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Die
nachfolgende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schlackenaufbereitung,
insbesondere zur Aufbereitung von Schlacke aus Kehrrichtverbrennungsanlagen.
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STAND DER TECHNIK
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Schlacken
aus Müllverbrennungsanlagen stellen in der Regel ein heterogenes
Gemisch verschiedener Materialien dar. Ihre Zusammensetzung hängt
von der Beaufschlagung der Müllverbrennungsanlage ab sowie
vom Typus der Verbrennungsanlage, ihrer Betriebsweise und den Verbrennungsbedingungen.
Hierbei spielt es eine wesentliche Rolle, ob die zu verbrennenden
Materialien einer Vorbehandlung unterzogen wurden, ob der Müll
groß- oder kleinstückig ist, bei welcher Temperatur
verbrannt wurde und wie lange die Verweildauer in der Verbrennungsanlage
ist. Üblicherweise werden in Deutschland Rostfeuerungsanlagen
als Müllverbrennungsanlagen betrieben.
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Gemäß der
in Deutschland gültigen Normen werden die bei der Müllverbrennung
entstehenden Müllverbrennungsschlacken klassifiziert in
Rost- und Kesselaschen sowie Schlacken, die gemäß dem
Abfallschlüssel 190111 der Abfallverbrennungsverordnung
(AVV) als sogenannte gefährliche Stoffe bezeichnet werden.
Diese werden gegenüber Rost- und Kesselaschen und Schlacken
unterschieden mit Ausnahme derjenigen, die unter AVV 19111 fallen;
diese unterfallen AVV 190112 und sind also gefahrstofffreien Müllverbrennungsschlacken.
Die angefallenen Schlacken müssen entweder deponiert werden,
oder sie können, abhängig von ihrer Beschaffenheit
und weiteren Eigenschaften, weiterer Verwendung zugeführt
werden. Dazu ist es üblicherweise nötig, die Schlacken
aufzuarbeiten.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Müllverbrennungsschlacken
ist bereits bekannt aus der
DE
41 23 277 C1 , in der dargelegt wird, dass die Aufbereitung
der Schlacken im Allgemeinen die Prozessstufen der Klassierung,
Zerkleinerung und Magnetabscheidung zur Abtrennung grober Störstoffe
und eisenhaltiger Bestandteile und der Trennung in marktgängige
Körnungen umfasst. Diese Auftrennung wird durch Brechen
der Rohschlacke mittels Prallmühlen und nachfolgender Entfernung der
Eisenbestandteile mittels Magnetvorrichtungen erzielt. Da die so
vorgenommene Aufbereitung des heterogenen Stoffgemisches hinsichtlich
der Erzeugung verwertbarer Stoffe unzureichend ist und ein Schadstoffpotenzial
insbesondere hinsichtlich der Wassergefährdung aufgrund
unverbrannter Bestandteile, leicht löslicher Salze, auslaugbarer
Metallverbindungen und organischer Verbindungen verbleibt, wird
ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die eine verbesserte
Abtrennung von Wertstoffen und Schadstoffen der Verbrennungsschlacke
bereitstellt; das Verfahren umfasst hierzu eine Entfrachtung der Eisenbestandteile
mit nachgeschalteter Dichtesortierung unter Abtrennung einer Leichtgut-,
einer Schwergut- und einer Fraktion löslicher Verbindungen.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bezieht
sich darauf, dass als Sortierer ein nassarbeitender Dichtesortierer
vorgesehen ist.
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Eine
weitere Aufbereitung von Schlacke aus Kehrichtverbrennungsanlagen
ist aus der
DE 103
06 132 A1 bekannt. Diese betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung
von Schlacke aus Abfallverbrennungsanlagen bei welchem die frische
Rohschlacke zunächst bewässert und anschließend
einer Magnetabscheidung unterzogen wird. Ferner erfolgt eine manuelle Sortierung
und Zerkleinerung. Das so erhaltene Zwischenprodukt wird nach Korngrößen
klassiert, wofür ein Sink-Schwimmverfahren herangezogen
wird. Durch die vorgenannte Bewässerung wird erreicht, dass
chemische und mineralogische Prozesse kontrolliert ablaufen gelassen
werden. Durch Anwendung des Sink-Schwimm-Verfahrens wird erreicht, dass
die organischen Schadstoffe, die dazu neigen, an den schwimmfähigen
Produkten zu absorbieren, abgetrennt werden können. Damit
werden insbesondere organische Schadstoffe erfasst und können
aus dem Materialstrom abgetrennt und erneuter thermischer Behandlung
zugeführt werden.
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Ferner
beschreibt die
DE 197 58 658 ein
Verfahren zur Herstellung von Split aus Bauschutt und Schlacke.
Hierbei wird gealterte Schlacke zusammen mit Bauschutt verarbeitet.
Die Verarbeitung umfasst die Bereitstellung einer Körnungsgröße
von 0 bis 8 mm, die zur Verwendung als Split im Straßenbau
geeignet ist.
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Sodann
wird ein Verfahren zur mechanischen Aufbereitung von gealterter
Schlacke und in deren Verwendung bei der Herstellung von Sekundärbaustoffen
in der
DE 197 27 172
C2 offenbart. Diese Schrift beschreibt zunächst
die mechanische Aufbereitung gealterter Schlacke aus Abfallverbrennungsanlagen,
der Bauschutt aufgegeben wird. Nach Abtrennung des Eisenbauschrotts
wird die Mischung trocken klassiert, weiterer Magnetabscheidung
unterzogen, durch Prallbrecher weiter aufgeschlossen und erneut
der Magnetabscheidung unterzogen. Die Trockentrennung wird von einer
Nasstrennung gefolgt, bei der das Material unter einem Druck von
5 bis 8 bar mit Wasser beaufschlagt und anschließend in
einen Schwimmstoffabscheider überführt wird. Nachfolgende
Attrition mit Schwertwäscher stellt sicher, dass zerklüftete
Partikel der Sekundärbaustoffe zerstört und Kornoberflächen
abgerundet werden, so dass qualitativ hochwertige Baustoffe bereit
gestellt werden.
