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Masse, bestehend aus dem Reaktionsprodukt einer wässrigen Aufschlämmung
chemischer Abfälle und bestimmten Zusätzen, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft die Behandlung wässriger Aufschlämmungen chemischer Abfälle
unter Ausnutzung der Rückstände an üblicherweise in solchen Abfällen enthaltenen
Reaktionsteilnehmern, wobei die Aufschlämmungen in härtbare Massen überführt werden.
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Ubliche Nebenprodukte von Anlagen, in denen Chemikalien in großtechnisohem
Maßstab hergestellt oder weiterverarbeitet werden, bestehen aus wässrigen Aufschlämmungen,
die oftmals einen hohen Anteil an relativ inerten, feinteiligen Materialien und
daneben noch die verschiedensten reaktionsfähigen Materialien in einer zur wirtschaftlichen
RUckgewinnung zu geringen Konzentration enthalten. In einigen Fällen besitzen die
Industrieabfälle eine relativ einheitliche Zusammensetzung (so fällt bei~ spielsweise
bei der Herstellung von Fluorwasserstoffsäure als Nebenprodukt eine Aufschlämmung
an, deren Feststoffe zu über 98 % aus Calciumsulfat bestehen); selbst in solchen
Fällen werden Jedoch diese Materialien nicht allgemein industriellen Anwendungszwecken
zugeführt, da die in verschiedenen Mengen möglicherweise
vorhandenen
anderen Substanzen eine solche allgemeine Verwendung nicht zulassen. Oftmals enthalten
die in den Feststoffen der betreffenden Aufschlämmungen verfügbaren reaktionsfähigen
Verbindungen in einer Konzentration von 0,5 bis 5,0 Gew.-% weit verbreitete Materialien,
wie Sulfationen, Calciumionen, Aluminiumionen und Eisenionen, sowie solche Ionen
liefernde Verbindungen.
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Der Wassergehalt solcher Aufschlämmungen kann sehr verschieden sein
und beträgt typisch 10 bis 90 Gew.-%. Die-Beseitigung derartiger Aufschlmmungen
bildete bisher immer ein Problem. Die zunehmende Erkenntnis der Unzweckmäßigkeit
des bloßen Austragens solcher Abfälle in die Umgebung und die daraus resultierenden
behördlichen Anordnungen für ein derartiges Austragen haben das Bedürfnis nach geeigneten,
unschädlichen und wirtschaftlichen Möglichkeiten zur Beseitigung solcher Aufschlämmungen
oder zur Umwandlung derselben in verwertbare Produkte zunehmend in den Vordergrund
traten lassen Einen weiteren Anreiz hierfür bieten die bei Einsatz üblicher Maßnahmen.
bei deren Durchführung oftmals große Absetzbecken oder Lagerhalden benötigt werden,
zur Beseitigung solcher Aufsohlämmungen erforderlichen Investitionen und LEnderaien,
Ein anderes und von den genannten Abfällen vollständig verschiedenes Abfallprodukt
stellt die sogenannte Flugasche dar. Hierbei handelt es sich um den feinteiligen
Ascherückstand, der bei der Verbrennung pulverisierter Kohle entsteht, mit den aus
Kesseln oder Öfen, in zonen eine solche Kohle verbrannt wird(in typischer Weise
in elektrischen Generatorenstationen)austretenden Abgasen mitgerissen und schließlich
aus diesen Abgasen mittels geeigneter Fälleinrichtungen, z.B. mittels elektrostatischer
Niederschlagseinrichtungen, abgetrennt wird. Bei der Verbrennung von Öl und Abfällen
in großen Verbrennungsöfen anfallende, fein pulverisierte Aschen können manchmal
anstelle von Flugasche zum Einsatz gelangen, sofern sie in ihrer chemischen Zusammensetzung
und in ihrem physika.'ischen Zustand in etwa mit der bei der Verbrennung von pulverisierter
Kohle anfallenden Flugasche vergleichbar
sind. Flugasche besteht
aus einem heterogenen Gemisch, sowohl kristallinen als auch nicht-kristallinen,
teilchenförmigen Materials, das die verschiedensten chemischen Elemente in verschiedenster
Form, unter anderem Calcium, Aluminium, Eisen und Schwefel enthält.
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Flugasche wurde bisher zusammen mit Kalk zur Herstellung der verschiedensten
zementartigen Materialien verwendet. Unabhängig davon, daß Flugasche ein wohlfeiles,
ohne Schwierigkeiten verfügbares Abfallprodukt darstellt, übersteigt ihre anfallende
Menge ihre Verwertbarkeit, was ihre Beseitigung als Abfallprodukt erforderlich macht.
Obwohl darüberhinaus größere Mengen an Flugasche als Füllstoff verwendet werden,
ist ihre diesbezügliche Verwertbarkeit ebenfalls begrenzt.
