DE3587831T2

DE3587831T2 - Verfahren zur Abdeckung von Abfalldeponien unter Anwendung eines Fullstoffs.

Info

Publication number: DE3587831T2
Application number: DE3587831T
Authority: DE
Inventors: Kyoesti Tuutti
Original assignee: Cementa AB
Current assignee: Cementa AB
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1985-03-26
Publication date: 1995-01-12
Anticipated expiration: 2005-03-27
Also published as: DK62794A; ATE105743T1; US4731120A; SE8704111D0; FI81559C; EP0390297A2; EP0390297A3; FI851282A0; DK170700B1; SE8704111L; FI851282L; SE456407B; DK142685A; EP0157749B1; DE3581305D1; DK142685D0; EP0390297B1; FI81559B; DK169313B1; EP0157749A2

Description

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mittel bereitzustellen, wodurch Abfallmaterial, das für die Umgebung gefährlich ist, harmlos gemacht werden kann. Viele solcher Abfallmaterialien werden auf Haufen gekippt, und sollten mit einer Versiegelungsschicht bedeckt werden, um Wasser davon abzuhalten, hindurchzudringen. Um so feiner der Abfallstoff ist, um so empfänglicher wird er gegenüber Wasserauslaugverfahren, da die spezifische Oberfläche des Materials mit dem feinkörnigen Abfallstoff in großem Maß ansteigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht weiter darin, Abfallstoffe und Reststoffe, die in sehr großen Mengen produziert werden und die abgekippt werden müssen, zu verwenden und sich zunutze zu machen. Zum Beispiel erzeugt die Verbrennung von Kohle oder anderen schwefelhaltigen Brennstoffen ernsthafte Umweltprobleme in bezug auf die Versauerung, und entsprechend ist es notwendig, die Fluggase von freien Staubteilchen und anderen schädlichen Substanzen zu reinigen. Die Reststoffe, die aus solchen Reinigungsverfahren erhalten werden, sind Flugasche, Bodenasche, Entschwefelungsprodukte und Kombinationen davon. Große Mengen solcher Produkte werden abgekippt, was zu einer zusätzlichen Belastung der äußeren Umgebung führt, wenn die Produkte in extrem feinverteilter Form vorliegen und viele giftige Substanzen daraus ausgelaugt werden können. Andere Produkte, die auch abgekippt werden, sind Metallhydroxidschlamm, feiner industrieller Schlamm, Hochofenschlacke usw., und, da viele der Reststoffe chemisch instabil sind, können solche Produkte, wenn sie abgekippt werden, eine ernste Gefährdung darstellen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist es nun möglich, Zement und Flugasche zu mischen, um eine Füllung zu bilden, die sehr gute Eigenschaften zeigt. Die Flugasche wirkt als feiner Ballaststoff bei der Hydratation des Zementes und beugt einem Reißen vor, das normalerweise auftreten würde, wenn man herkömmlichen Beton als Füllstoff verwendete. Sehr gute Ergebnisse werden mit einer Mischungszusammensetzung aus 1-15 Gew.-% Zement oder Kalkmilch und 99-85 Gew.-% Flugasche erhalten. Wasser wird zu dieser Mischung in einer Menge hinzugegeben, um einen Wasserbindeindex WBN von zwischen 0,20 und 0,60 zu erhalten.
WBN = Gewicht Wasser/Gewicht Zement + Gewicht Flugasche
Der Ausdruck WBN kann alle Materialien mit einem bindenden Effekt z. B. Schlacke, Entschwefelungsprodukte, Kalkmilch etc. einschließen.
