DE2943655A1

DE2943655A1 - Verfahren zur behandlung von erdstoffen bzw. boeden und industrieabfaellen

Info

Publication number: DE2943655A1
Application number: DE19792943655
Authority: DE
Inventors: Eiji Shimizu
Original assignee: Nikko Engineering Co Ltd
Current assignee: Nikko Engineering Co Ltd
Priority date: 1979-08-29
Filing date: 1979-10-29
Publication date: 1981-03-12
Also published as: GB2060600A; JPS5633099A; FR2464232A1

Description

Verfahren zur Behandlung von Erdstoffen bzw. Böden und Industrieabfällen

20

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Erdstoffen bzw. Böden und Indüstrieabfällen.

Bisher wurden feste Industrieabfälle oft dadurch behandelt, daß man sie vergrub oder unter Bildung von Asche verbrannte, die beseitigt oder verwendet werden konnte. Es gibt jedoch viele Arten von Industrieabfällen, die nicht verbrennbar sind, wodurch in bezug auf ihre Beseitigung ein schwerwiegendes Problem geschaffen wird. Außerdem wird dieses Problem durch die überwachung der Umweltverschmutzung in beträchtlichem Maße vergrößert, und Verfahren zum Regenerieren von nichtverbrennbarem, festem Abfall, der auf dem Gebiet der Bautechnik anfällt, erhöhen die Bedeutung dieses Problems.

35

Aufgabe der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur

XI/rs

Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070

130011/0566

- 4 - B 9983

Behandlung von nichtverbrennbarem, festem Abfall zwecks Gewinnung von wertvollen Materialien und Vermeidung einer sekundären Umweltverschmutzung.

Durch die Erfindung soll ein Verfahren zur Behandlung von Erdstoffen bzw. Böden, insbesondere von Erdstoffen bzw. Böden, die auf dem Gebiet der Bautechnik und der Bauindustrie anfallen, zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin soll erfindungsgemäß ein Verfahren zur Be-

10 handlung von Aschen aus städtischem Abfall unter Erzielung von Formkörpern, die keine Verschmutzung der Umwelt mit Schwermetallen hervorrufen, zur Verfügung gestellt werden. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Behandlung von Abfällen, die bei der

Regenerierung von Industrieabwässern erhalten werden, sowie ein Verfahren zum Vermischen verschiedener Typen von Industrieabfallen, durch das aus den Industrieabfällen wertvolle Materialien erhalten werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung von Erdstoffen bzw. Böden und Industrieabfällen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Ausgangsmaterialien, die zur Erzielung der am besten geeigneten verdichteten Struktur verschiedene, regu-^J lierte Teilchengrößen haben, unter Zugabe von Calciumsalz vor der Zugabe von Zement und Natriumsilicat als Bindemitteln miteinander vermischt, wobei gleichzeitig die zusammengeballten bzw. agglomerierten Strukturen

der beteiligten Materialien in der Mischung beseitigt

30

werden, und das ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Materialien für eine ausreichende Vermischung über eine ausreichende Zeitdauer mittels einer mit Walzen ausgestatteten Mischvorrichtung vermischt, wobei man gleichzeitig den Wassergehalt der Mischung reguliert,

35

und daß man diese Mischung dann in einer mit Löchern zur

130011/0566

- 5 - B 9983

geeigneten Entwässerung versehenen Form unter Evakuieren formpreßt, um Formkörper mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften herzustellen.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die nachstehend angegebenen Punkte wesentlich:

1. Maximale Größe der zu verarbeitenden bzw.

zu behandelnden Teilchen: Die maximale Teilchengröße sollte einen Durchmesser von 5 cm nicht überschreiten.

Regulierung der Teilchengrößenverteilung in der Ausgangsmischung: Die zu verarbeitenden bzw. zu behandelnden Materialien sollten so vermischt werden, daß

'5 man zur Erzielung der maximalen Verdichtung in der Struktur ein optimales Mischverhältnis von Teilchen verschiedener Größe erhält, wofür als Beispiel eine Mischung von 9 Teilen grober Aschen, 2 Teilen feiner Aschen und 1 Teil Industrieabwasserschlamm genannt werden soll.

