DE10021792A1 - Verfahren zur Verarbeitung von Baurestmassen und mineralischen Abfällen zu Baustoffen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Schlamm aus Baurestmassen und anderen mineralischen Abfällen, wobei der Schlamm auf einen Wassergehalt von unter 100 Teilen Wasser, bezogen auf 100 Teile Feststoff, gebracht wird, für die Herstellung von Beton übliche Zuschlagstoffe und Zusatzstoffe zugefügt werden, 5-25 Teile Zement, bezogen auf 100 Teile Feststoff, zugefügt werden, die Masse homogen gemischt und verfestigt wird, das verfestigte Produkt direkt in der Bauindustrie eingesetzt oder nach Zerkleinerung und Klassifizierung nach Korngrößen als Ersatzstoff für Kies oder Sand in der Bauindustrie eingesetzt wird.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neuartiges Verfahren zur Verarbei­ tung von mineralischen Abfällen der Bauwirtschaft und der produzierenden Industrie zu zementgebundenen Baustoffen.

Mineralische Abfälle, wie z. B. Bauschutt, Schlacken von Verbrennungsanlagen, metallurgische Schlacken, Gießereiabfälle, Abfälle der Glasindustrie und der kerami­ schen Industrie, Abfälle aus der Herstellung und Verarbeitung von Baustoffen aber auch mineralische Abfälle aus der industriellen Gewinnung von Steinen und Primär­ rohstoffen bestehen überwiegend aus Silikaten, Aluminaten, Karbonaten und anderen anorganischen Verbindungen. Sie können in praktisch allen Körnungs­ bereichen von mehreren Metern bis hinunter in den Bereich von wenigen Mikro­ metern anfallen, enthalten meist nur in geringen Anteilen organische Komponenten, können mit Schadstoffen belastet sein und sind in der Regel, bezogen auf die einzel­ nen Partikel, harte Materialien.

In der BRD fallen jährlich weit über hundert Millionen Tonnen dieser Abfälle an. Für viele Vertreter dieser Gruppe existieren ausgefeilte Verwertung und Nutzungsverfah­ ren, doch sind diese Verfahren meist an eng definierte Rahmenbedingungen geknüpft, so daß nach wie vor große Mengen an mineralischen Abfällen in Teichen oder Deponien abgelagert werden. Die daraus resultierenden Kosten, evtl. entste­ hende Umweltschäden, der Verbrauch an natürlichen Räumen und der Verlust von prinzipiell verwertbaren Stoffen hat dazu geführt, daß Forschungsanstrengungen auch in diesem Sektor der Abfallwirtschaft geleistet wurden. Generelles Ziel dieser Bemühungen ist es die mineralischen Abfälle zu stofflich verwertbaren "Sekundär­ rohstoffen bzw. -baustoffen" umzuwandeln oder zumindest durch eine Immobilisie­ rung von zunächst verfügbaren Schadstoffen die Ablagerungsbedingungen des jeweiligen Abfalls zu verbessern. Alle diese Verfahren verfolgen somit sowohl öko­ nomische als auch ökologische Ziele.

Bei der Aufbereitung mineralischer Abfälle wird in der Regel das Material durch trockene Verfahren nach Störstoffen, Fe-haltigen und NE-haltigen Materialen sortiert, evtl. zerkleinert und in verschiedene Kornklassen klassiert. Gröbere Kornklassen im Bereich von wenigen mm bis deutlich über 60 mm können als Zuschlagstoffe bei der Herstellung von Beton oder als Tragschichtmaterial im Tief- und hier insbesondere im Straßenbau eingesetzt werden; Kornklassen im Bereich zwischen etwa 100 µm und etwa 2 mm, können als z. B. Ersatz für Natursande verwendet werden. Das Feinstkorn unter 100 µm, insbesondere unter 50 µm Korndurchmesser ist jedoch in der Regel ein wertloser Abfallstoff, der deponiert werden und hierzu in vielen Fällen sogar erst in eine deponierfähige Form überführt werden muß.

