WO1992012942A1 - Verwertungsverfahren für müll-, klärschlamm- und sondermüllverbrennungsasche - Google Patents

Verwertungsverfahren für müll-, klärschlamm- und sondermüllverbrennungsasche Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a process for the production of artificial aggregates for the construction industry and for use in underground mining and tunnel construction by mixing appropriate ashes with cement, moistening with water, pressing and curing.
  • These residues can also contain constituents from the flue gas desulfurization, since in modern flue gas purification processes, such as. B. the primary desulfurization in the combustion chamber, the residues are obtained as a mixture of ash and desulfurization products.
  • the invention is therefore based on the object of also processing the mainly finely dispersed residues from the incineration of waste, sewage sludge and special waste and then supplying them to different areas of use.
  • the object is achieved according to the invention in that the ashes originating from a furnace with an operating temperature of over 700 ° C. in the form of filter dust, kettle ash and granules are ground individually or in a mixture with Portland clinker or Portland cement and then obtained with the addition of water at 0-20% on the solid, moistened and agglomerated, that the mixture is subjected to a setting process with further addition of water and is then used as an additive.
  • the comminuting of the Portland clinker and the ashes in the various forms ensures very intensive mixing. From this prepared mixture, agglomerates are formed in an agglomeration process by adding finely divided water in specially matched water-solid ratios.
  • the agglomeration processes used are preferably those which, under the action of pressure, lead to a compression of the mixture and in this way produce agglomerates with as low as possible porosities and high bulk densities.
  • Such agglomerates already have a sufficiently high strength after compacting and remain dimensionally stable.
  • the 1-90% by weight of ash is mixed with 10-95% by weight of binder and then further processed.
  • This teaching gives the possibility, depending on the circumstances, of putting together the suitable binder components with the inorganic components and thus creating the conditions for inexpensive processing.
  • a further expedient embodiment provides that 10-50% by weight of further inorganic, non-metallic substances (power plant ash) are mixed into the mixture of ash and binder. In this way, an optimized particle size distribution of the starting mixture can be ensured. At the same time, there is the possibility of integrating further problematic residues in such a way that they can be used for optimum utilization.
  • the strength of the agglomerates is increased even further by the reaction products consisting of binder, residues and water, in that, according to the main claim, the green compacts are stored for a sufficiently long time with further water supply.
  • This solidification of the agglomerates by hydrate formation further leads to a further reduction in the porosity and at the same time to a reduction in the mean pore radii of the agglomerates produced.
  • the excess water obtained in this moist storage is used further for wetting the powdery starting mixed product, so that environmental pollution caused by eluted pollutants is minimized, and in the optimal case even prevented by the closed circuit.
  • the recirculation of the water enriched with eluted constituents leads to the establishment of a balance between the constituents of the agglomerates and those in the water used.
  • the invention enables the set agglomerates to be examined in advance to such an extent that fluctuations in the composition of the starting components, in particular with regard to the expected pollutant load, are specifically processed from the outset in such a way that leaching of the agglomerates is minimized.
  • the low porosity and the small average pore radii of the agglomerates advantageously lead to an immobilization of the pollutant load, which they inevitably carry along due to the requirements.
  • the agglomerates react alkali due to the addition of binders and the reaction product calcium hydroxide, so that the pH-dependent leaching of heavy metals is further reduced.
  • a further advantage is that the agglomerates can be produced optically in any shaped bodies, and by means of comminution and sieving these agglomerates can be optimally complied with the requirements with regard to particle size distribution.
  • the invention provides that the hardened agglomerates can be broken and then processed with a binder-containing mortar or concrete. Such processing is possible both in the surface and in the surface area because the hardened agglomerates have proven to be optimal additives.
  • these hydraulically set agglomerates advantageously fit into the binder system of mortar and concrete; in fact, they are distinguished by improved adhesion to the contact zone with the binder matrix. It has already been pointed out above that further residues can also be incorporated into the starting mixture, from which the agglomerates are then obtained. However, it is also possible to use the hardened agglomerates together with flotation mountains or other residues underground, for example as dam construction material or the like.
  • agglomerates Possible areas of application for using the agglomerates from waste, sewage sludge and hazardous waste incineration residues are the construction industry and underground mining. Within the construction industry, the agglomerates can be used as an additive in concrete, mortar and finished products.
  • the use in underground mining takes place as a grain in the mining mortar, as a backfill and dam construction material or as a void filler, in a binder-strengthened mixture or in the filling of broken cavities.
  • the use as a component of the mass for filling the fracture cavity makes it possible to mix the agglomerates, preferably with flotation piles or other mining exits, without further addition of binder, and in this way to produce dense masses in which coarse grains with immobile pollutant loads can be introduced in isolation from one another.