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Außerdem
ist ein Verfahren zur Herstellung von verfestigten Produkten für
die Bauindustrie aus der
DE
100 21 792 C2 bekannt, welche ebenfalls die Verwendung
mineralischer Abfälle, wie sie bei der Aufarbeitung von
Rost- und Kesselaschen entstehen, beschreibt. Die mineralischen
Abfälle werden zur Verbesserung ihrer Qualität
für den gewünschten Verwendungszweck nach einer
trockenen Vorbereitung ebenfalls nass weiter verarbeitet, sodass
miteinander verbackene Partikel unterschiedlicher Zusammensetzung
desagglomeriert und zerklüftete Schlackenpartikel geringer
Kornfestigkeit in kleinere, festere Körner getrennt werden
sowie raue Kornoberflächen durch Abreiben von hervorstehenden
Graten und Kanten abgerundet werden.
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Schließlich
beschreibt die
DE
102 06 834 A1 eine Anlage und ein Verfahren für
die Behandlung von metallhaltigem Haufwerk, wobei eine Anlage für die
Behandlung metallhaltiger Verbundstoffe mit einer Prallmühle
und einem vorgeschalteten Metallabscheider bereit gestellt wird,
sowie einer Verwirbelungseinrichtung, ferner mit einer Siebstation
zur Zurückgewinnung von Eisen- und Nichteisenmetallen, wobei
nach der Abtrennung der metallhaltigen Komponenten das nichtmagnetische
Material einer weiteren Zerkleinerung durch eine Prallmühle
unterzogen wird. Das weiter zerkleinerte Gut wird insbesondere weiterer
Trockentrennung durch Sieben unterzogen. Durch die verfeinerte Auftrennung
der eisen- und nichteisenhaltigen Metalle wird zielgerichtet eine
weitere Verwendung der nichteisenhaltigen Metalle, die Chrom und
Nickel enthalten können, ermöglicht.
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Aus
der Vielzahl der vorgenannten Verfahren ergibt sich ein weiter bestehendes
Erfordernis nach verbesserter Auftrennung der einzelnen Komponenten
unter ökologischen sowie ökonomischen Aspekten.
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OFFENBARUNG
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Aufbereitung von
Müllverbrennungsschlacke bereit zu stellen. Diese Aufgabe
wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
werden durch die Unteransprüche beschrieben.
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Ein
erste Ausführungsform bezieht sich auf das Verfahren zur
Aufbereitung von Verbrennungsschlacken, das die feuchte Lagerung
der Schlacken in einer drainierten Halde, eine trockene Aufarbeitung
unter Abtrennen von eisenhaltigen Metallkomponenten und, separat,
von nichteisenhaltigen Me-tallkomponenten umfasst, die vorteilhaft
somit bereits getrennter Weiterverwendung unterworfen werden können.
Es erfolgen mehrere Klassierungsschritte, unterbrochen von Nachzerkleinerungsschritten
der einzelnen Klassen, die, nach Abtrennung einer Grobsandklasse,
erneut der Metallabtrennung in Eisen- und Nichteisenmetalle unterzogen
werden. Vorteilhaft erfolgt so eine Feinsttrennung mit zunehmendem
Metallabscheidegrad. Durch eine abschließende Nasstrennung
werden weitere Störstoffe abgetrennt, die wieder der Müllverbrennung
zugeführt werden, es verbleiben Waschschlamm, der sich
als mineralische Tondichtung eignet, und mineralische Produkte in
gewünschten Körnungen, die vorteilhaft für
Herstellung von Beton, für Mörtel und Ziegel,
außerdem für den Straßen und Wegebau,
den Tiefbau und zur Bereitstellung von Lärmschutzvorrichtungen eingesetzt
werden können. Damit wird unter ökologischen und ökonomischen
Aspekten ein interessantes Verfahren zur Darstellung einer Vielzahl
von Baustoffen durch die Schlackenaufbereitung bereitgestellt.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Der
Bezug auf die Figuren dient lediglich der Unterstützung
der Beschreibung. Es zeigt:
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1 ein
Verfahrensablaufschema des verallgemeinerten Aufbereitungsverfahrens
bis zum letzten Schritt der trockenen Aufarbeitung,
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2 führt
das Verfahrensablaufschema aus 1 nach dem
letzten Schritt der trockenen Aufarbeitung weiter über
die nasse Aufarbeitung bis zum Herstellen des Endprodukts.
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BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung schafft grundsätzlich ein Verfahren,
mittels dessen Schlacke aus Abfallverbrennungsanlagen in ihre organischen,
mineralischen, eisenmetallischen und nichteisenmetallischen Komponenten
weitestmöglich sortenrein zerlegt wird, sodass die abgetrennten
Fraktionen der weiteren Verwendung zugeführt werden können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zur betrifft daher
die Aufbereitung von Müllverbrennungsschlacke zu Substituten
und Zumahlstoffen, für Betonzuschlagstoffe, Zement, Mörtel,
Füller, Ziegel, Schamotte, Splitte nach TL Gestein, mit
dem Ziel einer besseren Eisen- und Nichteisenmetallabtrennung für deren
Verwertung, wobei die Substitute und Zumahlstoffe ohne weitere Entstehung
von CO2, wie sie andernfalls bei der Umsetzung
von Calciumcarbonat zu Calciumoxid zur großtechnischen
Zementherstellung erfolgt, bereitgestellt werden.