In einzelnen Anlagen der BRD werden seit kurzem mineralische Abfälle, z. B. aus der Bauwirtschaft oder auch Müllverbrennungsschlacke nach einer trockenen Voraufbereitung naß weiterverarbeitet. Dies führt u. a. zu den gewünschten Effekten, daß z. B. miteinander verbackene Partikel unterschiedlicher Zusammensetzung ohne zusätzliche Bildung von Feinstkorn desagglomeriert werden, zerklüftete Schlackepartikel geringer Kornfestigkeit an ihren Schwächezonen in kleinere, festere Körner getrennt werden und, daß rauhe Kornoberflächen durch Abreiben von hervor­ stehenden Graten und Kanten gerundet werden.

Ein weiterer Vorteil der nassen Aufbereitung ist, daß durch die Verwendung von Wasser als Transportmedium eine trennschärfere Klassierung stattfindet, als dies mit trockenen Siebverfahren möglich ist. Dadurch enthält so erzeugter Sekundärbaustoff weniger unerwünschte Feinstanteile als ein trocken hergestellter Sekundärbaustoff. Außerdem werden durch das Wasser schwimmfähige Stoffe, bei denen es sich immer um Verunreinigungen des mineralischen Materials handelt ausgetragen.

Während die gröberen Fraktionen sich auf diese Weise problemlos abtrennen und entwässern lassen, enthält die Feinstfraktion < 100 µm, deren Kornverteilung dadurch geprägt ist, daß der überwiegende Anteil der Partikel kleiner 63 µm, insbesondere kleiner als 20 µm ist, noch große Mengen an Wasser. Dieser Wassergehalt wird durch Hydrozyklone und Klärtürme weiter verringert. Der Wassergehalt ist dann jedoch noch so groß, daß der Schlamm noch pumpfähig, jedoch nicht stichfest und damit nicht auf Bauschuttdeponien o. a. geordneten Deponien ablagerungsfähig ist. Zudem ist die Transportfähigkeit per Lkw bzw. Container von fließendem Schlamm wesentlich schlechter als die von stichfestem Schlamm.

Diese Zugangsvoraussetzung zum Deponieren, d. h. die Stichfestigkeit, könnte erst durch weitere kostenintensive Verfahren, z. B. Zentrifugenverfahren oder thermische Verfahren erreicht werden (vgl. DE 197 27 172 A1).

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, mit dem die bei der naß­ mechanischen Aufbereitung von mineralischen Abfällen anfallenden Abfallschlämme einfach und kostengünstig in vermarktbare Sekundärbaustoffe umgewandelt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den in den Hauptansprüchen wiedergege­ benen Merkmalen und wird durch die Merkmaie der Unteransprüche gefördert.

Halbtechnische Versuche haben gezeigt, daß sich ein solcher feinteiliger Schlamm, welcher Wassergehalte von bis zu 100%, vorzugsweise bis zu 60 oder 70 Masse-% aufweist, durch Zusatz von 5-25 Masse-% Zement, bezogen auf den Feststoffgehalt des Schlamms, und ggf. unter Zusatz von trockenem Sand oder Splitt als Stützkorn und gegebenenfalls auch unter Zumischung anderer mineralischer Abfälle zu Beton verfestigen läßt. Ein Teil des Zementes läßt sich vorteilhaft auch durch Zusatz latent­ hydraulischer Bindemittel wie Flugaschen, insbesondere aus der Verbrennung von Braunkohle, oder Trass ersetzen. Diese können in Mengen von bis zu 45 Masse-%, vorzugsweise 5-20 Masse-% zugesetzt werden, wobei als Starter 2-10 Masse-% Zement in der Mischung enthalten sein sollen. Bevorzugt wird Flugasche verwendet, welche einerseits als Füllstoff und andererseits als Bindemittel dient.

Je nach Festigkeit des erzeugten Betons kann dieser zur Herstellung von Beton- Formteilen oder auch zu einfachen Betonplatten vergossen werden. Letztere können auch nachgebrochen und durch zuvor beschriebene trockene Aufbereitungsmetho­ den, evtl. ergänzt durch nasse Methoden, in grobkörnige, vermarktbare Sekundär­ baustoffe umgewandelt werden.

