatuur van ten hoogste 1300°C.

Volgens de werkwijze volgens de uitvinding is het mogelijk om een hoger gehalte aan havenklei in steenproducten te verwerken, waarbij de mate waarin deze producten door het milieu getolereerd worden gelijk is of beter dan die van steenproducten die uit klei afkomstig van natuurlijke vindplaatsen zijn 20 vervaardigd.

Het voorkomen van het vrijkomen van metalen uit afgebakken stenen is ook bekend uit een artikel van Alleman et al. in Wat. Sci. Tech. Vol 22(12), blz. 309-317,199. Het artikel beschrijft de toepassing van stedelijk afval in de bereiding van stenen waarbij de gehaltes aan vrijkomende metalen binnen aanvaardbare grenzen blijven wanneer het aandeel afval onder 30% wordt gehouden en de steen wordt afgebakken 25 bij een temperatuur van 1050°C.

Gebleken is, dat een groot gedeelte van de normaliter gebruikte bovengrondse klei door havenklei kan worden vervangen.

De uitvinding heeft daardoor tevens betrekking op een product van baksteen- en pannenfabrieken verkrijgbaar door het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, met het kenmerk, dat dit product tot 30 50% havenklel, 5 tot 10 gew.% steenmeel en 5 tot 10% vliegas in de totale massa omvat.

Dergelijke producten massa’s kunnen echter niet volgens de tegenwoordig gebruikelijke werkwijzen worden vervaardigd, wanneer men wil verhinderen, dat door het gehalte aan metalen en metalloïden en organische verbindingen een belasting van het milieu optreedt. Volgens de uitvinding worden derhalve de producten van baksteen- en pannenfabrieken zodanig vervaardigt, dat de op gebruikelijke wijze gemalen, in 35 de vorm van slib gebrachte en erna gevormde massa aan een droging vooraf bij lage temperatuur wordt onderworpen. De gevormde bakstenen worden in droogkamers met behulp van warme lucht met een luchttemperatuur van slechts circa 60°C gedroogd. Deze droge lucht is samengesteld uit de afwerklucht van de steenove en een portie verse lucht, waarbij meestaql de beide luchtstromen met behulp van een gasbrander tot 110°C worden voorverwarmd en zo in het droogkamersysteem intreden. De betrekkelijk 40 lagere droogtemperatuur is noodzakelijk om het vrijkomen van kwik en arseen uit het havenslib met zekerheid te verhinderen.

De steenproducten worden dan aan branden bij een hoge temperatuur, namelijk tot 1300°C, onderworpen, terwijl de normale brandtemperaturen bij 900 tot 1000°C liggen. Met dit branden bij hoge temperatuur wordt bereikt, dat de meest schadelijke stoffen, in het bijzonder metalloïden, in de gasvorm overgaan. De 45 rookgassen worden meerdere malen door de zöne met hoge temperatuur gerecirculeerd, zodat organische verbindingen, in het bijzonder dioxinen en furanen in verregaande mate worden afgebroken. Door de hoge brandtemperatuur wordt het mogelijk het grootste gedeelte van de schadelijke stoffen in de gastoestand te brengen, zodat het met behulp van de hedentendage sterk ontwikkelde filtertechniek zonder meer mogelijk is de verontreiniging van het milieu zeer gering te houden.

50 Zoals uit vergelijkingsproeven is gebleken, liggen bij deze werkwijze volgens de uitvinding de gehalten aan schadelijke stoffen in de rookgassen lager, en wel ten dele aanmerkelijk lager dan de door ”TA-luft” vereiste concentraties. Vliegstof wordt in filters opgevangen en op gebruikelijke wijze in vaste vorm gebracht respectievelijk opgewerkt, bijvoorbeeld door ingieten in een glasmatrix. De hoeveelheid van de bij de werkwijze volgens de uitvinding ontstaande resterende materialen bedraagt, zoals uit proeven bleek, 0,5 tot 55 maximaal 1,5% van de oorspronkelijke hoeveelheid. Deze kunnen, rekening houdend met de veiligheidsvoorschriften voor de arbeid na de werkwijze aanmerkelijk eenvoudig worden verwerkt of gedeponeerd, daar de behoefte aan ruimte drastisch is verminderd. Aldus wordt tot 98,5% van de havenklei op een milieuvrien- 3 195044 delijke wijze hernieuwd benut.