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Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Behandlung
wässriger Aufschlämmungen chemischer Abfälle unter Ausnutzung der darin enthaltenen
Rückstände an reaktionsfähigen Materialien und unter Verwendung allgemein zugänglicher
Zusätze zu schaffen, wobei solche Aufschlämmungen entweder zum Zwecke ihrer leichteren
Beseitigung oder zum Aushärten als Bodenfüllmittel oder Grundmaterial verfestigt
wird. Auf diese Weise soll das bisher von solchen Aufschlämmungen beanspruchte Land
nutzbar gemacht werden, die Bodenhöhe tiefliegender oder sumpfiger Gebiete angehoben
oder das Land in bisher von Wasser eingenommene Gebiete vorangetrieben werden.
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Ferner soll hierbei aus wässrigen Aufschlämmungen chemischer Abfälle
durch Zusatz anderer leicht verfügbarer Materialien ein neuartiges Bau- oder Füllmaterial
geschaffen werden.
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Gegenstand der Erfindung sind somit ein Verfahren zur Behandlung von
als Nebenprodukt anfallenden Aufschlämmungen aus chemischen -Herstellungs-, Be-
und Verarbeitungsanlagen, sowie das bei der Durchführung dieses Verfahrens anfallende
Reaktionsprodukt. Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der
Rückstand an reaktionsfähigen Materialien, wie
Sulfationen, Aluminiumionen,
Eisenionen, Calciumionen und Magnesiumionen oder solche Ionen liefernde und in der
AufschlAmmung in verschiedenen Formen enthaltende Substanzen, mit Aluminiumionen
liefernden Materialien, Kalk und löslichen Sulfaten, die gegebenenfalls zur Erhöhung
der Konzentrationen an diesen Materialien in der Aufschlämmung über bestimmte Mindestkonzentrationen
zugesetzt werden, zur Bildung einer innerhalb eines bestimmten Zeitraums, in der
Regel in der Größenordnung von Tagen oder Wochen, härtbaren Masse umgesetzt. Die
Aufschlämmung kann somit in fester Form der Beseitigung zugeführt werden. Andererseits
kann die härtbare Masse als zementartiges Material entweder als Füllstoff oder Grundmaterial
an anderer Stelle oder am Ort der Behandlung, z.B. in einem Absetzbecken,verwendet
werden. Zu letzterem Zweck kann der härtbaren Schlamm-Mischung ein Zuschlagstoff
einverleibt werden.
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Das Schlammbehandlungsverfahren gemäß der Erfindung beruht auf der
Bildung zementartiger Materialien, die in der Regel als Calciumsulfoaluminathydrate
oder Calciumaluminosulfathydrate bekannt sind. Die eigentlichen Reaktionsteilnehmer
bei diesem Verfahren sind Calcium-, Aluminium- und Sulfationen.
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Ferner können anstelle der Aluminiumionen Eisenionen treten.
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An die Stelle der Calciumionen können Magnesiumionen treten.
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Zur Umsetzung für die Herstellung der härtbaren Masse gemäß der Erfindung
müssen bestimmte Mindestkonzentrationen an diesen Materialien vorhanden und verfügbar
sein. Eine Analyse in der später eingehender beschriebenen Weise soll ein prozentuales
Trockengewicht an verfügbaren Sulfationen von nicht weniger.als 0,5 %, an verfügbaren
Aluminiumionen oder {quivalenten hiervon, ausgedrückt als Aluminiumoxid, von nicht
weniger als 0,2 % und an verfügbaren Calciumionen oder {quivalenten hiervon, ausgedrückt
als Calciumoxid, von nicht weniger als 0,5 % ergeben.
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In der beigefügten Zeichnung, die ein ternäres Zusammensetzungsdiagramm
des Systems Aluminium, Calcium und Sulfat darstellt, ist ein bevorzugter Bereich
an verfügbaren Reaktionsteilnehmern in der bei der Behandlung von Abfallschlämmen
gemäß der Erfindung anfallenden Masse dargestellt. Dieser Bereich läßt sich besser
durch die bevorzugten Verhältnisse verfügbarer Ionen wiedergeben. Diese bevorzugten
Verhältnisse an verrügbaren Ionen A13+ und Ca2+, einschließlich von Al3+, und Ca
-Äquivalenten, betragen: Al3+ : Ca2+ 1 : 10 bis 1 : 2 A13+ : (SO4)2 1 : 2 bis 1
: 10 und Ca2+ : (S04)2 1 : 2 bis 2 s 1 Selbstverständlich beruhen diese bevorzugten
Bereiche auf den zur Verfestigung der Aufschlämmung erforderlichen chemischen Umsetzungen.
Oftmals steht ein derartiges Material in einer solchen Menge und.zu einem solchen
Preis zur Verfügung, daß ein ueberschuß an diesem Material verwendet wird, trotzdem
dadurch der Anteil an durch dieses Material verfügbar gemachten Reaktionsteilnehmern
über den bevorzugten Bereich ansteigt.
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Selbstverständlich fallen bei den verschiedenartigsten chemischen
Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren in den verschiedensten chemischen Anlagen
landauf und landab die verschiedenartigsten wässrigen Aufschlämmungen von Abfällen
an. Diesen Aufschlämmungen ist lediglich gemeinsam, daß sie größtenteils Rückstände
an allgemein zugänglichen reaktionsfähigen chemischen Substanzen, wie Calciumionen,
Aluminiumionen und Sulfationen, sowie solche Ionen lieferndenVerbindungen, enthalten.