Der eingesetzte Schlamm kann für diese Verfestigung zu Beton eine hohe Feinheit aufweisen, d. h. eine Partikelgröße von unter 100 µm, wobei der überwiegende Anteil der Partikel kleiner als 63 µm und insbesondere unter 20 µm ist und einen Wasser­ gehalt von bis zu 100, vorzugsweise 50-80 Masse-%, bezogen auf den Feststoff­ gehalt besitzen. Die Partikel sollten überwiegend mineralischer Natur sein und insbesondere aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, sowie Silikaten und Aluminaten von überwiegend Calcium, Eisen, Magnesium bestehen. Sie können in mehr oder minder großem Umfang auch Tone enthalten.

Beispiele mineralischer Abfälle, die nach einer naßmechanischen Aufbereitung für das oben skizzierte Verfahren geeignet sind, werden entsprechend ihrer Einstufung in den Europäischen Abfallartenkatalog (EAK) in der folgenden Tabelle genannt:

Der notwendige Wassergehalt wird durch eine entsprechende Teilentwässerung wasserhaltigerer Schlämme durch beispielsweise Hydrozyklon, durch Absetzen in entsprechend großen Absetzbecken oder in Klärtürmen entwässert und gegebenen­ falls durch Zufügen von trockenem, körnigem Material eingestellt. Sofern das Material soweit entwässert ist, daß es die für das Abbinden des Zements notwendigen 25-30 Masse-% Wasser nicht mehr enthält, kann eine entsprechende Wassermenge natür­ lich auch wieder zugefügt werden.

Der zur Agglomerierung der mineralischen Partikel notwendige Zement wird in einer Menge von etwa 10 bis 35 Masse-%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Schlamms zugefügt. Als Zement wird ein Zement mit einer Korngröße von unter 100 µm, vor­ zugsweise unter 50 µm und insbesondere unter 20 µm, eingesetzt, wobei bekannte Zementsorten wie Portlandzement, Eisenportlandzement, Hochofenzement, Trass­ zement, Tonerdezement etc. verwendet werden können.

Besonders bevorzugt wird aber ein aus latent hydraulischen Bindemitteln, wie Stein­ kohlen- oder Braunkohlenflugasche und Portlandzementklinker hergestelltes Produkt verwendet, welches in geringeren Mengen bereits eine ausreichende Verfestigung der im Schlamm enthaltenen Mineralpartikel bewirkt.

Die als Stützkorn zugefügten Sande und sonstigen Zuschlagstoffe sollten den An­ forderungen der DIN 42 26 "Zuschlag für Beton (Teil 1) - Zuschlag mit dichtem Gefüge" entsprechen, damit das aus den geformten Blöcken durch Brechen wieder­ gewonnene Material ebenfalls dieser Norm entspricht.

Als solche Stoffe können prinzipiell außer den üblichen Bausanden auch trockene Vorsiebmaterialien aus Bauschutt entsprechender Körnung, gebrochene Schlacke, insbesondere Ascheabfälle, Altsplitt aus der Aufbereitung von Streugut, Sand, Rück­ stände kommunaler Kläranlagen, verbrauchtes Sandstrahlmaterial etc. zugegeben werden. Diese Abfälle können auch Schadstoffe enthalten, ohne daß dadurch die Betonverfestigung negativ beeinflußt wird. In diesen Fällen würde die Betonverfesti­ gung zu einer Schadstoff-Fixierung führen bzw. deren Verfügbarkeit herabsetzen. Durch die Herabsetzung der Eluierbarkeit könnten die Deponieeigenschaften schad­ stoffhaltiger, mineralischer Abfälle verbessert werden oder in einzelnen Fällen eine endgültige Ablagerung erst ermöglicht und genehmigungsfähig werden.

Als Zusatzmittel können übliche Zementabbindebeschleuniger oder -verzögerer, Quellmittel, Dispergiermittel etc. zugegeben werden.

Soweit es sich bei den Zuschlagstoffen und Zusatzmitteln nicht ebenfalls um Abfälle handelt, deren Wiederverwertung erwünscht ist, sollten diese Produkte aus wirt­ schaftlichen Gründen, da die eigentliche Aufgabe der Erfindung die Verfestigung des Schlammes betrifft, nicht in zu großer Menge enthalten sein. Zuschlagstoffe sind dabei in Mengen von 5-50 Masse-% und Zusatzmittel in Mengen von 0,1-10 Masse-% sinnvoll.