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Schlacken
aus Müllverbrennungsanlagen haben die Eigenschaften, dass
sie ein heterogenes Gemisch verschiedener Materialien darstellen.
Ihre Zusammensetzung variiert je nach Zusammensetzung der Beaufschlagung,
dem Anlagentyp, der Betriebsweise und der Verbrennungsbedingungen
beispielsweise für die Vorbehandlung des Abfalls, der Stückigkeit
des Mülls, der Verbrennungstemperatur und Verweildauer
in der Verbrennunganlage. Bei den meisten in Deutschland betriebenen
Anlagen handelt es sich hierbei um Rostfeuerungsanlagen.
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Müllverbrennungsschlacken
nach in Deutschland geltenden Normen gemäß der
Abfallverbrennungsvorschrift (AVV)
- – 19
01 11 in Rost- und Kesselaschen, sowie Schlacken, die gefährliche
Stoffe enthalten (*)
- – Rost- und Kesselaschen sowie Schlacken, mit Ausnahme
derjenigen, die unter AVV 19 01 11* fallen (AVV 19 01 12), unterschieden
werden.
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Die
Aufarbeitung der Müllverbrennungsschlacken bezieht sich
auf nicht gefährliche Müllverbrennungsschlacken
(AVV 19 01 12). Rohschlacke besteht zu ca. 85–90% aus mineralischen
Komponenten, zu 3–7% aus Fe-Metallen und zu 0,5–2%
aus Nichteisenmetallen. Während die grobkörnigen
metallischen Fraktionen (Eisen-(Fe)-Metalle und Nichtessen (NE)-Metalle)
weitgehend uneingeschränkt nach einer konventionellen,
mechanischen Aufbereitung in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt
werden können, erweist sich die Verwertung der mineralischen
Anteile der Schlacke als deutlich schwieriger.
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Die
mineralischen Anteile der Rostschlacke liegen bei ausreichender
Verweildauer unter Verbrennungsbedingungen mineralisiert oder glasartig verschmolzen
vor und weisen einen geringen organischen Restanteil auf. Generell
gilt: Je günstiger die Verbrennungsbedingungen sind, desto
besser ist die Verwertungsfähigkeit von Schlacken, da sie
unter anderem einen geringeren organischer Anteil, einen höherer
Kristallisationsgrad, eine intensivere Fixierung der schwermetallischen
Schadstoffe in die mineralische Schlackenmatrix und damit eine geringere
Eluierbarkeit aufweisen.
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Die
Hauptbestandteile der mineralischen Matrix von Schlacke sind Silizium,
Aluminium und Calcium. Sie bilden chemisch-mineralogisch betrachtet
insbesondere:
- – Alumosilikate,
- – Spinelle und Doppelsalze mit mehr oder weniger schadstoffhaltigen
Anhaftungen oder Einschlüssen,
- – nicht kristallisierte Verschmelzungen,
- – Carbonate, Chloride und Sulfate.
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Aufgrund
des atmosphärischen Einflusses an der Oberfläche
einer Schlackenhalde kommt es während der offenen Lagerung
zu Wechselwirkungen mit Luft und Feuchtigkeit. Es finden hier insbesondere
Hydratations-, Karbonatisierungs- und andere Salzbildungsprozesse
statt und es erfolgen Wechselwirkungen mit unterschiedlichen Stoffen.
Je nach Größe der Halde und Lagerungsdauer wandert die
wechselwirkende Schicht tiefer in die Halde.
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Durch
die Reaktion von Hydroxiden mit Kohlendioxid zu Metallkarbonaten
und weiteren Salzbildungsreaktionen findet unter anderem eine Absenkung
des pH-Wertes im Eluat statt. Der pH-Wert sinkt so von pH 12 bis
13 in Rohschlacke auf Werte unter pH 10 am Ende des Alterungsprozesses.
Diese pH-Wert-Absenkung beeinflusst das Lösungsgleichgewicht
der Schwermetalle und somit deren Löslichkeit.
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Diese
und weitere bei der offenen Lagerung stattfindenden Reaktionen führen
zu einer Veränderung der mineralogischen Eigenschaften
und dadurch zu einer Veränderung der technischen, bauphysikalischen
Eigenschaften (z. B. Härte, Festigkeit, Porosität,
Volumen).
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Derzeit
wird die Schlackenqualität vor einer Verwertung im Straßen-
und Tiefbau etwa für die Verwendung im Lärmschutz,
für Trag- und Frostschutzschichten oder Deponiebaumaterial
entsprechend der „LAGA Boden" untersucht und nach ihrem
chemischen Schadstoffgehalt (Richtwerte Kategorie < Z2) bewertet. Erfüllt
Schlacke diese Voraussetzungen nicht, dann muss sie auf Deponien
der Klasse 1 (Z2 bis Z4) oder 2 (Z5) abgelagert werden. In Deutschland
liegt die Verwertungsquote bei ca. 60% der heute anfallenden Schlacken.
Der Rest wird deponiert.