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Je nach der zu behandelnden speziellen Aufsohlämmung müssen offensichtlich
bei der Herstellung der härtbaren Masse Menge und Art an Jeweiligem Zusatz variiert
werden. In einigen
Fällen wird abgesehen'von einer geringen Menge
praktisch keine Flugasche benötigt, während in anderen Fällen Materialien, die sämtliche-drel
reaktionsfähigen Materialien liefern, zur erfindungsgemäßen Verfestigung der Aufschlämmung
benötigt werden.
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Aluminiumverbindungen enthaltende Abfälle allgemein und Flugasche
speziell sind wegen ihres niedrigen Preises, ihrer leichten Verfügbarkeit und ihrer
hohen Reaktionsfähigkeit bevorzugte Zusätze als Lieferanten für Aluminiumionen,
Kalk, einschließlich ungelöschter und gelöschter bzw. hydratisierter Kalk, stellt
das bevorzugte Material zur Erhöhung der Konzentration an Calciumionen oder eines
Äquivalents hiervon (Magnesium) dar.
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Zur Erhöhung der Konzentration an verfügbaren Sulfationen können erforderlichenfalls
de verschiedensten Substanzen zugesetzt werden. Typische Beispiele hierfür sind
Calciumsulfat-Anhydrit, Calciumsulfat-Hemihydrat (gebrannter Gips) und Calciumsulfat-Dihydrat
(Gips).
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Bei der Behandlung irgendeiner speziellen Aufschlämmung lassen sich
die Art der benötigten Behandlungschemikalien und deren Menge auf verschiedene Weise
bestimmen. Wenn es beispielsweise bekannt ist, daß die Aufschlämmung hauptsächlich
aus einer mit Kalk neutralisierten Aufschlämmung eines Säureabfallprodukts besteht,
in der der Anteil an Calciumsulfat relativ hoch ist, kann die Behandlung durch Zusatz
einer Aluminiumionen liefernden Verbindung, z. B. von Aluminiumionen enthaltenden
Abfällen oder Flugasche, erfolgen. In einigen Fällen kann die Bestimmung der Konzentrationen
an verfügbaren Ionen und Vergleich dieser Konzentrationsverhältnisse mit den bevorzugten
Ionenkonzentrationen den bequemsten Weg zur Bestimmung der Art und Menge der erforderlichen
Behandlungschemikalien bilden. Oftmals ist es auch sehr praktisch, aufgrund der
bekannten Eigenschaften der jeweiligen Aufschlämmung mit Näherungswerten zu arbeiten.
Die verfügbaren Sulfationen, Aluminiumionen oder Aquivalente hiervon und Calciumionen
oder Aquivalente hiervon lassen sich auch
nach folgender Methode,
die zum Zwecke der Bestimmung der Verfügbarkeit dieser Materialien für die Umsetzung,
auf der das Verfahren gemäß der Erfindung beruht, ausgearbeitet wurde, bestimmen.
Notwendigerweise wird diese Verfügbarkeit als prozentuales Trockengewicht an Sulfationen,
Aluminiumionen oder quivalenten hiervon, ausgedrückt als Aluminiumoxid, und Calciumionen
oder {quivalenten hiervon, ausgedrückt als Calciumoxid, angegeben.
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Bei der Bestimmung der verfügbaren Aluminiumionen oder Aquivalenten
hiervon werden Eisen(III)-Ionen (Fe3+) als Äquivalent angesehen. Eisen (II)-Ionen
(Fe2+) reagieren nicht direkt, obwohl sie unter bestimmten Bedingungen zu Eisen
(111)-Ionen oxidiert und zu einem geeigneten Ersatz für Aluminiumionen werden. Verfügbare
Eisen(II)-Ionen werden somit nicht allgemein als verfügbare Xquivalente für Aluminiumionen
gewertet.
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Analysenverfahren: 7,5 g des Untersuchungsmaterials werden in ein
Fläschchen von etwa 14 ml-Fassungsvermögen eingebracht (bei dem Untersuchungsmaterial
handelt es sich um den zementartigen, nicht-zusammengeballten Teil der Masse). 'Tach
dem Auffüllen des Fläschchens mit Wasser wird kontinuierlich gerührt, um ein einheitliches
Gemisch herzustellen. Hierauf wird das Fläschchen mit einer Schraubkappe verschlossen
und bei einer Temperatur von 380C gelagert. Nach 7-tägiger Lagerung wird das Fläschchen
geöffnet, sein flüssiger Inhalt in ein 250 ml fassendes Becherglas und der in dem
Fläschchen enthaltene feste Kuchen in einen Mörser überführt. Der feste Kuchen wird
in dem Mörser unter Zusatz von etwas Wasser so lange zerrieben, bis eine gleichmäßige
Aufschlämmung gebildet ist und keine größeren Klumpen mehr vorhanden sind. Hierauf
wird die erhaltene Aufschlämmung in dasselbe 250 ml/Becherglas überführt, worauf
der Inhalt des Becherglases auf ein Volumen von 100 ml aufgefüllt wird.