De volgens de uitvinding vervaardigde steenproducten voldoen aan alle gebruikelijke, door de bouwtechniek gestelde fysische eisen. Men kan al naar gelang of oxiderend of reducerend wordt gebrand, een rode kleuring of blauwzwarte kleuring van de bakstenen verkrijgen. Uit eluaatanalyse blijkt, dat deze 5 bakstenen in vergelijking met bakstenen afkomstig uit klei van natuurlijke bovengrondse vindplaatsen, geen grotere waarden aan schadelijke stoffen vertonen, maar dat hun eluaatwaarden ten dele aanmerkelijk lager zijn. Bijzonder verrassend is echter het feit, dat de radioactieve belasting bij deze van havenklei vervaardigde bakstenen duidelijk is verminderd en bijvoorbeeld slechts bij 50% van de overigens gebruikelijke waarden bij gebruikmaking van klei uit bovengrondse vindplaatsen ligt. Vermoed wordt, dat de betrekkelijk 10 sterke radioaktiviteit van kleimineralen afkomstig van bovengrondse vindplaatsen haar verklaring vindt in het adsorptievermogen van klei voor radioactieve isotopen uit de atmosfeer, terwijl daarentegen de afgezette sedimenten een kleiner gehalte hebben.

De uitvinding wordt hierna aan de hand van de voorbeelden nader toegelicht.

15 Voorbeeld 1

Op gebruikelijke wijze wordt een uitgangsmassa voor stenen van 5 gew.% steenmeel bij een korrelgrootte-verdeling van 0 tot 3 mm, 5% vliegas, 50% havenklei en 40% natuurlijke klei uit de telkens te benutten kleigroeven bereid en deze wordt op gebruikelijke wijze gevormd.

De steenvormelingen worden dan 4 dagen aan een droging vooraf bij lage temperatuur bij een lucht-20 temperatuur van 60°C, waarbij een aanmerkelijke hoeveelheid voorverwarmde verse lucht werd toegevoegd, onderworpen.

De vooraf gedroogde vormelingen worden vervolgens in een tunneloven met een voorwarmzone, brandzone en koelzone gebracht. Het te branden goed en de lucht bewegen zich tegen elkaar in in de tunneloven. De intredende koude lucht wordt voor de koeling van het gebrande goed gebruikt, de tempera-25 tuur stijgt in de brandzone en dient in de voorwarmzone voor het verwarmen van de vers in de oven gebrachte steenproducten en wordt dan via de schoorsteen naar de atmosfeer afgevoerd nadat vooraf 4- tot 6-maal de lucht door een vooraf gegeven, gedwongen circulatie steeds weer door de hete-luchtzone wordt gevoerd. De brandoven heeft een doorzetvermogen van 60 Mg/d gebrand goed, waarbij het gloeiverlies 15 massa % bedraagt.

30

Voorbeeld 2

Voor het onderzoek van de mogelijke concentraties aan schadelijke stoffen van de lucht door het fabricageproces volgens de uitvinding werden bij de in voorbeeld 1 beschreven installatie analysen van de lucht in de droogkamer en in het afgewerkte gas van de droogkamer als ook in de afgewerkte gas van de brandoven 35 uitgevoerd.

In de afgewerkte lucht uit de droogkamer en in de droogkamer konden organische stoffen bij een grenswaarde voor het aantonen tussen 5 mg tot mg/m3 niet worden aangetoont. Het ”TA-luft”-voorschrift laat voor organische stoffen uit klasse 1 een waarde van 20 mg/m3 toe. Ook de concentraties aan anorganische gasvormige chloor- en fluorverbindingen als ook van cadmium, kwik, arseen, kobalt, lood en 40 chroom lagen ver beneden de door 'TA-luft’’ toegelaten waarden.

Het afgewerkte gas uit de brandoven had een onderkenbaar gehalte aan organische stoffen, weliswaar kleiner dan de toegelaten waarden. Ook de componentetn waterstofchloride, waterstoffluoride en zwaveldioxide treden weliswaar in duidelijke concentraties op, die echter aanmerkelijk lager dan de kritische grenswaarden liggen. De voor waterstofchloride en zwaveldioxide berekende massastromen van 0,16 kg/h 45 en 1,45 kg/h zijn steeds nog betrekkelijk klein in vergelijking met de door ”TA-luft" genoemde grenswaarden van 0,3 kg/h respectievelijk 5 kg/h. Ook de waarden voor cadmium, arseen, kobalt, lood en chroom zijn niet kritisch, alleen bij kwik werd een aanmerkelijke concentratie vastgesteld, die 0,37 mg/m3 bedroeg en duidelijk hoger dan de waarde volgens ’’TA-luff’ van 0,2 mg/m3 ligt. Belastingen met kwik kunnen echter door geschikte filters nagenoeg volledig worden geëlimineerd.

