Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze unter Nutzung von Rückständen aus der Oberflächenbehandlung von Bauteilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfaserprodukten zur Wärme- und/oder Schalldämmung sowie für den Brandschutz, insbesondere aus Steinwolle, bei dem zumindest aus der Produktion stammende Reststoffe, Korrekturstoffe zur Einstellung der erforderlichen Zusammensetzung und Viskosität der Schmelze zerkleinert und mit einem Bindemittel zu Formsteinen gepresst und die Formsteine einem Schmelz- aggregat zugeführt werden.
Dämmstoffe aus Steinwolle dienen zum Wärme-, Schall- und/oder dem Brandschutz. Fernerwerden Steinwolle-Produkte zur Aufzucht von Pflanzen oder zur Verstärkung von z.B. Beschichtungsmassen und sonstigen Produkten oder auch als Mineralfasern für Filtrationszwecke verwendet. Nachfolgend werden die beispielhaft aufgezählten Steinwolle-Produkte zusammenfassend als Mineralfaserprodukte bezeichnet.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von mineralischen Schmelzen für die Produktion von Mineralfaserprodukten bekannt. Diese Mineralfaserprodukte bestehen aus glasig erstarrten anorganischen Mineralfasern, die mit Hilfe eines Schmelzprozesses hergestellt werden. In diesem Schmelzprozess werden geeignete Rohstoffe geschmolzen und anschließend die derart entstandene Schmelze in einem Zerfaserungsaggregat zerfasert. Das Zerfasern der Schmelze erfolgt beispielsweise in einem sogenannten Zieh-, Schleuder- oder Blasverfahren. Unmittelbar nach dem Zerfasern werden die Mineralfasern entweder tröpfchenweise mit Binde- und/oder Imprägniermitteln benetzt oder erhalten einen Überzug aus Binde- und/oder Imprägniermitteln, so dass sie nachfolgend punktweise miteinander verbindbar sind. Die auf diese Weise behandelte Faser- masse kann nachfolgend aufgesammelt, verformt und die resultierende Struktur durch Aushärtung der Bindemittel fixiert werden. Verstärkungsfasern und Mineral-
fasern für Filtrationszwecke werden in der Regel nicht mit Bindemittel und/oder Imprägniermittel behandelt.
Nach der Zusammensetzung der Mineralfasern wird handelsüblich Glaswolle von Steinwolle unterschieden. Steinwolle wird hauptsächlich aus Gemengen aus gebrochenem Ergussgesteinen, wie beispielsweise Basalt oder Diabas und geringen Mengen an Kalkstein, Dolomit und Magnesit als Ergänzungsstoffe und grobstückigen Schlacken hergestellt. Diese Ergänzungsstoffe können jeweils für sich allein oder in unterschiedlichen Mischungen miteinander dem Gemenge beigefügt wer- den. In zunehmendem Maße werden diese Gemenge aus natürlichen, auf die erforderliche Größe gebrochenen Rohstoffen, durch künstlich hergestellte Körper entsprechender Größe, Form und Festigkeit ersetzt, die aus verschiedenen Roh- und Reststoffen sowie geeigneten Bindemitteln zusammengesetzt werden. Diese Körper werden nachfolgend als Formsteine bezeichnet.
Die Formsteine können feinkörnig gebrochene natürliche Gesteine enthalten. Als weitere Komponenten kommen produktionsbedingte Reststoffe hinzu, beispielsweise aus den beim Herstellungsprozess zwangsläufig entstehenden gröberen Bestandteilen, wie Schmelzperlen, die bei regelmäßiger Entleerung der Schmelz- Öfen anfallende erstarrte Schmelze mitsamt den teilweise aufgeschmozenen Gesteinsresten und Teilen der Ofenauskleidung aus feuerfesten Baustoffen, sowie den Dämmstoffen oder Substraten, die bei der Besäumung einer endlos hergestellten Faserbahn anfallen. Sonstige produktionsbedingte Reststoffe sind Verschnittreste, fehlerhafte Produkte oder aufzuschmelzende gebrauchte Dämmstoffe oder Substrate.
Die produktionsbedingten Reststoffe werden für die Herstellung von Formsteinen aufbereitet, d.h. zerkleinert, aufgemahlen und anschließend mit Korrekturstoffen gemischt.
Mit Hilfe dieser Korrekturstoffe wird die erforderliche Zusammensetzung der Gemenge erreicht, die ein gleichmäßiges und rasches Aufschmelzen in dem
Schmelzaggregat bewirken. Gleichzeitig werden dadurch die Temperatur und die Viskosität der entstehenden Schmelze so weit beeinflusst, dass ein möglichst wirkungsvoller, gleichmäßig ablaufender Zerfaserungsprozess erreicht wird.
Korrekturstoffe sind beispielsweise Schlacken aus der Stahlindustrie wie Konverter- oder Gießpfannenschlacken oder Schmelzkammergranulate aus Kohlekraftwerken.