*Q Unter gewöhnlichen Umständen kann eine geformte Struktur mit ausgezeichneten Eigenschaften z. B. aus Erdstoffen bzw. Böden hergestellt werden, indem man zwei Teile sandiger Böden zu einem Teil Tonboden oder z. B. einen Teil eines sandigen Bodens zu einem halben Teil eines tonigen Bodens hinzufügt, wodurch die Permeabilität und die Dichte des Materials verbessert werden. Es ist daher offensichtlich, daß die Regulierung der Größe der Teilchen in der Mischung für das erfindungsgemäße

Verfahren wesentlich ist. 30

2. Vollständige Beseitigung der zusammengeballten

bzw. agglomerierten Strukturen in den Ausgangsmaterialien: Ton enthält im allgemeinen verschiedene Teilchen, die nicht größer als 74 μΐη sind. Diese Teilchen werden durch

Wasser bzw. durch das sie umgebende Wasser sowie durch

130011/0566

- 6 - B 9983

eine Vielzahl von Ionen physikalisch gebunden und bilden auf diese Weise die zusammengeballte bzw. agglomerierte Struktur von Erdstoffen bzw. Böden. Zement und ähnliche Bindemittel können daher nicht in die Zwischenräume der agglomerierten Strukturen der Erdstoffe bzw. Böden eintreten. Andererseits tritt Wasser leicht in die Zwischenräume der erwähnten Strukturen ein, und wenn das Wasser bis unterhalb seines Gefrierpunktes abgekühlt wird, zerstört es die agglomerierten bzw. zusammengeballten Strukturen, indem es sein Volumen um annähernd 9 % erhöht, was einem Druck von annähernd 147 bar entspricht. Ein wiederholtes Gefrieren führt dann zur vollständigen Zerstörung des geformten Produkts.

15 Die agglomerierte bzw. zusammengeballte Struktur

sollte daher vollständig zerstört werden, um geformte Produkte zu erhalten, die bei jeder Temperatur ausgezeichnete Eigenschaften haben, übliche Betonmischer sind daher für das erfindungsgemäße Verfahren nicht ge-

eignet, vielmehr sollte eine besondere Mischvorrichtung eingesetzt werden, die mit Walzen ausgestattet ist (Walzenmischer).

In der folgenden Tabelle werden Unterschiede in *5 den physikalischen Eigenschaften von Produkten gezeigt, die durch Anwendung einer üblichen Mischvorrichtung bzw. eines besonderen Walzenmischers erhalten worden sind:

130011/0566

co

CD

	Druckfestigkeit	Biege- bzw. Binde festigkeit	Stabilität während des Gefrierens
Übliche Mischvor richtung	520 N/cm*	62,8 N/cm²	zerstört
Walzen mischer	1040 N/cm²	111,8 N/cm²	stabil

-J

cn

Probe: Lehmboden aus dem Distrikt Kanto (Japan)
Verdichtungsdruck: 88,3 bar
Festigkeit: nach 28 Tagen an der Luft

ta

VO vo co U)

CO CT)

- 8 - B 9983

Die Größenverteilung für die Zerstörung der zusammengeballten bzw. agglomerierten Strukturen ist für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich.

3. Zugabe von Calciumsalzen vor der Zugabe anderer Bindemittel: Die Verfestigung bzw. das Abbinden von Zement als Bindemittel kann durch Calciumionen aus Calciumsalzen bewirkt werden. Materialien aus Industrieabfällen sowie Erdstoffe bzw. Böden enthalten jedoch im allgemeinen Verunreinigungen in Form von organischen Materialien und Schwermetallionen, so daß die Calciumionen absorbiert werden, bevor sie mit dem als Bindemittel dienenden Zement zusammenwirken können. Die Gegenwart von Schwermetallionen und organischen Materialien in der Ausgangsmischung stört demnach den Verfestigungsbzw. Abbindevorgang von Bindemitteln wie Zement. Um solche Probleme zu vermeiden, sollten vor der Zugabe von Zement oder anderen Bindemitteln 3 bis 5 Gew.-% Calciumsalze zu der Ausgangsmischung hinzugegeben wer-

den. Die Wirkung dieser vorherigen Zugabe von Calciumsalzen kann dann deutlich beobachtet werden. Danach sollten vorzugsweise 5 bis 20 % Zement und 3 bis 5 % Natriumsilicat (auf die Menge der Mischung bezogen) als Bindemittel hinzugegeben werden. Zur Herstellung

von geformten Produkten, die keine Umweltverschmutzung hervorrufen und keiner Erosion unterliegen, ist Natriumsilicat ein wichtiger Zusatzstoff.