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Die
Aufbereitung von Schlacke aus Hausmüllverbrennungsanlagen
zu qualitativ hochwertigen Produkten ist ferner umweltpolitisch
und ökonomisch von großer Bedeutung, da
- – Schlacke aus Hausmüllverbrennungsanlagen
in Deutschland und anderen europäischen Ländern ein
Massenabfall ist, der in den meisten der in Europa betriebenen Aufbereitungsanlagen
nur zu geringwertigen mineralischen Produkten aufbereitet wird,
für die oft nur schwer ausreichende Absatzmöglichkeiten
geschaffen werden können;
- – Metallinhalte, insbesondere Nichteisenmetalle und
Edelstähle, oft nicht aussortiert werden und so in den – geringwertigen – mineralischen
Produkten ausgetragen werden und auf diese Weise sowohl ökonomisch
verloren gehen als auch so eventuell in die Umwelt gelangen;
- – unverbrannte Störstoffe und Schadstoffe
mittels der bislang betriebenen Anlagenkonzepte oft nur unzureichend
aussortiert werden;
- – es die langfristige Absicht der Bundesregierung ist,
alle in Müllverbrennungsanlagen erzeugten Schlacken einer ökonomisch
vertretbaren, umweltgerechten Verwertung zuzuführen und
die Ablagerung von Schlacken auf Deponien auf begründete
Einzelfälle zu reduzieren.
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Entsprechend
einer Publikation des Umweltbundesamtes vom 09/2000 betreiben ca.
die Hälfte aller deutschen Müllverbrennungsanlagen
eine eigene Schlackenaufbereitung, etwa ein Drittel der Anlagen
bereitet ihre Schlacken nicht auf und nur 17% der Anlagen überlassen
die Schlackeaufbereitung externen Anlagenbetreibern. Berücksichtigt
man außerdem, dass die von Müllverbrennungsanlagen
in Eigenregie betriebenen Anlagen oft nicht mehr dem Stand der Technik
entsprechen, dann wird deutlich, dass in der Schlackenaufbereitung
ein hohes Entwicklungspotential vorliegt und dass ein deutlicher Handlungsbedarf
besteht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren dient der Aufbereitung
von Schlacke aus Hausmüllverbrennungsanlagen, welche nach
einer mehrmonatigen offenen Lagerung durch trockene und nasse Aufbereitungsmethoden
in verschiedene, weitgehend störstoffarme mineralische
und metallische Produkte und Produktgruppen sortiert wird. Durch
die flexible Anordnung verschiedener mechanischer Verfahrensstufen
und eine auf das jeweilige Inputmaterial abgestimmte Betriebsweise
werden so insbesondere die folgenden Ziele erreicht:
Es werden
mineralische Produkte erzeugt, die als Sekundärbaustoffe
gemäß TL Gestein-Stb 2000 verwertet werden können,
fernern werden mineralische Produkte erzeugt, die als Substitute
bei der Herstellung von Portlandzement verwendet werden können, und
es werden mineralischen Gemische geschaffen, die bei der Herstellung
von bituminösen Gemischen für den Straßenbau
verwendet werden können, sowie grob- und feinkörniger
Eisenschrott, und grob- und feinkörnige Nichteisenmetallgemische.
Es erfolgt die weitgehende Auslese von organischen Störstoffen,
die im Verlauf der Müllverbrennung nicht zerstört wurden
und daher in die Verbrennung rückgeführt werden
müssen.
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Die
Erfindung betrifft allgemein eine Anlage zur Durchführung
eines Verfahrens zur mechanischen Behandlung von Schlacke aus Hausmüllverbrennungsanlagen
mit trocken und nass betriebenen Verfahrensstufen.
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Wesentliche
Komponenten zur Durchführung der trocken betriebenen Verfahrensstufen
sind folgende Aggregatgruppen: Schwingsiebe, Überbandmagnete,
Prallmühle, Neodym-Trommelmagnete und Wirbelstrom-Abscheider.
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Die
einzelnen Prozessschritte des in Versuchsreihen in einer großtechnischen
Anlage entwickelten Aufbereitungsverfahrens können wie
folgt ausgeführt werden:
Die von der Müllverbrennungsanlage
angelieferte Schlacke wird zunächst in durch Trennwände
unterteilte Lagerboxen über einen Zeitraum von mindestens
90 Tagen zwischengelagert. Durch den Zutritt von Regen und Luftfeuchtigkeit
klingen in diesem Zeitraum im gesamten Haldenkörper alle
chemischen und physikalischen Reaktionsprozesse so weit ab, dass
sich die Schlacke chemisch-mineralogisch in einem stabilen Zustand
befindet. Dies zeigt sich insbesondere auch in der Abnahme der Anionen-
und Kationenkonzentrationen im Eluat der Schlacke. Damit während
dieses Lagerprozesses keine belasteten Sickerwässer in
den Untergrund dringen, findet die Zwischenlagerung auf einem abgedichteten
Untergrund statt, so dass Sickerwässer über Sammelbecken
vollständig erfasst und durch Rückführung
(z. B. Verregnung) auf die Schlackemieten rezirkuliert werden können.
Es ist anzustreben, die Schlackenhalde soweit möglich kontinuierlich
zu befeuchten. Ein Nebeneffekt dieser Befeuchtung ist auch, dass
so die Entstehung von Staubverwehungen wirksam vermieden wird.
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Nach
der Zwischenlagerung wird in einem zweiten Schritt die Schlacke
zunächst nach Abscheidung des groben Fe-Schrotts mittels Überbandmagnet
mit einem Förderband einer Lesebühne zugeführt.
Dort werden durch manuelle Sortierung grobe Störstoffe,
insbesondere nicht oder nur unvollständig verbrannte Stoffe,
sowie grobe Nichteisen-Metalle wie Motorblöcke, Fahrräder
oder Metalleimer aus dem Massenstrom ausgeschleust. Im nächsten
Prozessschritt wird der Materialstrom durch eine dreistufige Absiebung
(z. B. mit Schwingsieben) beispielsweise in die Kornklassen 0/22
mm, 22/32 mm, 32/56 mm und 56/x mm fraktioniert.