Die Konsistenz der Mischung wird durch den Wasserbindeindex gesteuert, z. B. auf die Weise, die der Mischung erlauben wird, in Hohlräume gepumpt zu werden, die mehr oder weniger leicht gefüllt werden, oder die ermöglicht, daß die Mischung in Gruben oder Löcher geschaufelt wird. Die mechanische Stärke der Mischung variiert mit der Menge an verwendetem Zement und hängt auch von dem Wasserbindeindex ab.
Unsere Füllung ist mehr als Deckschichtmaterial zum Abdecken von abgekipptem Abfall geeignet, um dem Auslaugen von giftigen oder schädlichen Substanzen daraus vorzubeugen.
Zusätzlich zu der Tatsache, daß die Füllung sich nicht absetzen wird oder Veränderungen im Volumen erleiden wird, kann sie auch bei sämtlichen Wetterbedingungen verwendet werden und leicht entfernt werden, sogar, nachdem sie für einen langen Zeitraum an Ort und Stelle gewesen ist. Zum Beispiel kann sie sehr leicht mit Hilfe eines mechanischen Grabegerätes oder sogar mit einem Spaten weggeschnitten werden.
Die mechanische Stärke der Füllung nach einem Jahr oder mehr liegt in Abhängigkeit von dem E-Modulus des Materials bei einem Maximum von 10-15 MPa. Die Füllung härtet schnell aus, nachdem sie abgelegt worden ist, und nach 18 Stunden ist der Penetrationswiderstand so hoch, daß eine Kraft von 0,3-1,0 MPa zu einer maximalen Deformation von 2-10 mm führt.
Die Füllungsbestandteile können in einem herkömmlichen Zementmischer entweder industriell zum Transport als eine pumpbare Fertigmischungsfüllung oder direkt am Arbeitsplatz in kleineren Zementmischern gemischt werden. Eine weitere Alternative besteht darin, die Bestandteile in einen Transport- oder Lastwagenmischer zu geben und die Bestandteile während des Transports zum Arbeitsplatz zu mischen.
Eine solche Füllung wird dadurch hergestellt, daß man 5-15 Gew.-% Zement mit 95-85 Gew.-% Flugasche mischt. Die Flugasche kann mit verschiedenen anderen Abfallstoffen z. B. Hochofenschlacke vermischt werden, während unterschiedliche umweltschädliche Abfallmaterialien in die Mischung gemengt werden können, z. B. solche Abfallmaterialien wie Metallhydroxidschlamm, Magerasche und andere Abfallstoffe wie Pyrit etc., das schwierig abzulagern ist. Flugasche mit einem hohen Restkohlenstoffgehalt kann trotz der Tatsache, daß solche Asche zuvor wegen ihrer geringen pozzolanischen Aktivität als nicht verwendbar angesehen wurde, auch verwendet werden.
Die Mengen, in denen die umweltschädlichen Abfallstoffe in die Füllung eingemengt werden, werden von den Umweltbehörden bestimmt, so daß das Auslaugwasser das Grundwasser nicht kontaminiert, da ein großer Zement- und Flugaschengehalt zu einer größeren Dichte oder zu einem höheren Grad der Undurchlässigkeit führt.
Das zuvor genannten Entschwefelungsprodukt umfaßt hauptsächlich eine Mehrzahl von verschiedenen Calciumsalzen und geringere Mengen an verschiedenen Verbindungen von Spurensubstanzen. Die Zusammensetzung ist direkt abhängig von der verbrannten Kohle. Das Entschwefelungsprodukt kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden, z. B. durch ein Naß Trocken-Entschwefelungsverfahren, bei dem eine Kalkmilchlösung in das Fluggas gesprüht wird, um ein trockenes Restprodukt zu ergeben. In dieser Hinsicht kann der größere Teil der Flugasche entweder vor dem Entschwefelungsverfahren abgetrennt werden oder das Verfahren begleiten und mit dem Entschwefelungsprodukt gemischt werden. Eine charakteristische Zusammensetzung der Entschwefelungsprodukte wird in Tabelle 1 unten angegeben.