Als hier wesentliche Korrekturstoffe gelten auch Stoffe, die Aluminium in oxidi- scher und/oder in metallischer Form enthalten. Geeignete Trägerstoffe sind einmal Roh-Bauxit oder calcinierter Bauxit , sowie Tonerdeschmelzzemente, die naturgemäß auch die Funktion eines Bindemittels erfüllen können. Aus der DE-OS 101 02 615 A1 und der darauf basierenden WO 02/057194 A1 ist die diesbezügliche Verwendung von nicht mehr gebrauchsfähigen Katalysatoren aus der Erdölindust- rie bekannt.
Weitere Korrekturstoffe Al203 als auch metallisches Aluminium enthaltende sind in der WO 99/28252 A1 beschriebene Schlacken aus der Wiedergewinnung von A- luminium aus AI-Schrott. Diese Schlacken enthalten u.a. noch geringe Mengen an Na-sulfaten und Na-fluoriden.
Weitere Korrekturstoffe sind Erze, wie z.B. Hämatit (Fe203) oder Magnetit (Fe304).
Die körnigen und faserigen Komponenten, die internen Reststoffe und die Korrek- turstoffe werden überwiegend mit anorganischen Bindemitteln, zumeist unter Zusatz von Wasser gemischt und anschließend zu Formkörpern verpreßt.
Unter anorganischen Bindemitteln sind allgemein hydraulisch abbindende Zemente wie Portlandzemente CEM I, aber auch alle Arten von Sonderzementen, wie Tonerdeschmelzzemente zu verstehen. Die Anteile der Bindemittel in den Formsteinen betragen ca. 9 bis 15 Masse-%.
Nach Erreichen einer für die Lagerung im Haufwerk, der Förderung und Beschickung ausreichenden Festigkeit der Formsteine - im Allgemeinen sollen die Formsteine nach beispielsweise 3 Tagen eine Mindest-Druckfestigkeit von 3-5 MPa erreichen - werden diese zusammen mit den anderen Rohstoffen oder allein, jedoch immer zusammen mit den erforderlichen stückigen Brennstoffen, dem Schmelzaggregat aufgegeben, in diesem wird die für die Faserbildung erforderliche Schmelze hergestellt, die sodann dem Zerfaserungsaggregat zugeführt wird. Das Zerfaserungsaggregat besteht in der Regel aus mehreren mit hoher Rotationsgeschwindigkeit umlaufenden und versetzt übereinander angeordneten Walzen .
Die Verarbeitbarkeit der mineralischen Schmelze weist eine starke Abhängigkeit von der Viskosität und der Temperatur der Schmelze auf. Beide Parameter lassen sich durch die Wahl der Rohstoffe gezielt beeinflussen. Darüber hinaus wirkt sich die chemische Zusammensetzung der Schmelze und damit der daraus hergestellten Mineralfaserprodukte auf deren Bioloslichkeit, d.h. die eventuelle Verweilzeit der Mineralfasern im menschlichen Organismus aus. Diese Bioloslichkeit ergibt sich in einem entscheidendem Maße aus den Anteilen der Oxide und Verbindungen des Siliziums, Aluminiums, Titans, Natriums, Magnesiums, Kaliums, Kalziums, Eisens sowie deren Verhältnisse zueinander. Für die Bioloslichkeit sind weiterhin auch die Gehalte der Oxide und Verbindungen des Bors und des Phosphors bedeutsam.
Eine typische Zusammensetzung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von handelsüblicher, biolöslicher Steinwolle setzt sich im wesentlichen wie folgt zusammen:
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die A u f g a b e zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfaserprodukten derart weiterzubilden, dass zum einen die Kosten für die Rohstoffe gesenkt werden, gleichzeitig aber die Eigenschaften der herzustellenden Mineralfaserprodukte nicht verschlechtert und insbesondere hinsichtlich ihrer Dämmeigenschaften und Bioloslichkeit verbessert werden.
Die L ö s u n g dieser Aufgabenstellung sieht vor, dass Bestandteile der Formsteine, insbesondere die Korrekturstoffe und/oder Gemengebestandteile zumindest teilweise durch verbrauchte körnige Rückstände aus einer Oberflächenbehandlung von Bauteilen, insbesondere von gebrauchten Strahlmitteln, substituiert werden.
Die Zusammensetzung dieser Reststoffe aus der Oberflächenbehandlung von Bauteilen variiert nach Herkunft des Strahlmittels bzw. Art des Bauteils und Ziel der Anwendung.