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Die
Kornklassen 32/56 mm und 56/x mm können durch eine Prallmühle
oder einen Kegelbrecher nachzerkleinert und anschließend
der dreistufigen Absiebung erneut aufgegeben werden. Die Kornklasse
0/22 mm kann durch eine weitere Absiebung bei 7 mm auf ein Körnungsband
7/22 mm angepasst werden. Das Produkt 0/7 mm kann als Grobsand im
Deponiebau verwertet werden. Für eine bautechnische Verwertung
im Straßen- und Tiefbau ist es nicht geeignet, da es nicht
den Kriterien der LAGA entspricht, weil die Prüfparameter über
den Richtwerten der Klasse Z2 liegen. Die Klasse 0/7 eignet sich als
Substitut für die Zementindustrie.
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Die
Kornklassen 7/22 mm und 22/32 mm werden separat über einen
Neodym-Trommelmagneten geführt. Von diesem werden die feinkörnigen,
magnetisierbaren Fe-Anteile aus den beiden Kornklassen ausgehalten.
Direkt anschließend werden die beiden Materialströme
einem Wirbelstromabscheider zugeführt. Dort werden durch
magnetische Induktion die feinkörnigen Nichteisenmetalle
aussortiert. In den so vor-aufbereiteten Zwischenprodukten 7/22
mm und 22/32 mm sind noch Anteile an NE-Metallen und Eisenanteilen
enthalten, die aufgrund von Verkrustungen und Aggregatbildung mit
Schlacke durch die zuvor beschriebenen Prozessstufen nicht aussortiert wurden.
Die Zwischenprodukte werden daher einer langsam laufenden Prallmühle
aufgegeben, die zu einem Aufschluss der verkrusten Metallteile führt.
Da durch die Betriebsweise der Prallmühle nur geringe Energiebeträge
auf die einzelnen Körner einwirken, werden diese entlang
bereits vorhandener Risse und an Kontaktflächen zwischen
mineralischem Korn und Metallteilchen zerlegt. Die Zerkleinerung
der mineralischen Komponenten wird minimiert, kann jedoch nicht
vollständig unterbunden werden. Der Aufschluss der Körnung
7/22 mm bzw. 22/32 mm führt daher zu einer Körnung
0/22 mm bzw. 0/32 mm.
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Das
aufgeschlossene Material wird nun, wiederum getrennt in die Materialströme
0/22 mm und 0/32 mm, zunächst dem Neodym-Trommelmagneten und
anschließend dem Wirbelstromabscheider erneut aufgegeben.
Magnetisierbare Fe-Metalle und Nichteisenmetalle werden so vollständig
von den mineralischen Anteilen getrennt.
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Eine
manuelle Prüfsortierung der so aufbereiteten Kornklassen
hat gezeigt, dass durch diese Verfahrensweise über 97%
des im Aufgabematerial dieser Verfahrensstufe enthaltene Metall
aussortiert wird. Bei nochmaliger Aufgabe des bereits aufbereiteten
Materials enthält das Produkt sowohl keine magnetisierbaren
Metalle als auch Nichteisenmetalle.
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Die
mineralischen Produkte dieser Verfahrensstufe enthalten nun weniger
als 2,5% Fe-Anteile und 0,5% NE-Metalle und sind somit metallarm.
Das Produkt enthält jedoch noch feinkörnige Störstoffe und
von Rissen durchzogene Schlackepartikel. Einer hochwertige Verwertung
im Sinn der TL Gestein-Stb oder DIN 4226, Teil
1, ist daher ohne eine weitere Aufbereitung noch nicht möglich.
Die Produkte eignen sich als Substitut CO2-frei
für die Zementindustrie.
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Die
Produkte der trockenen Aufbereitung werden durch ein mit Wasser
als Transportmedium betriebenes nasses Aufbereitungsverfahren, das
aus einer Anordnung von Sieben, Attritionsaggregaten, Sink-Schwimm-Scheidern
und Hydrozyklonen besteht, zu den folgenden Produkte aufbereitet:
- – B-Sand 0/1 mm,
- – A-Sand 0/2 mm,
- – Edelsplitt 2/8 mm,
- – Edelsplitt 8/11 mm,
- – Edelsplitt 11/16 mm,
- – Feinschotter 16/22 mm.
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Der
Betrieb dieser nassen Aufbereitungsstufen wird in der Patentschrift
DE 197 27 172 C2 „Verfahren
zur mechanischen Aufbereitung gealterter Schlacke und dessen Verwendung
zur Herstellung von Sekundärbaustoffen" beschrieben.
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Die
genannten Produkte entsprechen, wie zahlreiche Untersuchungen belegen,
den Anforderungen der DIN 4226: „Zuschlag
für Beton; Zuschlag mit dichtem Gefüge; Begriffe,
Bezeichnungen und Anforderungen".
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Magnetisierbare
und Nichteisen-metallhaltige Partikel befinden sich insbesondere
in den Sanden wieder, da Metalle > 1
mm bereits in der Trockenaufbereitung fast vollständig
aussortiert wurden. A- und B-Sande, die somit im Wesentlichen aus
Silikaten und Fe in oxidierter Form bestehen (Fe-Gehalt in den Sanden
siehe Zementuntersuchungen), werden daher in einer Variante des
Verfahrens mit einer Kugelmühle fein gemahlen und getrocknet.
Der so erzeugte Fe-haltige, silikatische Staub ist in seinen chemischen
und mineralogischen Eigenschaften gemahlener Hochofenschlacke verwandt.
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Verschiedene
Versuche mit Produkten, welche nach der oben beschriebenen Variante
hergestellt wurden, haben gezeigt, dass durch Vermischen von gemahlenen
Substrat aus aufbereiteter Müllverbrennungsschlacke und
Branntkalk (CaO) bei einem Mischungsverhältnis von 55 ...