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Nach Zugabe von 100 ml HC1 (Verdünnungsverhältnis 1:4,5, um eine Gesamtendkonzentration
an freiem HCl-Aquivalent zu VerdUnnungs(volumen)verhältnis von 1:10 zu erreichen)
wird das Becherglas samt Inhalt unter häufigem Umrühren während der ersten Stunden
über Nacht stehen gelassen. Hierauf wird der flüssige Anteil in einen 250 ml fassenden
Kolben titriert und der Rückstand gründlich mit heißem Wasser ausgewaschen.
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Nach dem Abkühlen der Flüssigkeit wird der Kolben bis zur Marke aufgefüllt.
Zur Bestimmung der säurelöslichen Bestandteile werden aliquote Teile der erhaltenen
Lösung verwendet.
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Die verfügbaren A13+- und Fe3+-Ionen (angegeben als Gewicht des Moläquivalents
A120)), Ca2+- und Mg2+-Ionen (angegeben als CaO) und S04 -Ionen werden in dem erhaltenen
Filtrat mittels eines Atomabsorptionsspektrographen, Röntgenspektrographen oder
nach anderen üblichen qualitativen Analysenmethoden bestimmt.
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Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.
Hierbei wurden aus wässrigen Aufschlämmungen chemischer Abfälle aus industriellen
chemischen Anlagen oder aus synthetischen Aufschlämmungen ähnlicher Zusammensetzung
verfestigte belastbare Produkte hergestellt.
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Beispiel 1 Unter Verwendung einer synthetischen Beizlösung (die annähernd
einer in einem Stahlwerk anfallenden Beizlösung entsprach), bestehend aus einer
wässrigen Lösung mit 10.000 ppm Fe2+- und 150.000 ppm S04 -Ionen, wurden unter Neutralisation
von Teilen derselben mit dolomitischem Kalk-Monohydrat auf einen pH-Wert von etwa
7 und einen pH-Wert über 12 Aufschlämmungen hergestellt..Die beiden in der geschilderten
Weise erhaltenen Aufschlämmungen wurden, auf Schlammgewicht bezogen, mit - in der
folgenden Tabelle I angegebenen - verschiedenen gewichtsprozentualen Mengen Flugasche
versetzt. Die erhaltenen Mischungen
wurden in 15,2 cm lange Glasrohre
eines Durchmessers von 5 cm, die an ihrem unteren Ende mit einem mittels eines Gummibandes
gehaltenen Nylongewebes verschlossen waren, eingebracht. Die gefüllten Glasrohre
wurden in
Aquarien bis zu einer Tiefe von 2,5 cm in entionisiertes Wasser getaucht.
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Zu verschiedenen Zeitpunkten (vergleiche Tabelle I) wurden die in
der geschilderten Weise hergestellten Prüflinge auf ihre Eindringbeständigkeit (bestimmt
als Widerstand in kg/cm2, der zum Eindringen eines Stabes eines Querschnitts von
0,16 cm2 in den Prüfling bis zu einer Tiefe von 2,54 cm erforderlich war) untersucht.
Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt:
Tabelle I Eindringbeständigkeit von Schlamm/Flugasche-Mischungen in kg/cm² Schlamn
Schlamm «-ualer Flug- entionisiertes Wasser nach Art -Wert asche zusatz 2 Wochen
4 Wochen 8 Wochen Dolomit 12+ 0 0 0 0 Dolomit t2+ 10 0 0 + Dolomit 12+ 20 0+ + +
Dolomit 12+ 50 154 224 + Dolomit 12+ 75 210 392 560+ Dolomit 12+ 100 308 560 560+
Dolomit 7 0 0 0 0 Dolomit 7 10 0 0 0 Dolomit 7 20 0 0 0 Dolomit 7 50 o o 28 Dolomit
7 75 0 28 98 Dolomit 7 100 Spur 98 128,8 zeigt eine in den meisten Fällen nicht
feststellbare, meist durch Ausdehnung bedingte Rißbildung
Beispiel
2 Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch die in der in Beispiel 1 geschilderten
Weise hergestellten Prüflinge in Seewasser gehärtet wurden. Die bei der Untersuchung
der Prüflinge erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt:
Tabelle II Eindringbeständigkeit von Schlamm/Flugasche-Mischungen in kg/cm2 Schlamm
Schlamm %-ualer Flugasche- Seewasser nach Art pH-Wert zusatz 2 Wochen 4 Wochen 8
Wochen Dolomit 12+ 0 0 0 0 Dolomit 12+ 10 0 28 + Dolomit 12+ 20 28 140 70 Dolomit
12+ 50 224 168 560+ Dolomit 12+ 75 252 336 + Dolomit 12+ 100 434 560+ + Dolomit
7 0 0 0 0 Dolomit 7 10 0 0 0 Dolomit 7 20 0 0 0 Dolomit 7 50 0 0 30,8 Dolomit 7
75 0 42 168 Dolomit 7 100 42 98 196 +zeigt eine in den meisten Fällen nicht feststellbare,
meist durch Ausdehnung bedingte Rißbildung