Hierbei sind folgende Strahlmittel zu unterscheiden: I) Natürliche Strahlmittel kommen in der Natur vor. Sie werden gewaschen, getrocknet und teilweise gebrochen (Seesand oder Granatsand). II) Agrarstrahlmittel sind Nebenprodukte von Agrarprodukten. Sie umfassen Walnussschalen, gemahlene Obstkerne, gemahlenes Spreu, gemahlene Reisschalen etc. Fabrikmäßig Nebenprodukte aus Erzraffinerien sind aus Hüttenschlacke hergestellte Strahl hergestellte mittel. Sie zählen zu denn Mineral-Strahlmitteln, da die Herstellung aus Messing- Strahlmittel , Kupfer- oder Bleischlacke etc. erfolgt.
b. Nichtmetallische Strahlmittel sind fabrikmäßig aus Siliziumkarbid, Aluminiumoxid und Glas hergestellte Strahlmittel. Weiterhin fallen glasige Verbrennungsrückstände (z.B. aus Kraftwerken) unter diese Gruppe c. Metallische Strahlmittel werden aus Hartguss, Temperguss, Aluminium, Messing oder Bronze hergestellt. Zu dieser Kategorie gehört auch Drahtkorn. e Strahlmittelsorten sind gem. DIN 8201 ff. wie folgt gegliedert:
Nach mehrfachem Aufbereiten und Wiederverwenden der Strahlmittel sind dessen Kanten abgerundet bzw. die Körnung durch Zerbrechen so weit reduziert, dass die Wirkung des Strahlmittels deutlich abnimmt, so dass es aus dem Prozeß ausgeschleust und im Regelfall entsorgt werden muss.
Die L ö s u n g dieser Aufgabenstellung sieht im Wesentlichen die Verwendung der Strahlmittel lll-a vor. Die anderen Strahlmittel der Gruppe III und teilweise der Gruppe I sind auch geeignet, stehen jedoch mengenmäßig aufgrund bestehender Recycling- und Verwertungswegen kaum zur Verfügung.
Strahlmittel der Gruppe II stellen mengenmäßig nur eine untergeordnete Kategorie dar. Der hohe organische Anteil liefert nach dem gemäß Stand der Technik dargestellten Herstellungsverfahren von Mineralfaserprodukten bislang keinen erkennbaren Vorteil.
Die Strahlmittel aus unterschiedlicher Herkunft weisen verschiedene Zusammensetzungen auf (alle Angaben in Masse-%). Teilweise ändert sich diese Zusammensetzung leicht aufgrund von Beimischungen des abgestrahlten Bauteils, in der Regel Metalle oder anorganische Stoffe wie z.B. Färb- und Lackrückstände:
Es ist möglich, einzelne zur Zeit im Formstein eingesetzte Rohstoffe zu 100% zu substituieren. Hierdurch beträgt der Anteil an gebrauchten Strahlmitteln im Formstein < 25 Masse-%.
Die voranstehend beschriebenen Strahlmittelrückstände weisen chemische Zusammensetzungen auf, die zur Korrektur der mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfasern besonders geeignet sind. Die verbrauchten Strahlmittel lassen sich beispielsweise zur gezielten der Viskositätssteuerung der mineralischen Schmelze nutzen. Diese Viskosität hat entscheidenden Einfluss auf die Produkteigenschaften der Mineralwolle.
Weiterhin ermöglicht der z.T. enthaltene hohe Anteil von Al203 die Substitution andere Aluminiumoxidträger. Das Aluminiumoxid selbst begünstigt die Bioloslichkeit der Mineralfasern.
Neben den voranstehend genannten Auswirkungen auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Schmelze für die Produktion von Mineralfaserprodukten hat das erfindungsgemäße Verfahren darüber hinaus den Vorteil, dass die ansonsten der Deponierung zuzuführenden Strahlmittelrückstän- de nunmehr stofflich verwertet werden können.
Neben dem eigentlich angestrebten Nutzen der gebrauchten Strahlmittel bei der Herstellung von Mineralfaserprodukten wird durch diese Form der Verwertung auch zusätzlich die Umwelt erheblich entlastet.
Weiterhin ist wesentlich, dass derartige gebrauchte Strahlmittel in der Regel kostenfrei erworben werden können, so dass die Produktionskosten derartiger Mineralfaserprodukte deutlich gesenkt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgend dargestellten Beispielen einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung werden Formsteine ge- presst, die aus 38 bis 64 Masse-% produktionsbedingter Reststoffe, 5 - 25 Masse- % gebrauchter Strahlmittel (silikatisch), 0 - 11 Masse-% Konverterschlacke, 0 - 14 Masse-% Gießpfannenschlacke, 10 - 25 Masse-% Al203-Träger, beispielsweise Bauxit sowie 9 - 15 Masse-% Zement bestehen. Bei dieser Zusammensetzung ist im Vergleich zu einer entsprechenden Zusammensetzung von Formsteinen gemäß dem Stand der Technik insbesondere der Anteil an Schmelzkammergranulat substituiert worden, woraus sich eine Reduzierung der Herstellkosten der Formsteine ergibt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel die Korrekturstoffe Al203-Träger und Schmelzkammergranulat durch gebrauchte Strahlmittel (aluminatisch / silikatisch) ersetzt wer- den:
14 Masse-% gebrauchter Strahlmittel (aluminatisch) 15 Masse-% gebrauchter Strahlmittel (silikatisch) 0 - 11 Masse-% Konverterschlacke 0 - 14 Masse-% Gießpfannenschlacke