65% zu 45 ... 35% ein Zement erzeugt wird, der den Eigenschaften
von Portlandzement entspricht. Diese Herstellungsmethode führt
zu einer deutlichen Energieeinsparung gegenüber dem klassischen
Verfahren der Portlandherstellung (hergestellt aus im Drehrohrofen
unter hohem Energieeinsatz erzeugtem Klinker und Gips bzw. Anhydrit).
Die großtechnische Verwendung von gemahlener Müllverbrennungsschlacke – nach
deren Aufbereitung – als Substituent für Klinker
kann umweltpolitisch gesehen zu einer starken Reduzierung der nationalen
CO2-Emission führen und könnte
so einen signifikanten Beitrag zur Minderungen der Folgen der Klimaveränderung
leisten.
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Das
in 1 und 2 schematisch gezeigte Verfahren
verläuft daher im Wesentlichen so, dass die aus der Müllverbrennungsanlage
bereit gestellte Rohschlacke zunächst einer Lagerung unterzogen wird,
wobei die Rohschlacke Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Diese Feuchtigkeit
wird der lagernden Schlacke kontinuierlich zugefügt. Es
kann sich dabei um eine natürliche Befeuchtung, beispielsweise
durch Regen, oder um eine künstliche Befeuchtung, etwa
durch Berieselungsanlagen, handeln.
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Vorteilhaft
werden die aus der Müllverbrennungsanlage bereit gestellten
Rohschlacken daher erfindungsgemäß zunächst
in Halden gelagert. Bei diesen Halden kann es sich etwa um durch
Trennwände unterteilte Lagerboxen handeln, die entsprechend
drainiert sind, sodass die natürlich oder künstlich
zugeführte Feuchtigkeit wie Regen oder Berieselungswasser
nach dem Durchdringen der Schlacke und dem Lösen von Mineralien
aus der Schlacke aus der Halde bzw. der Lagerbox gezielt abgeführt
werden und gegebenenfalls erneut auf die Schlacke aufgegeben werden
können. Es kann vorteilhaft durch eine Rezirkulation des
Befeuchtungswassers bewirkt werden, dass eine Reduktion des Austrags
von Stäuben aus der Schlackenhalde erzielt wird, bei gleichzeitiger
kostenminimaler Wassernutzung. Vorteilhaft verbleiben die Schlacken über
einen Zeitraum von mindestens 90 Tagen in den Lagerhalden bzw. Lagerboxen
zur Alterung.
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Nach
dem Schritt der Lagerung und Alterung der Schlacken werden diese
zunächst trocken in den Schritten a) bis q) aufbereitet.
Dazu werden die Schlacken in einem Schritt a) von grobem Eisenschrott
befreit. Dies kann durch manuelles Auslesen erfolgen. Zur Erleichterung
des Auslesens wird die Schlacke vorteilhaft über ein Förderband
einer Lesebühne zugeführt, dort werden grobe Störstoffe
wie nicht oder nur unvollständig verbrannte Stoffe manuell
aussortiert. Zusätzlich kann über dem Förderband ein Überbandmagnet
oder eine andere magnetische Vorrichtung zur Abtrennung von im Wesentlichen
eisenhaltigen Komponenten eingesetzt werden. Das abgetrennte stark
eisenhaltige Material bzw. gar Eisenschrott kann unmittelbar dem
Metallhandel zugeführt werden. Der Schritt b) geht quasi
mit Schritt a) einher: Er umfasst das Aussortieren von Metallkomponenten,
die nicht im Wesentlichen Eisen enthalten, also Nichteisenmetalle.
Diese nichteisenhaltigen Metalle können ebenfalls unmittelbar
dem Metallhandel zur weiteren Verwendung zugeführt werden.
Weitere nichtmetallische Störstoffe, bei denen es sich
um sonstige nicht oder nur unvollständig verbrannte Stoffe
handeln kann, werden unmittelbar der Müllverbrennungsanlage
zur erneuten Verbrennung zugeführt.
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In
einem Schritt c) wird das von Eisen und nichteisenhaltigen Metallkomponenten
befreite Schlackenmaterial, respektive die Schlacke, einer Klassierung
in Korngrößen unterzogen. Vorteilhaft umfasst
diese Klassierung ein Absieben, was in drei Stufen erfolgen kann.
Durch ein dreistufiges Absieben das mit Schwingsieben oder anderen
geeigneten Sieben erfolgen kann, wird eine Auftrennung in vier verschiedene
Kornklassen bewirkt. Es können gezielt geeignete Kornklassen
eingestellt werden. Als geeignet hat sich die Einstellung von vier
Kornklassen mit den folgenden Korngrößen erweisen:
Eine kleinste Klasse umfasst Korngrößen von 0
bis 22 mm, weitere Klassen umfassen Korngrößen
von 22 bis 32 mm, 32 bis 56 mm und eine größte
Klasse weist alle Körner auf, die größer
sind als 56 mm. Grundsätzlich kann das dreistufige Absiebverfahren Klassierungen
herbeiführen, durch die:
- – eine
erste Kornklasse mit Korngrößen im Bereich von
0 bis 20 mm, maximal 30 mm, vorzugsweise jedoch von 0 bis 22 mm,
- – eine zweite Kornklasse mit Korngrößen
im Bereich von 20 bis 40 mm, vorzugsweise von 22 bis 40 mm, am meisten
bevorzugt von 22 bis 32 mm,
- – eine dritte Kornklasse mit Korngrößen
im Bereich von 30 bis 60 mm, vorzugsweise von 32 bis 60 mm, am meisten
bevorzugt von 32 bis 56 mm,
- – und eine vierte Kornklasse mit Korngrößen
größer als 60 mm, vorzugsweise liegt die Grenze
der Klasse bei einer Größe ab 56 mm, bereitgestellt wird.