Beispiel 3 Beispiel
1 wurde wiederholt, wobei Jedoch die in der in Beispiel 1 geschilderten Weise hergestellten
Prüflinge in einem synthetischen Grubenablauf, bestehend aus einer mit Schwefelsäure
auf einen pH-Wert von 3 eingestellten wässrigen Lösung mit 300 ppm Fe2+ und 75 ppm
Al3+, gehärtet wurden. Die bei der Untersuchung der Prtlflinge1erhaltenen Ergebnisse
sind in der folgenden Tabelle III zusammengestellt: Tabelle III Eindringbeständigkeit
von Schlamm/Flugasche-Mischungen in kg/cm2 Schlamm Schlamm %-ualer Flug- Grubenwasser
nach Art pH-Wert aschezusatz 2 Wochen 4 Wochen 8 Wochen Dolomit 12+ 0 0 0 0 Dolomit
12+ 10 0 0 0 Dolomit 12+ 20 Spur + + Dolomit 12+ 50 168 336 + Dolomit 12+ 75 84+
+ + Dolomit 12+ 100 336 + + Dolomit 7 0 0 0 0 Dolomit 7 10 0 0 0 Dolomit 7 20 0
0 0 Dolomit 7 50 0 0 Spur Dolomit 7 75 0 56 56 Dolomit 7 100 Spur 112 112 + zeigt
eine in den meisten Fällen nicht feststellbare, meist durch Ausdehnung bedingte
Rißbildung
Beispiel 4 Unter Verwendung einer synthetischen Beizflüssigkeit
und Neutralisation derselben mit gelöschtem Kalk eines hohen Calciumgehalts bis
auf einen pH-Wert von über 12 wurden in der in Beispiel 1 geschilderten Weise Prüflinge
hergestellt. Die erhaltenen Prüflinge wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, in
entionisiertem Wasser gehärtet. Die bei der Untersuchung der Prüflinge erhaltenen
Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IV zusammengestellt: Tabelle IV Eindringbeständigkeit
von Schlamm/Flugasche-Mischungen in kg/cm² Schlamm Schlamm %-uale Flug- entionisiertes
Wasser nach Art pH-Wert aschezusatz 2 Wochen 4 Wochen 8 Wochen gelöschten Kalk mit
ho- 12+ 0 0 0 0 hem Caloiumgehalt n 12+ 10 0 0 0 n 12+ 20 0 28 128,8 " 12+ 50 98
283 224 n 12+ 75 126+ + + 12+ 100 266 560+ 560+ + + zeigt eine in den meisten Fällen
nicht feststellbare, meist durch Ausdehnung bedingte Rißbildung
Beispiel
5 Unter Verwendung einer synthetischen Beizflüssigkeit und Neutralisation derselben
mit Kalk mit hohem Calciumgehalt auf einen pH-Wert von über 12 wurden in der in
Beispiel 1 geschilderten Weise Prüflinge hergestellt. Die erhaltenen Prüflinge wurden,
wie in Beispiel 2 beschrieben, in Seewasser gehärtet. Die bei einer Untersuchung
der Prüflinge erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle V zusammengestellt:
Tabelle V Eindringbeständigkeit von Schlamm/Flugasche-Mischungen in kg/cm2 Schlamm
Schlamm %-ualer Flug- Seewasser nach Art pH-Wert aschezusatz 2 Wochen 4 Wochen 8
Wochen Kalk mit hohem 12+ 0 0 0 0 Calciumgehalt " 12+ 10 0 0 0 " 12+ 20 0 Spur 280
" 12+ 50 182 252 392 " 12+ 75 196+ + + II 12+ 100 196+ + + + zeigt eine in den meisten
Fällen nicht feststellbare, meist durch Ausdehnung bedingte Rißbildung
Beispiel
6 Unter Verwendung einer synthetischen Beizflüssigkeit und Neutralisation derselben
mit gelöschtem Kalk hohen Calciumgehalts auf einen pH-Wert von über 12 wurden in
der in Beispiel 1 geschilderten Weise Prüflinge hergestellt. Die erhaltenen Prüflinge
wurden, wie in Beispiel 3 beschrieben, in einem synthetischen Grubenablauf, bestehend
aus einer mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 3 eingestellten wässrigen Lösung
mit 300 ppm Fe2+ und 75 ppm Al3+, gehärtet. Die bei einer Untersuchung der Prüflinge
erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle VI zusammengestellt: Tabelle
VI Eindringbeständigkeit von Schlamm/Flugasche-Mischungen in kg/cm² Schlamm Schlamm
-ualer Flug- Grubenwasser nach Art pH-Wert asche zusatz 2 Wochen 4 Wochen 8 Wochen
gelöschter Kalk mit hohem 12+ 0 0 0 0 Calciumgehalt n 12+ 10 0 0 0 12+ 20 0 0 117,6
" 12+ 50 98 322 294 12+ 75 126 252 336 " 12+ tOO t68+ + + zeigt eine in den meisten
Fällen nicht feststellbare, meist durch Ausdehnung bedingte Rißbildung
Beispiel
7 Es wurde eine synthetische Beizflttssigkeit mit 150.000 ppm So@2 -Ionen und 10.000
ppm Fe2+-Ionen hergestellt und in mehrere Teile geteilt. Die einzelnen Teile wurden
mit dolomitischem Kalk-Monohydrat auf verschiedene pH-Werte neutralisiert. Die erhaltenen
Schlämme besaßen pH-Werte von 4, 8 und 12. Sämtliche feuchten Schlämme wurden in