4. Regulierung des Wassergehalts in der Mischung:

Der Wassergehalt der Mischung beeinflußt die Wirksamkeit des erfindüngsgemäßen Verfahrens und die Eigenschaften des Produkts in hohem Maße. Deshalb muß vor dem Formungsvorgang in sorgfältiger Weise ein optimaler

Wassergehalt aufrechterhalten werden, damit die maxi-

male Verdichtung und Temperaturbeständigkeit des Produkts erzielt werden. In einer Mischung von Lehmboden

130011/0566

- 9 - B 9983

aus dem Distrikt Kanto (Japan) mit Sand aus Narita (Japan) beträgt der optimale Wassergehalt in der Mischung z. B. 18 bis 24 %.

5. Bevorzugte Mischdauer: Im Falle einer Mischung von Lehmboden aus dem Distrikt Kanto und Sand aus Narita beträgt die optimale Mischdauer 15 min. Eine kürzere Mischdauer führt zu ungenügenden Mischeigenschaften, während eine längere Mischdauer dazu führt, daß sich die Bodenteilchen wieder zusammenballen bzw. wieder agglomerieren, wodurch gleichzeitig die gewünschte Dichtigkeit bzw. Verdichtung verhindert wird. Die Mischdauer sollte deshalb im optimalen Bereich gehalten werden.

6. Formpressen unter Evakuieren:

Zur Vermeidung des Effekts einer zu hohen Dichtigkeit bzw. Verdichtung sollte der Formungsvorgang unter Vakuum durchgeführt werden. Zu diesem Zv/eck wurde eine besondere Form angewandt, die mit einer Vorrichtung zum Evakuieren von in der Mischung enthaltener Luft und in der Mischung enthaltenem Wasser versehen war. Zur Erzielung der gewünschten physikalischen Eigenschaften des Produkts sollte der Verdichtungsdruck Q über einem Wert von 19,6 bar gehalten werden, und es ist eine Formungsdauer von etwa 30 bis 50 s erforderlich.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme ^ου auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine Teilquerschnittsansicht der bevorzugten Ausführungsform der im erfindungsgemäßen Verfahren einge-

setzten Form.

130011/0566

- 10 - B 9983

Fig. 2 ist ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Verfahren unter Bildung von geformten Produkten auf Erdstoffe bzw. Böden angewendet wird.

Fig. 3 ist ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Verfahren auf Aschen aus Industrieabfällen angewendet wird.

Fig. 4 ist ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Verfahren auf Industrieabwasserschlamm angewendet wird.

Fig. 1 zeigt folgendes: Die zu formenden Materialien werden fein verteilt; Calciumsalz wird hinzugegeben, und dann werden Bindemittel, in die Zement und Natrium-

silicat eingeschlossen sind, hinzugegeben. Diese

Mischung wird in die Preßform (A) eingefüllt, in die ein Filtertuch (B) und ein Filternetz (B') eingebaut sind, und in Richtung der Pfeile mittels eines Stempels (C), der mit einer Evakuierungs-Entwässerungseinrich-

25 tung (D) ausgestattet ist, gepreßt, wobei überschüssiges Wasser und Luft, die sich in der Form angesammelt haben, evakuiert bzw. herausgedrückt werden. Es sei angenerkt, daß Spaltformkörper bzw. Formkörper mit Solltrennflache, deren Herstellung nach den bekannten Verfahren schwierig

war, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren leicht aus

zerkleinerten Steinen usw. erhalten werden können, indem man in die Mittellage der in die Form eingefüllten Materialien <F) eine Folie {E) einlegt* Dies ist auf

dem technischen Gebiet von großer Bedeutung. 35

130011/0566

- 11 - B 9983

In Fig. 2 wird ein Beispiel für ein Fließdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, bei dem das Verfahren auf die Formung von Erdstoffen bzw. Böden angewendet wird. Mit 1 wird grobteiliger Lehmboden aus dem Distrikt Kanto (Japan) bezeichnet, während mit 2 aus feinen Teilchen bestehender Sand bezeichnet wird. Mit 1', 3, 4 bzw. 5 werden ein Brechwerk bzw. eine Schlagmühle, eine mit Walzen ausgestattete Mischvorrichtung, eine Evakuierungsform, wie sie im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, bzw. das erhaltene Produkt bezeichnet. Mit 6 wird ein Zementsilo und mit 7 ein Kalksilo bezeichnet. 8 stellt einen Wassertank dar.