  • the transport to the underground site takes place hydro-mechanically or pneumatically via central conveyor systems. In the case of decentralized conveyor systems, the ready mix is delivered as sacked goods, in big bags or similar containers.
  • the agglomerates can be added to the hydromechanical long-distance conveying, or they can also be transported in closed systems in the pneumatic conveying systems, in which they simultaneously serve as a low-wear sweeping grain.
  • the introduction or final processing then takes place from the on-site silo, either hydromechanically or pneumatically.

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Abstract

Die Herstellung von künstlichen Zuschlagstoffen für die Bauwirtschaft und für den Einsatz im untertägigen Berg- und Tunnelbau geschieht durch Mischen von entsprechenden Aschen mit Zement, Durchfeuchten mit Wasser, Verpressen und Aushärten. Die aus einer Feuerung mit über 700 °C Betriebstemperatur stammenden Aschen werden in Form von Filterstäuben, Kesselaschen und Granulat einzeln oder im Gemisch mit Portlandklinker oder Portlandzement oder einem anderen organischen Bindemittel vermahlen und dann unter Wasserzugabe von 0 - 20 %, bezogen auf den Feststoff, durchfeuchtet und agglomeriert, und das Gemisch wird unter weiterer Wasserzugabe einem Abbindeprozeß unterzogen und dann als Zuschlagstoff eingesetzt.

Description

Verwertungsverfahren für Müll-, Klärschlamm- und Sondeπαüllverbrennungsasehe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von künstlichen Zuschlagstoffen für die Bauwirtschaft und für den Einsatz im untertägigen Berg- und Tunnel¬ bau durch Mischen von entsprechenden Aschen mit Ze¬ ment, Durchfeuchten mit Wasser, Verpressen und Aus¬ härten.
Die Verknappung natürlicher Vorkommen in Zusammenwir¬ ken mit der eingeschränkten Nutzung abbauwürdiger Vorkommen zur Gewinnung von Kies und Sand und als Zu¬ schlagstoff, aber auch die Verknappung des Deponie¬ raums für schadstoffhaltige Reststoffe aus Verbren¬ nungsanlagen, haben zu Überlegungen geführt, wie die feindispergierten Reststoffe bzw. Aschen aus solchen Anlagen in irgendeiner Form nutzbar gemacht werden können. Die genannten Verbrennungsrückstände bestehen - bis auf Spuren - hauptsächlich aus anorganischen Bestandteilen, deren Schadstofffrächt aus Metallen und Schwermetallen besteht, die sich in den Fil¬ terstäuben, Kesselaschen und im Granulat anreichern. Besonders diejenigen Verbrennungsrückstände sind von Interesse, die durch die thermische Behandlung bei Temperaturen von ~ 700°C entstehen, wobei von unter¬ geordneter Bedeutung ist, welches Verbrennungsver¬ fahren jeweils angewendet wurde. Diese Rückstände können ebenfalls Bestandteile aus der Rauchgasent¬ schwefelung beinhalten, da bei modernen Rauchgasrei¬ nigungsverfahren, wie z. B. der primären Entschwefe¬ lung im Brennraum, die Reststoffe als Gemisch aus Asche und Entschwefelungsprodukten anfallen.
Aus der DE-PS 35 39 264 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Steinkohlenflugasche in Form eines glasi¬ gen, kugeligen Feingutes mit hochfeiner Kohleasche aus der zirkulierenden Wirbelschichtverbrennung und Zement gemischt, mit Wasser durchfeuchtet und agglo¬ meriert wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auch die hauptsächlich feindispergierten anfallenden Rest¬ stoffe aus der Verbrennung von Müll, Klärschlamm und Sondermüll aufzuarbeiten und dann verschiedenen Ein¬ satzgebieten zuzuführen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aus einer Feuerung mit über 700°C Betriebstempe¬ ratur stammenden Aschen in Form von Filterstäuben, Kesselaschen und Granulat einzeln oder im Gemisch mit Portlandklinkern oder Portlandzement vermählen und dann unter Wasserzugabe von 0 - 20 %, bezogen auf den Feststoff, befeuchtet und agglomeriert werden, daß das Gemisch unter weiterer Wasserzugabe einem Abbin¬ deprozeß unterzogen und dann als Zuschlagstoff einge¬ setzt wird. Durch das gemeinsame Zerkleinern des Portlandklinker und der Aschen in den verschiedenen Formen wird eine sehr intensive Vermischung sichergestellt. Aus diesem aufbereiteten Mischgut werden in einem Agglomera¬ tionsprozeß durch Zugabe von feinverteiltem Wasser in besonders abgestimmten Wasser-Feststoff-Verhältnissen Agglomerate gebildet. Als Agglomerationsverfahren werden vorzugsweise diejenigen verwendet, die unter Einwirkung von Druck zu einer Verdichtung des Misch¬ gutes führen und auf diese Weise Agglomerate mit mög¬ lichst geringen Porositäten und hohen Rohdichten er¬ bringen. Derartige Agglomerate besitzen nach dem Kom- paktieren bereits eine ausreichend große Festigkeit und bleiben formstabil. Durch die Wasserzugabe vor der Agglomeration und die entstehende Reibungswärme bei der Verdichtung binden die Agglomerate durch die Bindemittelkomponente ab, wobei durch die intensive Vermischung der Ausgangskomponenten eine hohe Haftung der Reststoffe an der Bindemittelmatrix erreicht wird.
Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die 1 - 90 Gew.-% Asche mit 10 - 95 Gew.-% Bindemittel gemischt und dann weiterverarbei¬ tet wird. Diese Lehre gibt die Möglichkeit, je nach Gegebenheiten, die geeigneten Bindemittelkomponenten mit den anorganischen Komponenten zusammenzustellen und so die Voraussetzungen für eine günstige Verar¬ beitung zu schaffen. Eine weitere zweckmäßige Ausbildung sieht vor, daß dem Gemisch von Asche und Bindemittel 10 - 50 Gew.-% weitere anorganische, nichtmetallische Stoffe (Kraft¬ werksasche) zugemischt wird. Hierdurch kann gezielt eine optimierte Kornverteilung des Ausgangsmischgutes sichergestellt werden. Gleichzeitig ist die Möglich¬ keit gegeben, auch weitere problematische RestStoffe so einzubinden, daß sie einer optimalen Verwertung zugeführt werden können.
Zu erwähnen ist noch, daß die Festigkeit der Agglome¬ rate durch die Reaktionsprodukte aus Bindemittel, Reststoffen und Wasser noch gesteigert wird, indem gemäß dem Hauptanspruch die Grünlinge bei weiterer Wasserzufuhr ausreichend lange gelagert werden. Diese Verfestigung der Agglomerate durch Hydratbildung führt weiterhin zu einer nochmaligen Verringerung der Porosität und gleichzeitig zu einer Verringerung der mittleren Porenradien der hergestellten Agglomerate. Das bei diesem feuchten Lagern anfallende überschüs¬ sige Wasser wird für die Benetzung des pulverförmigen Ausgangsmischproduktes weiterverwendet, so daß eine Umweltbelastung durch eluierte Schadstoffe minimiert, im Optimalfall durch den geschlossenen Kreislauf so¬ gar verhindert wird. Die Rezirkulation des mit eluierten Bestandteilen angereicherten Wassers führt zum Einstellen eines Gleichgewichts zwischen den Be¬ standteilen der Agglomerate und denen im verwendeten Wasser. Die Erfindung gibt die Möglichkeit, die abgebundenen Agglomerate soweit vorab zu untersuchen, daß auch Schwankungen in der Zusammensetzung der Ausgangskom¬ ponenten, insbesondere bezüglich der zu erwartenden Schadstofffrächt, gezielt von vornherein so verar¬ beitet werden, daß eine Auslaugung der Agglomerate minimiert wird. Die geringe Porosität und die kleinen mittleren Porenradien der Agglomerate führen vorteil¬ haft zu einer Immobilisierung der Schadstofffrächt, die sie zwangsweise aufgrund der Vorgaben mitführen.
Die Agglomerate reagieren durch die Bindemittelzugäbe und durch das Reaktionsprodukt Calciumhydroxid alka¬ lisch, so daß die pH-wertabhängige Auslaugung von Schwermetallen weiterhin vermindert wird. Vorteilhaft ist weiter, daß die Agglomerate optisch in beliebigen Formkörpern erzeugt werden können, wobei durch Zer¬ kleinerung und Siebung diese Agglomerate den Anforde¬ rungen bezüglich der Kornverteilung optimal ent¬ sprochen werden kann.