fünf verschiedenen Mischungsverhältnissen mit einer typischen Steinkohlenflugasche
gemischt. Die hierbei erhaltenen Nassen wurden in 15,2 cm lange blasrohre eines
Durchmessers von 5 cm, die an einem Ende mit einem durch ein Gummiband gehaltenen
Nylongewebe verschlossen waren, eingebracht. Die in der geschilderten Weise hergestellten
Prüflinge wurden in bis zu einer Höhe von 2,5 cm mit entionisiertem Wasser gefüllte,
getrennte Aquarien (damit die Auslaugeffekte der extrem verschiedenen pH-Werte keine
Nebenwirkungen herbeiführen) gestellt. Zu verschiedenen, in der folgenden Tabelle
VII angegebenen Zeitpunkten, wurden die einzelnen PrUflinge auf ihre Eindringbeständigkeit
hin untersucht. Diese wurde wiederum als Widerstand in kg/cm2, der zum Eindringen
eines Stabes eines Querschnitts von 0,16 cm in den Prüfling bis zu einer Tiefe von
2,54 cm erforderlich war, bestimmt. Die bei der UnterPuchung der Prüflinge erhaltenen
Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle VII zusammengestellt: Tabelle VII Schlamm
Flugasche Eindringbeständigkeit pH-Wert Gewicht (g) Gewicht (g) in kg/cm nach 2
Wochen 4 Wochen 8 Wochen 12 100 10 28 42 53,2 20 42 42 53,2 50 k 42 70 84 75 84
112 120,4 100 98 112 168 8 100 10 0 o o 20 0 0 0 50 0 0 36,4 75 0 0 36,4 100 42
42 134,4
Tabelle VII (Fortsetzung) Schlamm Flugasche Eindringbeständigkeit
in pH-Wert Gewicht (g) Gewicht (g) kg/cmX nach 2 Wochen 4 Wochen 8 Wochen 4 100
10 0 0 0 20 0 0 0 50 0 0 0 75 0 0 33,6 100 0 0 33,6 Beispiel 8 Es wurde ein synthetischer,
flüssiger Beizablauf mit 150.000 ppm SO²4 -Ionen und 10.000 ppm Pe2+-Ionen hergestellt
und in zwei Teile geteilt. Die beiden Teile wurden entweder mit gelöschtem Kalk
hohen Calciumgehalts oder dolomitischem Kalk-Monohydrat auf einen pH-Wert von 12,4
neutralisiert. Teile der erhaltenen Aufschlämmungen wurden mit - in der folgenden
Tabelle VIII angegebenen - verschiedenen Mengen einer typischen Steinkohlenflugasche
gemischt. Die erhaltenen Massen wurden, soweit möglich,nach bekannten ASTM-Verfahren,
zu Würfeln einer Kantenlänge von 5 cm ausgeformt. Nach 14- und 28-tägiger Feuchthärtüng
wurden die Würfel bei Druckversuchen mit unbehinderter Seitenausdehnung zerbrochen.
Die folgende Tabelle VIII enthält die ermittelten Druckfestigkeitswerte in kg/cm²,
wobei jeder Wert der Durchschnittswert aus drei Prüflingen ist.
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Tabelle VIII Druckfestigkeitswerte, gemessen an Schlamm/Flugasche-Würfeln
in kg/cm Schlamm pH-Wert %-ualer Flug- Druchfestigkeit Art aschezusatz nach 14 Tagen
nach 28 Tagen gelöschter Kalk mit 12,4 10 1,2 2,7 hohem Calciumgehalt gelöschter
Kalkmit hohem Calciumgehalt 12,4 20 4,0 9,7 gelöschter Kalk mit hohem Calciumgehalt
12,4 50 22,7 30,9 gelöschter Kalk mit hohem Calciumgehalt 12,4 75 54,8 95,3 gelöschter
Kalk mit hohem Calciumgehalt 12,4 100 38,4 41,2 Dolomit 12,4 10 1,5 4,1 Dolomit
12,4 20 5,2 11.7 Dolomit 12,4 50 26,1 50,3 Dolomit 12,4 75 60,6 124,6 Dolomit 12,4
100 124,3 183,8 Beispiel 9 Es wurden zwei Schlammabfälle aus einer chemischen Verarbeitungaanlage
gesammelt. Die beiden Schlämme besaßen die folgende chemische Zusammensetzung:
Röntgenfluores
zenzanalyse basinfeuchter und trockener Abfallproben basinfeuchte trockene Abfallprobe
Abfallprobe Pb >5% >5% Ca 0,2 - 5,0 % 0,2 - 5,0 % Ba 0,2 - 5,0 % 0,2 - 5,0
% Fe 0,2 - 5,0 % 0,2 - 5,0 % Al 0,2 - 5,0 % 0,2 - 5,0 % Si 0,2 - 5,0 % 0,2 - 5,0
% S 0,2 - 5,0 % 0,2 - 5,0 % Ti 90,2 % <0,2 % Ni <0,2 % c0,2 % Cu <0,2 %
c0,2 % Zn <0,2 % <0,2 % Mo <0,2 % c0,2 % Sb <0,2 % <0,2 % Sr <0,2
% <0,2 % P <0,2 % <0,2 % Cl <0,2 % <0,2 % K <0,2 % <0,2 % %-ualer
Feststoffgehalt #21 #40 pH-Wert ob 5 # 6,5 Die beiden Schlämme wurden mit dolomitischem
Kalk-Monohydrat auf einen pH-Wert von 12 eingestellt und mit - in der folgenden
Tabelle IX angegebenen - verschiedenen Mengen an Flugasche gemischt. Die erhaltenen
Mischungen wurden in 15,2 cm lange Rohre aus rostfreiem Stahl eines Durchmessers
von 5 cm, die an einem Ende mit einem mittels eines Gummibandes gehaltenen Nylongewebe
verschlossen waren, eingebracht. Die erhaltenen Prüflinge wurden in Aquarien bis
zu einer Höhe von 2,5 cm
in entionisiertes Wasser gestellt.