Fig. 3 zeigt ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Verfahren auf Aschen aus Industrieabfall angewendet wird. Bei diesem Verfahren werden grobe Teilchen 1", feine Teilchen 2" und Schlamm 9 in einer mit Walzen ausgestatteten Mischvorrichtung 3 im Verhältnis 7:2:1 vermischt. Bei 6 wird gelöschter Kalk und bei 7 werden weißer Zement und Natriumsilicat hinzugegeben. Dann folgt bei 4 das Formpressen unter Evakuieren, wobei

der Wassergehalt in der Form reguliert wird. 25

Fig. 4 ist ein Beispiel für ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Verfahren auf Schlämme aus Industrieabwasser angewendet wird. Hier werden die festen Bestandteile

von einem Industrieabwasser 10 bei 11 durch ein Sedimentierungs- und Koa<julierungsverf ahren abgetrennt, während bei 12 der pH-Wert eingestellt wird. Die auf diese Weise durch die Schritte 11 und 12 erhaltenen

Schlämme werden dann zusätzlich mit Aschen aus

Industrieabfällen (nur mit groben und feinen Anteilen) vermischt, und sie werden des weiteren mit gelöschtem Kalk, Zement und Natriumsilicat vermischt. Diese

130011/0566

- 12 - B 9983

1 Mischung wird nach Regulierung des Wassergehalts in der Form 4 unter Druck geformt, wobei das Produkt 5 erhalten wird.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert. Alle Prozentzahlen und alle Angaben von Teilen beziehen sich auf das Gewicht der trockenen Materialien.

10 Beispiel 1:

1 Teil Lehmboden aus dem Distrikt Kanto wurde mit

1 Teil Meeresküstensand vermischt, und zu dieser Mischung wurden 5 % gelöschter Kalk und 15 % Zement zusammen mit Wasser hinzugegeben. Nach einer Mischdauer von 15 min wurde die Mischung in eine Blockform hineingefüllt und in der Blockform unter Vakuum 30 s lang unter einer Druckkraft von 1,18 MN formgepreßt (Verdichtungsdruck: 19,6 bar). Das auf diese Weise geformte Produkt hatte eine Druckfestigkeit von 1471 N/cm², eine Biegefestigkeit von 137 N/cm², einen Permeabilitätskoeffizienten von 4 χ 10 cm/s und einen Wasserabsorptions-Koeffizienten von 5 %. Das Produkt eignet sich daher für die Anwendung bei Materialien bzw, als Material für den Straßen-

25 bau und bei Erdwällen für Speicher- bzw. Staudämme.

Bei weiteren Testen wurde das Produkt nicht zerstört, als es wiederholten Gefriervorgangen unterzogen wurde, und es wurde auch bei Auftautesten nicht zerstört.

³⁰ Beispiel 2:

1 Teil Sand aus Narita wurde mit 1 Teil eines Schlamms mit hohem Wassergehalt, der vom Meeresgrund der Bucht

von Tokyo gewonnen worden war, vermischt. Man fügte

2 % gelöschten Kalk und 10 % Zement hinzu. Anschließend

wurde zur Beseitigung der agglomerierten bzw. zusammenge-

130011/0566

- 13 - B 9983

ballten Strukturen in ausreichendem Maße vermischt. Die auf diese Weise erhaltene Mischung wurde in eine Form, wie sie im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird, eingefüllt und dann mit einer Druckkraft von 1,18 MN unter Vakuum 90 s lang formgepreßt (Verdichtungsdruck: 19,6 bar). Das auf diese Weise erhaltene Produkt hatte eine Druckfestigkeit von mehr als 981 N/cm², und es wurde durch einen anschließend wiederholt durchgeführten Gefrier- und Auftautest nicht zerstört.

Andererseits zeigte eine Probe, die keinen gelöschten Kalk enthielt, eine Druckfestigkeit von weniger als 294 N/cm², und diese Probe zersetzte sich infolge der Absorption von Wasser innerhalb von etwa einer Stunde, als sie in Wasser eingetaucht wurde.