Die Verfestigung des Schlammes erfolgt dadurch, daß man Zement und sonstige Hilfsstoffe in den Schlamm einrührt oder mit entsprechenden Mischaggregaten, z. B. Tellermischer, vermischt und die fertige Mischung entweder in großen Platten oder in entsprechenden Formen erstarren läßt und gegebenenfalls an der Luft nachtrocknet.

Das verfestigte Material wird anschließend, gegebenenfalls nach grober Zerkleine­ rung, in entsprechenden Bauschuttaufbereitungsanlagen trocken, bzw. evtl. anschließend auch naß aufbereitet. Es kann gegebenenfalls auch zusammen mit normalem Bauschutt verarbeitet, d. h. zerkleinert, klassiert und in üblicher Weise als Bauzuschlagstoff zur Herstellung von Mörtel oder Beton anstelle des sonst benötig­ ten Sandes oder Kieses eingesetzt werden.

Soweit mit dem oben beschrieben Verfahren ein Beton hergestellt werden kann, des­ sen Festigkeit bei B 25 oder darüber liegt, dann kann dieser Beton auch zur Herstel­ lung von Formteilen verwendet werden. Dies können L-Steine, Pflastersteine unter­ schiedlicher Größe und Form oder andere Formteile sein.

Beispiel

Folgende Stoffe wurden für ihren erfindungsgemäßen Einsatz untersucht.

• 1. Schlamm aus der nassen Aufbereitung von Bauschutt. Wassergehalt 70 Masse-%, Kornverteilung (Masse-%) 90% < 63 µm, 50% < 20 µm,
• 2. Portlandzement, Korngröße < 20 µm,
• 3. Braunkohlenflugasche, Körnung < 10 µm,
• 4. Bausand, Körnung 2,0-0,01 mm,
• 5. naß gemahlene Schlacke, Körnung 2,0-0,01 mm, Wassergehalt 20 Masse-%.

Die Komponenten wurden in den in der Tabelle angegebenen Mengen in einem Zementmischer 15 min. gemischt, wobei eine Zugabe von Wasser nicht erforderlich ist und danach zu 5 cm dicken Platten vergossen. In allen Versuchen wurden nach einer Aushärtung von 3 Tagen einwandfreie feste Bauplatten erhalten.

Tabelle

Claims (8)

1. Verfahren zur Verarbeitung von Schlamm aus Baurestmassen und anderen mineralischen Abfällen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm auf einen Wassergehalt von unter 100 Teilen Wasser, bezogen auf 100 Teile Feststoff gebracht wird, für die Herstellung von Beton übliche Zuschlagstoffe und Zusatzstoffe zugefügt werden, 5-25 Teile Zement, bezogen auf 100 Teile Feststoff zugefügt werden, die Masse homogen gemischt und verfestigt wird, das verfestigte Produkt direkt in der Bauindustrie eingesetzt oder nach Zerklei­ nerung und Klassifizierung nach Korngrößen als Ersatzstoff für Kies oder Sand in der Bauindustrie eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt der Mischung durch Zentrifugieren oder Sedimentation eingestellt wird oder durch Zufügen von Wasser oder trockenen mineralischen Bestandteilen einge­ stellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm aus der Naßzerkleinerung von Bauschutt erhalten worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zement ein Flugasche-Zement-Gemisch mit 20-80 Teilen Braunkohlenasche und 80-20 Teilen Portlandzement verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschlag­ stoffe in Mengen von bis zu 50, vorzugsweise bis zu 20 Masse-% und die Zusatzmittel in Mengen bis zu 10, vorzugsweise bis zu 5 Masse-% zugefügt werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser­ gehalt des Schlamms 30-70 Masse-% beträgt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Masse schadstoffhaltige, insbesondere schwermetallhaltige Abfälle eingebunden werden.

8. Produkte aus mittels Zement verfestigtem mineralischen Schlamm, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-7.