DD158107A1 - Konditioniermittel zur herstellung kohaesiver staubbindender schuettfaehiger koerniger stoffe - Google Patents

Abstract

Das Verfahren betrifft die Herstellung schuettfaehiger koerniger Stoffe mit dauerhafter Staubbindung und kohaesiven Eigenschaften. Das Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die koernigen Stoffe, die einen beliebigen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen koennen, mit einem staubbindenden grenzflaechenaktiven Konditioniermittel behandelt werden.Das Konditioniermittel enthaelt neben fett- oder oelartigen Stoffen als staubbindende Komponente noch ein Gemisch aus grenzflaechenaktiven Tensiden und Wasser. Diese Tenside dienen zugleich als Emulgator, Aufziehmittel und Haftverbesserer sowie gegebenenfalls als Loesungsvermittler. Die Regulierung des Brechvorganges des Konditioniermittels erfolgt in Abhaengigkeit von der Grenzflaechenaktivitaet des Gekoerns und des Tensids mit Salzloesungen oder aehnlichen Zusaetzen, die auch gleichzeitig als Frostschutzmittel dienen. Als grenzflaechenaktive Tenside werden insbesondere Alkylbenzolsulfonsaeuren, Alkylsulfonsaeuren und niedere Fettsaeuren vorgeschlagen und als staubbindende Komponente der bei der Hydrolyse von Friedel-Crafts-Katalysatoren anfallende Oelrueckstand.

Description

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Titel der. Erfindung

Verfahren zur Herstellung kohäsiver staubgebundener schüttfähiger körniger Stoffe

Anwendungsgebiet öpx Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung schüttfähiger körniger Stoffe mit dauerhafter äläuubindung und kohäsiven Eigenschaften, das angewendet werden kann

- zur Verhinderung der Staubentwicklung bei der Herstellung, dem Transport, der Verarbeitung von Sanden, Kiesen, sonstigen mineralischen Zuschlagstoffen, Schlacken usw.

- zur Verminderung der Staubentwicklung und Schmierfilmbildung auf Verkehrsflächen z. B. auf Siedlungsstraßen, Parkplätzen, Spielflächen aus mechanischen Stabilisierungen u. dgl.

- zur Reduzierung der Entwiscnungsneigung korhabgestufter körniger Stoffe, wie z. B. von Mineralbeton

- zur Verminderung der Verl&gerungsempfindlichkeit von Unterbettungsschiohten unter dynamisch beanspruchten Bauteilen, z. B. Großverbundplatten der Straßenbahn, Fahrbahnplatten aus Betonfertigteilen u· dgl-

- zur Vexxingeyvns der Windorosion, z. B. im Erd- und V/asserbau

- zur Verhinderung der Frocthebungen bei Lockergesteinen, z. I von Brechsanden mit erhöhtem Feinkornanteil

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- als Frostschutzmaßnahme bei Schüttgütern, ζ. B. Gesteinsbaustoffen usw.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In vielen Bereichen der Volkswirtschaft stellt die Staubentwicklung eine unangenehme Begleiterscheinung bei der Handhabung körniger Stoffe dar. In stationären Anlagen kann der Staubbelästigung durch zweckmäßige Absaugvorrichtungen begegnet werden.· Problematischer ist die Staubbekämpfung, wenn sich die körnigen Stoffe im Freien befinden und der Witterung ausgesetzt sind.

Beispielsweise Wird im Erd- und Straßenbau die Staubbelästigung besonders unangenehm empfunden, wenn Produkte wie Stahlwerkschlacken, Müllverbrennungsschlacken, Kohlenschlacken usw. verarbeitet werden.

Die einfachste Möglichkeit zur Staubbindung und Gewährleistung einer geringen Kohäsion in körnigen Stoffen ist das Aufsprühen von Wasser. Die Wirkung geht jedoch durch die witterungsbedingte Austrocknung wieder schnell verloren.

Besonders deutlich wird dies am Beispiel der Dünensande, die im feuchten Zustand eine ausreichend hohe Kohäsion besitzen, so daß sie sich mit leichten Fahrzeugen befahren lassen, im trockenen Zustand dagegen bereits durch den Wind verlagert werden können.

Bei Verwendung von Lösungen hygroskopischer Salze ^y kann die •Austrocknungsgescnwindigkeit gegenüber V/asser verringert v/erden. Die hygroskopischen Salze werden aber durch Niederschläge ausgewaschen, so daß z. B. bei Verkehrsflächenbefestigungen aus mechanischen Stabilisierungen die Behandlung mit Salzlösung regelmäßig wiederholt werden muß.