Beispiel 3:

1 Teil eines Erdbodens aus Kagoshima Sirasu (Japan) wurde mit 1 Teil Sand aus Narita vermischt, und 2 % gelöschter Kalk und 15 % Zement wurden zusammen mit Wasser hinzugegeben. Diese Mischung wurde dann in eine Form eingefüllt und unter einer Druckkraft von 1,18 MN unter Vakuum formgepreßt. Das auf diese Weise geformte Produkt hatte eine Biegefestigkeit von 135,7 N/cm²,

25 eine Druckfestigkeit von 961,1 N/cm² und einen

—8 Permeabilitätskoeffizienten von 2,46 χ 10 cm/s.

Es zeigte sich auch, daß das Produkt stabil war, als es 7 Zyklen eines Gefrier- und Auftautestes unterzogen

wurde. 30

Beispiel 4;

Aschen von städtischem Abfall, die 29 % Wasser enthielten (Chitose, Präfektur Tokyo, Japan) wurden mit

Industrieabwasserschlamm in einem Verhältnis von 9 Teilen grober Asche, 2 Teilen feiner Asche und

130011/0566

- 14 - B 9983

1 1 Teil Schlamm vermischt. 1 m³ dieser Mischung wurde

eingesetzt, und es wurden 131 g FeCl₃/ 333 g gelöschter Kalk, 1 % eines geruchsbeseitigenden Mittels, 10 % Zement und weitere 2 % gelöschter Kalk hinzugegeben. Nach dem Mischen der Bestandteile über eine ausreichende Zeitdauer wurde die Mischung dann in eine Form, wie sie erfindungsgemäß angewandt wird, eingefüllt und mit einer Druckkraft von 1,18 MN 30 s lang unter Vakuum formgepreßt. Das auf diese Weise erhaltene Produkt hatte eine Druckfestigkeit von 1765 N/cm* und eine Dichte von 2,3. Ein wiederholt zwischen -20 ⁰C und 30 ⁰C durchgeführter Gefrier- und Auftautest zeigte auch stabile, physikalische Eigenschaften.

15 Beispiel 5:

Industrieabfall aus einem Aufnahmebehälter für Wollwaschwasser wurde in einem Ofen behandelt_f der pro Tag eine Durchsatzleistung von 2 m³ Asche,

0,2 m³ Wollasche und 0,7 m³ sedimentierter Materialien hatte. Die vorstehend erwähnten Aschen und sedimentierten Materialien wurden in einem Verhältnis von 58:32:10 vermischt und unter einer Druckkraft von 981 kN formgepreßt. Das erhaltene Produkt hatte nach 4 Wochen

" eine Biegefestigkeit von 386,3 N/cm² und eine Druckfestigkeit von 1393,5 N/cm*.

130011/0566

Leerseite

Claims

Patentansprüche

(1 ΛVerfahren zur Behandlung von Erdstoffen bzw. Böden und Industrieabfällen, dadurch gekennzeichnet, daß man Materialien, die zur Erzielung der am besten geeigneten verdichteten Struktur verschiedene, regulierte Teilchengrößen haben, unter Zugabe von Calciumsalz vor der Zugabe von Zement und Natriumsilicat als Bindemitteln miteinander vermischt, wobei die zusammengeballten bzw. agglomerierten Strukturen in der Mischung beseitigt werden, und ferner dadurch, daß man die Materialien über eine ausreichende Zeitdauer mittels einer mit Walzen ausgestatteten Mischvorrichtung vermischt, wobei man gleichzeitig den Wassergehalt der Mischung reguliert, und daß man diese Mischung dann in einer mit Löchern zur Entwässerung versehenen Form unter Evakuieren formpreßt, um Formkörper mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften herzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper Bausteine bzw. Blocksteine sind, die man aus Erdstoffen bzw. Böden, Aschen und Industrieabfällen herstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien Industrieabwässer bzw. Industrieabwasserschlämme sind, die man behandelt,

XI/rs

Deutsche Bank (München) Klo 51/61070

13001 1/0566

um Bausteine bzw. Blocksteine herzustellen, die keine Verschmutzung der Umwelt mit Schwermetallen verursachen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Spaltbausteine oder Spaltblocksteine bzw. Bausteine oder Blocksteine mit Solltrennfläche herstellt, indem man in die Mittellage der in die Form eingefüllten Materialien eine Folie einlegt.

130011/0566