50

Voorbeeld 3

Ter vergelijking van gehalte aan elueerbare stoffen als ook het totale gehalte aan relevante metalen respectievelijk metalloïden en de radioaktiviteit werden volgens de uitvinding vervaardigd stenen met in de handel verkrijgbare tegels van verschillende steenfabrieken vergeleken. De eluaatanalyse werd uitgevoerd 55 door het Qualitatssicherheitsinstitut Hamburg; de meting van radioaktiviteit werd door Kernuntersungsinstitut Krümmel uitgevoerd. De resultaten worden in de navolgende tabellen 1 en 2 vermeld.

Zoals daaruit moge blijken laat de eluaatanalyse zien, dat steenproducten volgens de uitvinding in dit

Claims (2)

195044 4 opzicht met de tot nu toe gebruikelijke producten volledig vergelijkbaar zijn. Bij het onderzoek van het totale gehalte aan metalen en metalloïden wordt zelfs gedeeltelijk een verminderd gehalte in vergelijking met de in de handel verkrijgbare producten worden vastgestelt en de meting van de radioaktiviteit levert het verrassende resultaat op, dat de waarden bij de stenen volgens de uitvinding met circa 50% zijn verminderd. 5 TABEL 1 Vergelijkend onderzoek van verschillende soorten baksteen-eluaatanalyse Fabrikant Steen- Steen- Steen- Steen- Steen- Baksteen 10 fabriek fabriek fabriek fabriek fabriek uit 50% 1 2 3 4 5 havenklei Hoeveelheid: mg/i mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 15 pH-waarde 9,7 8,15 7,71 8,88 9,2 9,2 Zink <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,2 <0,2 Cadmium < 0,00005 < 0,00005 < 0,00005 < 0,00005 < 0,00005 < 0,00005 Lood <0,005 <0,005 < 0,005 < 0,005 <0,005 <0,005 Chroom < 0,002 < 0,002 < 0,002 < 0,0062 < 0,002 < 0,002 20 Nikkel <0,005 <0,005 < 0,005 < 0,005 <0,005 <0,005 IJzer 0,023 1,2 0,0089 0,0059 0,0091 0,0091 TABEL 2 Vergelijkende proeven van verschillende soorten baksteen-totaalgehalte 25 ___ Fabrikant Steen- Steen- Steen- Steen- Steen- Baksteen Ruwe klei fabriek fabriek fabriek fabriek fabriek uit 50% waarvan 1 2 3 4 5 haven- 50% in klei de 30 baksteen aanw. Hoeveelheid: mg/kg-TS mg/kg-TS mg/kg-TS mg/kg-TS mg/kg-TS gg/kg-TS 35 Arseen 13,53 0,90 3,65 2,67 2,32 3,95 Lood <0,5 <15 <15 <0,5 <0,5 <0,5 Cadmium < 0,5 < 0,5 < 0,5 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Chroom 28,93 18,54 46,81 61,60 88,79 28,67 Koper 4,09 <1,0 <0,1 <0,1 6,52 <0,1 40 Nikkel 3,99 1,998 9,32 7,32 20,64 2,66 Kwik 0,459 0,646 0,606 0,239 0,486 0,406 Zink 566 35,09 28,00 30,33 41,625 27,6 Radioaktiviteit/Bq/kg niet onderzocht K 40 - 610 380 340 320 260 620 45 Pb 210 - <5,6 <3,3 <4,6 <3,9 <4,3 <0,3 Pb 214 - 96 94 38 33 60 810 RA 226 - 56 34 29 25 38 69 Th 232 ------ Th 234 - <9,4 18 <7,4 <7,4 <4,8 <0,64 50 _-.........- ____ _

1. Werkwijze voor de vervaariding van producten van baksteen- en pannenfabrieken welke producten tot 50% havenklei omvatten, met het kenmerk, dat de gevormde producten gedurende enkele dagen aan een droging vooraf worden onderworpen bij een temperatuur van 60°C en aansluitend aan branden bij een t 5 195044 temperatuur van ten hoogte 1300°C.

2. Product van baksteen- en pannenfabrieken, verkrijgbaar door het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dit product tot 50% havenklei, 5 tot 10 gew.% steenmeel en 5 tot 10% vliegas in de totale massa omvat.