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Zu verschiedenen Zeitpunkten (vgl. Tabelle IX) wurden die Prüflinge
auf ihre Eindringbeständigkeit (bestimmt als Widerstand in kg/cm2, der zum Eindringen
eines 2 Stabes eines Querschnitts von 0,16 cm in den Prüfling bis zu einer Tiefe
von 2,54 cm erforderlich war) untersucht.
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Besonders sei darauf hingewiesen, daß einige Prüflinge, die infolge
ihres hohen Flugaschegehalts, aus feuchten, sandigen Massen bestanden, mit überschüssigem
Wasser in eine gießfähige Form gebraucht wurden.
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Tabelle IX Aus einer chemischen Anlage stammende Abfallschlämme (eingestellt
auf einen pH-Wert von 12) mit verschiedenen Mengen an Flugasche bassinfeucht Eindringbeständigkeit
in kg/cm2 nach 1 Woche 2 Wochen 4 Wochen +20 Flugasche O 0 0 +50% Flugasche O 0
0 +75% Flugasche O 0 0 +100% Flugasche 0 28 56 +125% Flugasche 16,8 28 210 +150%
Flugasche 67,2 215,6 504 Die folgenden Massen wurden mit überschüssigem Wasser in
eine gießfähige Form gebracht: +125 Flugasche 11,2 64,4 117,6 +150% Flugasche 11,2
89,6 140
Fortsetzung Tabelle IX trocken Eindringbeständigkeit in
kg/cm2 nach 1 Woche 2 Wochen 4 Wochen +20% Flugasche O 0 0 +50% Flugasche O 0 300
+75% Flugasche O O Spur +100% Flugasche O 0 42 +125% Flugasche 11,2 42 476 +150g
Flugasche 47,6 103,6 56o+ Die folgenden Massen wurden mit überschüssigem Wasser
in eine gießfähige Form gebrachtt +125 Flugasche 39,2 560+ 560+ +150% Flugasche
56 560+ 560+ beispiel 10 (Vergleichsbeispiel) Der Schlammabfall aus der Fluorwasserstoffsäure-Herstellung
hat sich, abgesehen von geringeren Mengen an Verunreinigungen, als hauptsächlich
aus CaSO4 (üblicherweise als Anhydrit bezeichnet) bestehend erwiesen. Der Feuchtigkeitsgehalt
des Schlammabfalls betrug etwa 15.
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Wie in den vorherigen Beispielen wurden Prüflinge zur Bestimmung der
Eindringbeständigkeit hergestellt und unter-.
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sucht. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle
X zusammengestellt:
Tabelle X Eindringbeständigkeit in kg/cm2nach
1 Woche 2 Wochen 4 Wochen Schlamm aus der Fluorwasser- O 0 0 stoffsäure-Herstellung+
0% Flugasche Schlamm aus der Fluorwasser- 0 0 0 stoffsäure-Herstellung+ 10% Flugasche
Schlamm aus der Fluorwasser- O 0 0 stoffsäure-Herstellung+ 20« Flugasche Schlamm
aus der Fluorwasser- 28 28 28 stoffsäure-Herstellung + 50% Flugasche Schlamm aus
der Fluorwasser- 28 84 168 stoffsäure-Herstellung + 75% Flugasche Schlamm aus der
Fluorwasser- 0 0 42 stoffsäure-Herstellung + 100% Flugasche Beispiel 11 Der selbe
Schlammabfall wie in Beispiel X (der hauptsächlich aus einem lediglich geringere.Mengen
an Verunreinigungen enthaltendem CaS04-Schlamm mit einem Wassergehalt von etwa 15%
bestand) wurde mit Flugasche und Wasser gemischt, worauf die erhaltene Mischung
zu Würfeln einer Kantenlänge von 5 cm ausgeformt wurde. Die Mischung wurde aus 1000
g Schlamm, 750 g einer typischen Steinkohlenflugasohe und 150 ml entionisiertem
Wasser hergestellt. Zum Vermischen der Aufschlämmung mit der Flugasche wurde ein
unter der Handelsbezeichnung Hobart-N-50 vertriebener Labormischer,
der
einem üblichen Küchenmischer entsprach, jedoch für Hochleistungsbetrieb ausgelegt
war, verwendet. Die erhaltene Masse wurde in würfelförmige Formen einer Kantenlänge
von 5 cm, wie sie zur Untersuchung der Druckfestigkeit von Portlandzement verwendet
werden, gestampft. Die erhaltenen Prüflinge wurden bei Druckversuchen mit unbehinderter
Seitenausdehnung zerbrochen.