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Selbstverständlich
kann die Fraktionierung auch in andere Kornklassen erfolgen.
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In
Schritt d) erfolgt sodann eine Nachzerkleinerung der entsprechenden
größeren Kornklassen, respektive der Klassen,
die Körner mit einer Größe von über
30 mm, bzw. über 32 mm enthalten. Diese Nachzerkleinerung
kann mittels einer Prallmühle oder einem Kugelbrecher folgen.
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Danach
erfolgt in einem Schritt e) eine erneute Klassierung, die vorteilhaft
ebenfalls dreistufig ist und die eine Klassierung in die obigen
Kornklassen herbeiführt. Selbstverständlich kann
der Schritt des Zerkleinerns (Schritt d) mit der nachfolgenden erneuten
Klassierung (Schritt e) mehrfach wiederholt werden, sofern erforderlich.
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Nun
wird die Klasse mit den kleinsten Körnern, die eine Größe
im Bereich von bis zu 30 mm, vorzugsweise von bis zu 22 mm aufweisen,
durch eine dritte Klassierung in Schritt f) fraktioniert. Dabei werden
Körner mit einer Größe kleiner als 7
mm abgetrennt, sodass eine Körnungsband von 7 bis 20, bzw.
von 7 bis 22 mm erzielt wird. Das Produkt mit Körnern kleiner
7 mm kann als Grobsand im Deponiebau verwendet werden. Natürlich
kann das Körnungsband auch eine Breite aufweisen, die größer gewählt
ist, wie etwa von 5–25 mm, wenn der Grobsand entsprechender
Verwendung zugeführt werden soll.
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In
Schritt g) werden die nach der zweiten Klassierung verbleibenden
Schlackenkornklassen, die größer sind als 7 mm, vorzugsweise
größer als 10 mm, einem weiteren Magnettrennverfahren
unterzogen, um feinkörnige magnetisierbare Eisenanteile aus
diesen Kornklassen abzutrennen. Es kann sich hierbei um die Kornklassen
7/22 mm und 22/32 mm als bevorzugte Kornklassen handeln; andernfalls werden
die Kornklassen mit Korngrößen in den angegebenen
Bereichen diesem Magnettrennverfahren unterworfen. Vorteilhaft kann
es sich der magnetischen Vorrichtung zur Durchführung des
Trennverfahrens um einen Neodymtrommelmagneten handeln. Selbstverständlich
werden alle von magnetisierbaren Eisenanteilen zu befreienden klassierten Kornklassen
separat der magnetischen Trennvorrichtung zugeführt.
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Die
getrennt behandelten Ströme der vorgenannten Kornklassen
werden in einem Schritt h) einem Wirbelstromabscheider zugeführt.
Dort wird durch magnetische Induktion bewirkt, dass feinkörnige
Nichteisenmetalle aussortiert werden. Die in den Schritten g) und
h) abgetrennten sehr feinen Eisen- bzw. Nichteisenmetalle werden
gesondert dem Metallhandel zugeführt.
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Die
nunmehr aus Schritt h) verbleibenden Kornklassen werden nach Korngrößen
getrennt erneuter Zerkleinerung (Schritt i) unterzogen: In den bislang
erhaltenen Zwischenprodukten (etwa die Fraktionen 7/22 mm und 22/32
mm, je nach Wahl der Korngrößen der Klassen) sind
noch Anteile an nichteisenhaltigen und eisenhaltigen Metallen enthalten, die
aufgrund von Verkrustungen und Aggregatbildungen mit Schlacke durch
die zuvor beschriebenen Prozessstufen nicht aussortiert wurden.
Daher werden die genannten Zwischenprodukte einer langsam laufenden
Prallmühle aufgegeben, so dass ein Aufschluss der verkrusteten
Metallteile bewirkt wird. In diesem Verfahrensschritt wird durch
die Betriebsweise der Prallmühle nur ein geringer Energiebetrag
auf das einzelne Korn einwirken, so dass das Korn entlang bereits
vorhandener Risse und an Kontaktflächen zwischen mineralischen
Korn- und Metallteilchen innerhalb des Korns zerlegt wird. Die Zerkleinerung
der mineralischen Komponenten wird hierbei minimiert, kann jedoch
nicht vollständig unterbunden werden. Die auf diese Weise
zerkleinerten Fraktionen weisen entsprechend Korngrößen
im Bereich von 0 bis 30 mm, vorzugsweise von 0 bis 22 mm bzw. von
0 bis 40 mm, vorzugsweise von 0 bis 32 mm auf.
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In
einem Verfahrensschritt j) wird das derart aufgeschlossene Material
erneut getrennt einem Magnettrennverfahren unterzogen, bei dem es
sich vorzugsweise um das vorbeschriebene Neodymtrommelmagnetverfahren
handeln kann, und anschließend wird eine erneute Wirbelstromabscheidung durchgeführt
(Schritt k), um somit wiederum nichteisenhaltige Metallbestandteile
abzutrennen. Somit sind nach Schritt k) Eisenmetalle und Nichteisenmetalle
im Wesentlichen vollständig von den mineralischen Anteilen
getrennt. In einem Schritt k') können darüber
hinaus die nicht für den Straßenbau geeigneten
mineralischen Schlackenanteile mit einer Größe im
Bereich von 0 bis 7 mm als CO2-frei produzierte Substitute
für die Zementindustrie eingesetzt werden.
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Vorteilhaft
kann die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens bewirken, dass die in Schritt eins aufgegebene Rohschlacke
von etwa 97% des im Aufgabematerial enthaltenen Metalls befreit wird.