TABELLE 1

Chemische Verbindung Gewichtsprozent
CaSO&sub3; · 1/2 H&sub2;O 50-80
CaSo&sub4; · 2 H&sub2;O 5-20
CaCl&sub2; · 2 H&sub2;O 1-10
Ca(OH)&sub2; 5-20
CaCO&sub3; 5-15
Das Entschwefelungsprodukt kann um Flugaschenteilchen in feinpulveriger Form mit einer Teilchengröße von 2-5 um flokkuliert werden. In Abwesenheit von Flugasche werden die Entschwefelungsprodukte agglomeriert, um Agglomerate mit einer hohen Porosität zu ergeben.
Das Problem, das mit dem Entschwefelungsprodukt verbunden ist, ist mit der Stabilität des Calciumsulfits und der Frage assoziiert, ob ein chemisch instabiles Restprodukt verwendet werden kann, ob der Oxidation vorgebeugt werden kann oder ob das Material, bevor es verwendet wird, oxidiert werden muß. Obgleich die Oxidation des Materials zu guten Ergebnissen geführt hat, ist eine Verbrennungsanlage sehr teuer und entsprechend sollte die direkte Verwendung des Produktes der Entschwefelung vorgezogen werden. Dieses kann in der Füllung bewirkt werden, und es hat sich herausgestellt, daß es ein sehr gutes Ergebnis gibt, besonders, wenn die Füllung als ein Abdeckmaterial verwendet wird. Das Entschwefelungsmaterial ist für sich selbst in der Lage, die Glasphase bei granulierter Hochofenschlacke und bei Flugasche zu aktivieren. Die Zunahme bei der Stärke des Materials wird dadurch kontrolliert, daß man Portlandzement hinzugibt, obgleich die mechanische Stärke des Materials nicht in einer chemisch stabilen Phase vorliegt. Obgleich ein überschüssiger Gehalt an Portlandzement zu einer unannehmbaren Quellreaktion führt, ist der Zement ein geeigneter Aktivator, da das Material dadurch eine innere basische Umgebung erhält, die die Oxidation des instabilen Sulfits in großem Maße verhindert. Die Stärkenwerte der Mischung sind auch ausreichend hoch, um die Diffusion von Sauerstoff in das Material feststellbar zu verhindern.
Die leicht aufgelösten Salze, die in dem Produkt der Entschwefelung enthalten sind, fördern die Aufnahme von Wasser und vermindern die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Frosteinwirkung, und eine Bedingung für die erfolgreiche Verwendung des Materials ist entsprechend, daß die Matrix mit einem weiteren stärkeren Binder versiegelt wird, oder daß ein System von Luftporen geschaffen wird, das den notwendigen Grad der Quellung liefert. Eine Mischung von Zement, Entschwefelungsprodukt, Flugasche und Schlacke ist besonders geeignet, gefährliche Betriebsabfallstoffe einzuschließen. Undurchlässige Abdeckungen für weniger gefährliche Abfallstoffe können auch aus dieser Mischung gebildet werden. Schichten aus Ton und Sand-Bentonit-Mischungen werden gegenwärtig für diesen Zweck verwendet, obgleich Beton aufgrund des Risikos der sich darin bildenden Risse vermieden werden. Besonders gute Eigenschaften sind dadurch erreicht worden, daß man die Mengen, in denen die verschiedenen Bestandteile in der Mischung vorliegen, in Übereinstimmung mit der Erfindung aufeinander abstimmt. Wenn das Produkt der Entschwefelung in größeren Mengen verwendet wird, wird das Material gegenüber Wasser empfindlich, und es besteht ein Risiko einer Quellreaktion, wenn sich das Sulfit zu dem Sulfat umwandelt. Die Verwendung einer überschüssigen Menge an Zement führt auch aufgrund der Bildung von Ettringit zu einem Quellproblem, und der maximal zulässige Schwefeltrioxidgehalt von Zement beträgt 4%. Die schädlichen Wirkungen unserer Mischung sind jedoch durch die Tatsache begrenzt, daß der Zementgehalt so gering ist, daß das gebildete Ettringit nicht in einem Ausmaß quellen wird, das Risse in dem Material verursacht. Eine geeignete Zusammensetzung unseres Füllmaterials für Erdbindezwecke ist ein Zementgehalt von 2-30 Gew.-%, eine Menge von 10-40 Gew.-% Entschwefelungsprodukt und der Rest aus einem pozzolanischen Material, das nach Kontakt mit einer vorgegebenen Substanz, z. B. einem hohen Prozentsatz an OH-Ionen, reagiert, und das sulfataktiviert sein kann. Das pozzolanische Material kann Flugasche oder granulierte Hochofenschlacke sein. Entsprechend kann eine Versiegelungsmasse gemäß der Erfindung dadurch hergestellt werden, daß man 60-90 Gew.-% Flugasche mit 10-40 Gew.-% Entschwefelungsprodukt mischt, und 80-98 Gew.-% dieser Mischung mit 2-20 Gew.-% Portlandzement gemischt werden.