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Eine weitere Möglichkeit zur Staubhindung besteht darin, Flüssigkeiten zu verwenden, die unter den jeweiligen Umweltbedingungen, nicht verdunsten.

Beispielsweise wild in der Natursteinindustrie auf Werkstraßen aus Splitt - Brechsand Sulfitablauge gesprüht.

Zur Staubbindung bei Strahlsand erfolgt eine Behandlung mit

2) Polyglykolen u. ä. ^-/

Allgemein wird zui¹ Staubbindung bei Granalien auch die Verwendung von Mineralöl empfohlen» jedoch, daß das Gekörn trocken ist

3)

wendung von Mineralöl empfohlen» ' Voraussetzung hierfür ist

Die Anwendung herkömmlicher wäßriger Fett- oder Ölemulsionen kommt ebenfalls in dei Regel nicht in Frage, da die staubbindende Komponente nicht auf die Kornoberfläche aufzieht und der Staub nur unter der Bedingung dauerhaft gebunden wild, wenn das Wasser verdunsten kann.

Die Staubbindung mit solcnen Stoffen wie Sulfitablauge, Polyglykolen, Mineralölen ist nur bei körnigen Stoffen sinnvoll, die nicht der Witterung ausgesetzt sind, da sie ebenso wie die Salzlösungen durch Regen aus dem Stoffsystem herausgespült werden und eine Umweltbelastung darstellen.

Der Einsatz wäßriger Clemulsjonen oder Ölformulierungen mit grenzflächenaktiven und gleichseitig haftverbessernden Eigenschaften zur dauerhaften Staubbindung ist nicht bekannt.

Lediglich bei dem im Straßenbau verwendeten sogenannten Ölkies dient ein Spezialverschnittbitumen mit Haftverbesserer als Bindemittel* ' Dai Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Verarbeitung im v/armen Zustand erfolgen muß und die körnigen Stoffe nur einen geringen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen dürfen.

Zur Staubbindung, ζ. B. bei Splitt, wird im Straßenbau auch eine Umhüllung mit Heißbitumen vorgenommen·- ^J Dieses Verfahren ist aufwendig, da die Behandlung im Heißmischverfahren erfolgen muß.

Für das Kaltmischverfahren sind bekannterweise Kaltbitumen, KaItteer oder Bitumenemulsionen geeignet. Der Effekt der dauerhaften Staubbindung tritt hierbei auf, wenn sich die Lösungsmittel verflüchtigt haben oder das Wasser verdunstet bzw. abgestoßen ist.

Die Verwendung bituminöser BindungsmitteL ist im allgemeinen nur dann gebräuchlich, wenn саз Gekörn sofort weiterverarbeitet wird, z. B: zur Herstellung von Oberflächenbehandlungen im Straßenbau, wo es auf die Verklebung des gesamten Gekörns und nicht nur auf die Staubbindung ankommt. Ansonsten· bilden sich Klumpen, die zu Schwierigkeiten bei der Lagerung, beim Transport und der Weiterverarbeitung führen«

In jüngster Zeit setzt sich immer mehr der Einsatz von grenzflächenaktiven Tensiden als Konditionier- und Haftmittel durch. '

Ihre Wirkung beruht auf ihrer Fähigkeit, auf verschiedenste Stoffe bereits unter Anwendung geringster Mengen aufzuziehen und das auf der Oberfläche vorhandene V/asser nahezu vollständig zu verdrängen. Ihre alleinige Anwendung führt jedoch nicht zur Staubbindung, sondern fördert die Austrocknung und somit die Staubbindung.

Staub hat aber nicht nur Nachteile. Er vermindert beispielsweise im feuchten Zustand die Entmischung kornabgestufter körniger Stoffe und die Verlagerungsempfindlichkeit dynamisch beanspruchter Schüttungen. Aus diesem Grund wird für solche Korngemische ein Mindestgehalt von Feinanteilen unter 0,2 mm gefordert.

Überschreitet andererseits dieser Anteil an Fe'inkorn einen bestimmten Maximalwert, dann entstehen Frosthebungen, die z. B.

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im Straßenbau zu Tragfähigkeitsaohäden führen. Besonders augenfällig ist diese Erscheinung Ъеі den in der Natursteinindustrie anfallenden Brechsanden au beobachten.