Damit enthalten die mineralischen Komponenten nach dem zwölften
Verfahrensschritt nun weniger als 2,5% eisenhaltige Anteile und
0,5% nichteisenhaltige Metalle und sind somit als metallarm einzustufen.
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Um
das Produkt vorteilhaft weiter zu raffinieren und insbesondere von
feinkörnigen Störstoffen zu befreien, sodass es
einer hochwertigen weiteren Nutzung im Sinne des TL Gestein-Stb
oder Din 4226, Teil 1 zugeführt werden
kann, kann vorteilhaft eine weitere Aufbereitung erfolgen.
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Es
wird daher im Schritt l) eine Nassaufbereitung durchgeführt,
indem die Produkte aus der trockenen Aufbereitung nach k) einem
mit Wasser als Transportmedium betriebenen nassen Abscheideverfahren
unterzogen werden. Dieses Aufbereitungsverfahren erfordert das Beaufschlagen
(Schritt m) einer Vorrichtung umfassend Siebe, Attritionsaggregate,
Sink-Schwimm-Scheider und Hydrozyklone, sodass Produkte aus der
Gruppe B-Sand (0 bis 1 mm Korngröße), A-Sand (0
bis 2 mm Korngröße), Edelsplitt (2 bis 8 mm Korngröße),
Edelsplitt (8 bis 11 mm Korngröße), Edelsplitt
(11 bis 16 mm Korngröße), Feinschotter (16 bis
22 mm Korngröße) erhalten werden.
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Die
Nassaufbereitung nach Schritt 13 wird entsprechend dem patentierten
Verfahren durchgeführt, dass in
DE 197 27 172 C2 aufgeführt
ist. Es umfasst in Schritt m) Aufgeben des Produktes aus Schritt
l) auf ein 2 mm-Sieb, der nachfolgende Schritt n) sieht das Aufdüsen
des Produktes auf dem Sieb mit 5 bis 8 bar druckbeaufschlagtem Wasser,
vor, ehe das Material indem nächsten Schritt o) einem Schwimmstoff-Abscheider
aufgegeben wird, wobei die Schwimmstoffe abgetrennt werden.
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In
einem weiteren Schritt p) erfolgt erneut eine Klassierung, indem
das Produkt, welches das Sieb nicht passiert hat, mittels eines
Aufstromklassierers in zumindest zwei Klassen aufgetrennt wird.
In einem Schritt q) besteht weiter die Möglichkeit, die bei
p) erhaltenen Klassen mit einer Korngröße von
2 mm bis 40 mm, insbesondere von 2 mm bis 32 mm mittels eines Schwertwäschers
unter Druckwasserbeaufschlagung in einem Schwertwäscher
wie einem Zweiwellenschwertwäscher zu attritieren (ersatzweise
kann dies auch mit einem Körnungshydrobandabscheider erfolgen)
und gleichzeitig mit Druckwasser zu beaufschlagen. Ein in Schritt
q) erhaltenes Produkt wird in einem weiteren Schritt r) einer mehrstufigen
Klassierung unterzogen. Vorteilhaft können die Siebstufen
bei dieser Klassierung eine Einteilung der Korngrößenklassen
von 0 bis 2 mm, 2 bis 8 mm, 8 bis 16 mm und 16 bis 32 mm vorsehen.
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Das
in Schritt r) erhaltene Produkt mit einer Korngröße
im Bereich von 0 bis 2 mm kann zur weiteren Verarbeitung erneut
dem Aufstromklassierer zugeführt werden und erneut die
Schritte ab p) durchlaufen.
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Vorteilhaft
wird mit der Durchführung des vorgenannten Verfahrens ein
Produktspektrum erhalten, welches den Anforderungen der deutschen
Industrienorm 4226 für Zuschläge für
Beton und Zuschläge mit dichtem Gefüge entspricht.
Der Restgehalt an eisen- und nichteisenhaltigen Komponenten wird
sich vorteilhaft insbesondere in den Sanden wieder finden, da Metallpartikel,
die größer als 1 mm sind, bereits bei der Trockenaufbereitung
nahezu vollständig abgetrennt wurden. Die vorgenannten
A- und B-Sande werden somit im Wesentlichen aus Silikaten und Eisen
in oxidierter Form bestehen.
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Es
besteht die Möglichkeit, die vorgenannten A- und B-Sande
in einer Kugelmühle nunmehr fein zu mahlen und zu trocknen,
sodass ein eisenhaltiger Silikatstaub entsteht, der in seiner chemischen
und mineralogischen Eigenschaft weitestgehend gemahlener Hochofenschlacke
entspricht. Der so erhaltene Staub kann mit Brandkalk (CaO) vermischt
werden, vorzugsweise in einem Mischungsverhältnis von 55 bis
65 Gew.-% Staub zu 45 bis 35 Gew.-% CaO, wodurch ein Zement bereit
gestellt wird, der im Wesentlichen die Eigenschaften von Portland-Zement
aufweist. Somit wird ein alternatives Verfahren zur Bereitstellung
von Portland-Zement offenbart, das unter Betrachtung ökologischer
und ökonomischer Aspekte besonders vorteilhaft ist, da
die Herstellung des dem Portland-Zement entsprechenden Zementes nicht
das zu dessen Darstellung erforderliche energieaufwendige Verfahren
verlangt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4123277
C1 [0004]
- - DE 10306132 A1 [0005]
- - DE 19758658 [0006]
- - DE 19727172 C2 [0007, 0040, 0059]
- - DE 10021792 C2 [0008]
- - DE 10206834 A1 [0009]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN 4226 [0038]
- - DIN 4226 [0041]
- - Din 4226 [0057]