Eine Abfallhalde aus Müll, Hausmüll, Kohlenasche und ähnlichem, weniger schädlichem Material kann mit einer Schicht aus einem Material bedeckt werden, das sulfataktiviert oder mit einem Zementlösungsextrakt umgesetzt sein kann, d. h. einem hohen OH-Ionengehalt wie ein Material mit einem pH von 12-14. Solche Materialien beinhalten Flugasche und granulierte Hochofenschlacke, die naß ausgetragen werden kann, und verschiedene Mischungen, die in einem trockenen Zustand ausgetragen werden müssen, wie eine Mischung von Flugasche und Entschwefelungsprodukt, und eine Mischung von Entschwefelungsprodukt und granulierte Hochofenschlacke oder Flugasche gemischt mit sowohl Schlacke als auch Entschwefelungsprodukt. Man darf dieses Material nicht reagieren lassen, bevor man es mit einer äußeren Abdeckschicht versieht. Diese äußere, harte Schicht enthält Zement in Mengen, um eine basische Reserve bereitzustellen, die ausgelaugt werden kann, bestehend aus 1-30 Gew.-% Zement und 99-70 Gew.-% Abfallmaterialien, ausgewählt aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: Flugasche, Hochofenschlacke, Entschwefelungsprodukt, Pyritmetallhydroxidschlamm oder Magerasche. Die Abfallhalde wird mit einer Deckschicht aus Erdboden oder ähnlichem bedeckt, das als ein Substrat für pflanzliches Leben, Gras, Sträucher und eventuell Bäume dient.
Wenn sich die Abfallhalde absetzt, wird keine Hohlraumbildung auftreten, es wird aber die harte äußere Hülle brechen und auf dem inneren pulverförmigen Material in größeren oder kleineren Stücken zurückbleiben. Das harte Material, das die Hülle bildet, ist von der Art, die es ihm ermöglicht, relativ leicht zu reißen und zusammenzufallen, sobald es eine Neigung zur Hohlraumbildung gibt. Die darunterliegende Pulverschicht muß auch von einer solchen Dicke sein, daß, wenn sich die Abfallhalde setzt, eine zusammenhängende Schicht ohne Unterbrechung kontinuierlich gebildet wird, wobei die Dicke in der Praxis wenigstens etwa 1 Meter ist. Wenn sich Risse gebildet haben, wird Regenwasser nach und nach durch die Risse eindringen und das darunterliegende Pulvermaterial aktivieren, was dieses dann härten läßt. Während des Durchtritts von Wasser durch die harte Schicht und durch die Risse können auch OH-Ionen ausgelaugt werden, wodurch der pH des Regenwassers ansteigt, um zusätzlich das Härten des Pulvermaterials zu aktivieren. Normalerweise sind alle Risse nach 2-3 Monaten geschlossen.
Die Erfindung leistet einen wichtigen Dienst dadurch, daß es eine wertvolle Verwendung von Abfallprodukten vorschlägt, die vorher nur ein Abfallproblem dargestellt haben.

Claims

Verfahren zur Abdeckung von Abfalldeponien, Abfallhalden und anderem, weniger schädlichen Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Deponie mit einer ersten Schicht aus trockenen Materialien bedeckt wird, die sulfataktiviert durch oder mit einem Zementlösungsextrakt umgesetzt sein können, der aus einem oder mehreren von Flugasche, Entschwefelungsprodukt, granulierter Hochofenschlacke ausgewählt wird, und wobei man das Material nicht reagieren lassen darf, bevor man eine äußere zweite Schicht mit einem basischen Reserveinhaltsstoff, der ausgelaugt werden kann, aufbringt, bestehend aus 1-30 Gew.-% Zement und 99-70 Gew.-% an Abfallstoffen, ausgewählt aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: Flugasche, Hochofenschlacke, Entschwefelungsprodukt, Pyritmetallhydroxidschlamm oder Magerasche.