Wenn es gelingt, den, Feinkornanteil dauerhaft an das grobe Korn zu binden, dann wird die Gefahr der Eislinsenbildung als Ursache der Frostschäden verringert und gleichzeitig die für die Verminderung der Entmischung und Verlagerungsempfindlichkeit notwendig Kohäsion des Gekörnt gewährleistet.

Dieses Ziel wird beispielsweise bei der chemischen Bodenstabilisierung verfolgt. Bei diesem Verfahren kommen Kunstharze, Monome

7/8") und andere organische Bindemittel zur Anwendung. ^J

Wegen der hohen Kosten für diese Bindemittel bleibt die chemiscl Bodenstabilisierung bisher aber auf Sonderfälle beschränkt. Außc dem führt die Anwendung der bekannten Chemikalien in der Regel ν Bitumen zur Verklebung des gesamten Gekörns, so daß die Schüttfe higkeit verloren geht.

Der Feinkornanteil unter 0,2 mm bestimmt ferner maßgeblich den Feuchtigkeitsgehalt und damit die Festigkeit von gefrorenen Sohüttgütern. Um derartige Schüttgüter auch im Winter umschlagen zu können, werden als Frostschutzmittel Erdalkalisalze oder organische Produkte, wio Alkohole, Glykole, Harnstoff und dgl

zugesetzt. Bei höbexera Feinkornanteil und tieferen Temperaturen geht ihre Wirkung jedoch sehr schnell verloren.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung schüttfähiger körniger Stoffe mit dauerhafter Staubbindung und kohäsi\ Eigenschaften im Kdltrolschverfahren, die sich wohl in der trocke Jahreszeit als auch іш Winter bei Frosteinwirkung transportierer lagern und weiterverarbeiten lassen, ohne daß eine Staubbelästigung, Schmierfilmbilduag, Entmischung und Klumpenbildung auftril und zur Befestigung von Verkehrsflächen oder der Winderosion aus

gesetzten Flächen sowie als frostsichere, dynamisch beanspruchte Unterbettungsschichten geeignet sind.

Wesen der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die körnigen Stoffe bei beliebigem Feuchtigkeitsgehalt mit einem staubbindenden grenzflächenaktiven Konditioniermittel kalt gemischt werden, welches vorzugsweise gesättigte Fette, langkettige Fettsäureester und/oder aliphatische Kohlenwasserstoffe sowie ein Gemisch aus grenzflächenaktiven Tensiden, die als Emulgator, Aufziehmittel und Haftverbesserer wirken, ggf. Lösungsvermittlei' und Wasser enthält, wobei zur Regulierung des Brechvorganges des Konditioniermittels und als "Frostschutzmaßnahme die körnigen Stoffe in Abhängigkeit von der Grenzflächenaktivität des Gekörns und des Tensides mit Salzlösungen oder ähnlich wirkenden Zusätzen vorzubehandeln sind.

Die so behandelten körnigen Stoffe sind für längere Zeit dauerhaft staubgebunden, witterungsbeständig, resistent gegen Säuren und Laugen, schüttfähig, besitzen gute kohäsive Eigenschaften, lassen sich ohne die bekannten Schwierigkeiten lagern, transportieren und zugleich weiterverarbeiten.

Das erfindungsgeraäße Verfahren ist kostengünstig, da es ohne großen technischen Aufwand mit der herkömmlichen Kaltmischtechnologie bei geringerem Energieaufwand und auch im Winter realisierbar ist. Außerdem können als staubbindende· Komponente Secundärrohstoffe eingesetzt werden.

Es zeichnet sich dadurch aus, daß die Staubbindung gegenüber den bekannten Verfahren unvergleichlich intensiver ist und durch Witterungseinflüsse nicht aufgehoben wird.

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Ausführungsbeispiele Beispiel 1:

Körniger Stoff: Stahlwerkschlacke 0/2 mm bis 0/32 mm mit einem

Staubanteil unter 0,2 mm von 0 bis 20 Masse-% und beliebigem Feuchtigkeitsgehalt. Anstelle von Stahlwerkschlacke kann auch Mineralbeton aus Natursteinsplitt und -brechsand verwendet werden.

Vorbehandlung:

Konditioniermittel:

In den körnigen Stoff werden 1 bis 5 Masse-# technischer MgCIp- oder CaClp-Lösung (15 folge Lösung) zur Regulierung des Brechvorganges des Konditioniermittels und'als Frostschutzmittel eingemischt.