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Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle XI
zusammengestellt: Tabelle XI Härtungsdauer Drtickfestieit in kg/cm2 1 Woche 53,6
2 Wochen 61,8 4 Wochen 103,3 Beispiel 12 Unter Verwendung der in Tabelle XII angegebenen
Massen wurden nach folgendem Verfahren zylindrische Körper eines Durchmessers von
10,2 cm hergestellt. In der in Beispielen 1 - 6 geschilderten Weise hergestellte
Massen aus dolomitischem alk-Nonobydrat, Flugasche und Schlamm wurden trocken mit
sortiertem dolomitischem Zuschlagstoff gemischt, worauf das erhaltene Gemisch mit
etwa 8% Wasser gründlich durchfeuchtet wurde. Die jeweilige feuchte Masse wurde
unter Verwendung eines 45,4 kg schweren Stampfers zur Verfestigung der jeweils 3
Schichten zu zylindrischen Körpern eines Durchmessers von 10,2 cm ausgeformt. Die
erhaltenen Prüflinge wurdenin verschlossene Behälter gestellt und 7 Tage lang bei
einer Temperatur von 37,8°C ausgehärtet.
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Nach dem 7-tägigen Aushärten wurden sie mit Wasser gesättigt
und
auf ihre Druckfestigkeit bei unbehinderter Seitenausdehnung untersucht. Das angewandte
Testverfahren ist in der "Specification for Fly Ash and Other Pozzolans for Use
with Lumen betitelten ASTM-Vorschrift C 593 beschrieben. Bei dem verwendeten dolomitischen
Zuschlagstoff handelte es sich um ein mit "Pennsylvania Department of Highways Specification"-Section
703 2A bezeichnetes Material.
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Tabelle XII 0,5 Schlammfeststoffe, die mit gelöschtem Festigkeit
Kalk hohen Calciumgehalts auf einen pH- in kg/cm2 Wert von 7 neutralisiert worden
waren 1% dolomitisches Kalkmonohydrat 13,4 11,5 Flugasche 87% dolomitischer Zuschlagstoff
0,5 Schlammfeststoffe, die mit gelöschtem Festigkeit Kalk hohen Calciumgehalts auf
einen pH- in kg/cm2 Wert von 12 neutralisiert worden waren 1% dolomitisches Kalk-Monohydrat
26,6 11,5% Flugasche 87% dolomitischer Zuschlagstoff 0,5% Schlammfeststoffe, die
mit dolomiti- Festigkeit schem Kalk-Monohydrat auf einen pH-Wert in kc2 von 7 neutralisiert
worden waren m 1% dolomitisches Kalk-Monohydrat 27,0 11,5 Flugasche 87g dolomitischer
Zuschlagstoff 0,5% Schlammfeststoffe, die mit dolomiti- Festigkeit schem Kalk-Monohydrat
auf einen pH-Wert in kg/cm2 von 12 neutralisiert worden waren 1% dolomitisches Kalk-Monohydrat
32,9 11,5% Flugasche 87% dolomitischer Zuschlagstoff
Beispiel 13
In der in Beispiel 12 geschilderten Weise wurden unter Verwendung des Schlammabfalls
von Beispiel 10 weitere Massen hergestellt und gehärtet. Eine Untersuchung der erhaltenen
Prüflinge ergab folgende Ergebnisse: Tabelle XIII Mischung A Flugasche 28s0 Druckfestigkeit
in kg/cm2 Sortierter Ottawa-Sand 72,0% 4,4 Mischung B 1,5% Sulfatschlamm, der mit
dolo- Druckfestigkeit in kg/cm2 mitischem Kalk-Monohydrat auf einen pH-Wert von
nber 12 einge- 34,7 stellt war Flugasche 26,5% Sortierter Ottawa-Sand 72,0 Beispiel
für die Verwendung einer Masse gemäß der Erfindung In typischer Weise kann eine
Masse aus etwa einem Teil Schlammabfall und 0,5 - 4 Teilen Flugasche in einem Kollergang
gemischt werden.
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Der erhaltenen Mischung können auch noch andere reaktionsfähige Materialien,
wie Aluminiumtrioxid, Sulfate oder Kalk, und Zuschlagstoffe wie Schotter, Kiesel,
Sand oder Erde, einverleibt werden. Ferner kann Wasser zugesetzt werden, um die
Mischung feuchter oder gar gießfähig zu machen. Diese Masse könnte dann auf der
gewünschten Fläche verteilt und und - falls in feuchtem Zustand verwendet - verfestigt
werden, um beispielsweise eine mit Asphaltbeton abdeckbare
Unterlage
zu schaffen. Eine solche "Straße" kann dann unmittelbar nach ihrer Fertigung für
den Verkehr freigegeben werden.