Um für den nachfolgenden Verarbeitungsprozeß optimale Oberflächen vorzugeben und auch, um ein günstiges Korngemisch sicherzustellen, sieht die Erfindung vor, daß die erhärteten Agglomerate gebrochen werden kön¬ nen und dann mit einem bindemittelhaltigen Mörtel oder Beton verarbeitet werden. Eine solche Verarbei¬ tung ist sowohl im obertägigen wie im untertägigen Bereich möglich, weil sich die erhärteten Agglomerate als optimale Zuschlagstoffe erweisen. Vorteilhaft ist schließlich, daß sich diese hydrau¬ lisch abgebundenen Agglomerate vorteilhaft in das Bindemittelsystem von Mörtel und Beton einfügen, ja, sie zeichnen sich sogar durch verbesserte Haftung an der Kontaktzone zur Bindemittelmatrix aus. Weiter vorn ist bereits darauf hingewiesen worden, daß auch weitere Reststoffe in die Ausgangsmischung eingear¬ beitet werden können, aus denen dann die Agglomerate erzielt werden. Es ist aber auch möglich, die erhär¬ teten Agglomerate zusammen mit Flotationsbergen oder anderen Reststoffen unter Tage, beispielsweise als Dammbaumaterial oder ähnlichem, einzusetzen.
Mögliche Einsatzgebiete zur Verwendung der Agglome¬ rate aus Müll-, Klärschlamm- und Sondermüllverbren- nungsrückständen sind die Bauwirtschaft und der un- tertägige Bergbau. Innerhalb der Bauwirtschaft können die Agglomerate als Zuschlag in Beton, Mörtel und Fertigprodukten eingesetzt werden.
Die Anwendung im untertägigen Bergbau erfolgt als Korn im Bergbaumörtel, als Hinterfüll- und Dammbau¬ stoff oder als Hohlraumverfüller, im bindemittelver¬ festigten Versatz oder in der Bruchhohlraumverfül- lung. Der Einsatz als Bestandteil der Masse zur Bruchhohlraumverfüllung ermöglicht es, ohne weitere Bindemittelzugabe die Agglomerate vorzugsweise mit Flotationsbergen oder anderen Abgängen des Bergbaus zu mischen und auf diese Weise dichte Massen zu er¬ zeugen, in denen isoliert voneinander Grobkörner mit immobiler Schadstofffrächt eingebracht werden können. Der Transport zum Einsatzort unter Tage findet hydro- mechanisch oder pneumatisch über zentrale Förderan¬ lagen statt. Bei dezentralen Förderanlagen erfolgt die Anlieferung des Fertiggemisches als Sackware, in bigbags oder ähnlichen Gebinden. Die Agglomerate kön¬ nen der hydromechanisehen Fernförderung beigegeben werden oder sie können in geschlossenen Systemen ebenso in den pneumatischen Förderanlagen transpor¬ tiert werden, in denen sie gleichzeitig als ver¬ schleißarmes Fegekorn dienen. Die Einbringung bzw. Endverarbeitung erfolgt dann aus dem Vorortsilo, ent¬ weder hydromechaniseh oder pneumatisch.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verarbeitung von schadstoffhalti¬ gen Reststoffen aus Verbrennungsanlagen, inbe¬ sondere von Schwermetalle, Salze und PCB's ent¬ haltenen Aschen aus Müllverbrennungsanlagen zu künstlichen Zuschlagstoffen für die Bauwirt¬ schaft oder für den Einsatz im untertägigen Berg- und Tunnelbau durch Mischen der Aschen mit Zement oder anderen organischen Bindemitteln, Wasserzugabe, Agglomeration und Aushärten, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Aschen gemeinsam mit dem Bindemittel veirmahlen werden und daß durch Zugabe von Wasser gleichzeitig mit der Ag¬ glomeration ein Lösen der Schadstoffe bewirkt wird, die dann durch weitere Wasserzugäbe durch den Zement kristallin eingebunden und nach dem Aushärten der Mischung im entsprechend zu bear¬ beitenden Zuschlagstoff sicher gelagert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß die 5 - 90 Gew.-% Asche mit 10 - 95 Gew.-% Bindemittel gemischt und dann weiterver¬ arbeitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß dem Gemisch von Asche und Bindemittel 10 - 50 Gew.-% weitere anorganische, nichtmetal¬ lische Stoffe (Kraftwerksasche) zugemischt wer¬ den.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Gemisch nach dem Durchfeuchten bis auf > 1,8 g/cm^ Dichte verfestigt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß die erhärteten Agglomerate gebrochen und dann mit einem bindemittelhaltigen Mörtel oder Beton verarbeitet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß die erhärteten Agglomerate zusammen mit Flotationsbergen oder anderen Reststoffen unter Tage als Dammbaurriaterial oder ähnliches einge¬ setzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 6, da¬ durch gekennzeichnet, daß die erhärteten Agglo¬ merate mit den eingebundenen Reststoffen pneuma¬ tisch oder hydromechanisch zur Endverarbeitung transportiert werden.
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