40 bis 90 Masse~# Ölrückstand, der bei der Hydrolyse von Friedel-Crafts-Katalysatoren anfällt. 1 bis 5 Masse-% niedere Säure als staubbindende Komponente, 1-5 Masse-& Alkylbenzolsulfonsäure als grensflächenaktives Tensidgemisch und bis Masse-$ Wasser als Verdünnungsmittel und zur Reduzierung der Brandgefahrenklasse.

Mischverfahren:

Das Konditioniermittel wird in einem Mischer intensiv mit dem vorbehandelten körnigen Stoff solange gemischt, bis die Emulsion gebrochen und das Konditionierraittel vollständig auf das Gekörn aufgezogen 1st. Der Mischprozeß ist abgeschlossen, wenn das abgest.oße,ne Wasser klar ist.

Je nach Wassergehalt des .Konditioniermittels und spezifischer Oberfläche des Staubanteils beträgt das Verhältnis von erfor-

derlicher Zugabemenge des Konditioniermittels zur Feinkornmenge unter 0,2 mm 1 J 1,5 bis 1:4«

Bei Siemens-Martin-Schlacke 0/32 mm konnte beispielsweise mit 2,5 Я CaCl₂-Lösung Ci5%ig) als Vorbehandlung und 3,5 # Konditioniermittel C55# Ölrüokstand, 5 * DF-Säure, 5 # Rodapon S, 35 % Wasser) der Feinkornanteil unter 0,2 mm von 7 % auf 0,15 % und die Druckfestigkeit der bei - 15⁰C gefrorenen, verdichteten

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Soülacke von 8,7 N/mm auf 1,3 N/mm reduziert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine wesentlich wirksamere Frostschutzmaßnahme dar als die herkömmliche Salzbehandlung, bei der vergleichsweise bei einer Salazugabe von 2,5 % CaCI₀-Lösung eine

2 Druckfestigkeit von 6,5 N/ram ermittelt wurde.

Anwendung:

Der so behandelte körnige Stoff kann zur Befestigung von Wirtschaftswegen, Siedlungsstraßen, Parkplätzen, Spielflächen, Lagerplätzen, Geh- und Radbahnen sowie als Unterbettungssohicht unter Großverbundplatten der Straßenbahn, Fahrbahnplatten aus Betonfertigteilen usw_e angewendet werden.

Beispiel 2:

Körniger Stoff: Gleichkörnige Flugsande

Vorbehandlung: Der gleichkörnige Sand wird mit MgCIp- oder

CaClp-Lösung besprüht

Konditionier- siehe Beispiel 1, wobei anstelle des Olrück^{m e} ' Standes ein Gemisch aus verunreinigten Abfallfetten und Ölen sowie als Lösungsvermittler Äthylenchlorid angewendet wurde.

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Mischver fahr en:

Das Konditioniermittel v/ird auf den vorbehandelten körnigen Stoff aufgesprüht und ggf. mit Bodenfräsen eingemischt, bis der Brechprozeß abgeschlossen ist.

Anwendung:

Der behandelte körnige Stoff dient als obere Schutzschicht auf Flächen, die der V/j.nderosion ausgesetzt sind, z. B. bei Dammschüttungen im Vexkehrsbau oder als Böschungsschutzschicht im Erd- und Wasserbau»

Claims (3)

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   Erfindungsanspruch

   Verfahren zur Herstellung schüttfähiger körniger Stoffe mit dauerhafter Staubbindung und kohäsiyen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß die körnigen Stoffe bei beliebigem Feuchtigkeitsgehalt mit einem staubbindenden grenzflächenaktiven Konditioniermittel behandelt werden, welche fett- oder Ölartige Stoffe als staubbindende Komponente, ein Gemisch aus grenzflächenaktiven Tensiden, die zugleich als Emulgator, Aufziehmittel und Haftverbesserer wirken sowie ggf* Lösungsvermittlerund Wasser enthält, wobei zur Regulierung des Brechvorganges des Konditioniermittels und als Frostschutzmittel die körnigen Stoffe in Abhängigkeit von der Grenzflächen-" aktivität des Gekörns und des Tensids mit Salzlösungen odex ähnlich wirkenden Zusätzen vorzube.handeln sind.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als grenzflächenaktives Tensid Alkylbenzolsulfonsäuren, Alkylsulfonsäuren oder niedere aliphatisch^ Fettsäuren einzeln oder im Gemisch verwendet werden.
3. 3« Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als staubbindende Komponente der bei der Hydrolyse von Friedel-Crafts-Katalysatoren enfallende Ölrückstand eingesetzt wixd.