DE60021426T2

DE60021426T2 - Verfahren zum herstellen von glas und danach hergestelltes glas

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Publication number: DE60021426T2
Application number: DE60021426T
Authority: DE
Inventors: Martin Juul; Erling Fundal
Original assignee: RGS 90 AS
Current assignee: RGS 90 AS
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: SK285759B6; IL150008A0; WO2001042154A1; RS49758B; DE60021426D1; BG65559B1; AU1851201A; AU776548B2; JP2003516298A; EA200200541A1; PL354995A1; KR100731401B1; US20030083187A1; EP1255703A1; CN1413174A; ZA200204453B; UA74802C2; CA2393439A1; HRP20020490A2; CN1189409C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Glas von der Art mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
Die Erfindung betrifft weiter ein Glas von der Art, das auf der Basis eines Rohmaterials in Form eines Gemisches aus hauptsächlich mineralhaltigen Bestandteilen hergestellt worden ist.
Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung aus dem derart zusammengesetzten und hergestellten Glas.
Es ist dem Fachmann bekannt, dass Klärschlamm aus städtischen Kläranlagen in den meisten industrialisierten Ländern ein großes Abfallproblem darstellen. Der Klärschlamm kann beispielsweise bei einer chemischen Behandlung von Abwasser mit nachfolgender Entwässerung entstehen. Der entwässerte Klärschlamm besteht typischerweise aus 70 – 80 % Wasser, 10 – 15 % organischem Material und 10 – 15 % mineralischen Komponenten.
Klärschlamm kann in entweder nassem oder getrocknetem Zustand als Düngemittel auf landwirtschaftlichen Nutzflächen ausgebracht werden. Der Gehalt des Klärschlamms an Schwermetallen und Eisen und Aluminiumphosphaten geringer Löslichkeit kann von den pflanzlichen Erzeugnissen nicht aufgenommen werden, es besteht daher ein Risiko, dass diese Substanzen in das Grundwasser gelangen oder die Bodenstruktur zerstören.
Alternativ kann der getrocknete Klärschlamm in sehr große Deponien verbracht werden. Der Raumbedarf derartiger Deponien macht es erforderlich, dass das Gelände offen ist. Wenn der Klärschlamm Niederschlag ausgesetzt ist, wird ein möglicher Gehalt an Schwermetallen und Spurenelementen ausgewaschen und die Umgebung belasten.
Ein häufig verwendetes Verfahren zum Ablagern von Klärschlamm ist die Verbrennung des Schlamms. Dabei wird eine Asche erzeugt, die anschließend abgelagert werden muss. Die erwähnten Schwermetalle und Eisen und Aluminiumphosphate werden jetzt nur in der Asche gefunden und die Asche wird bei dem Deponieren zu denselben Auswasch- und Versickerungsproblemen wie oben erwähnt führen. Es ist hinzuzufügen, dass der Brennwert von getrocknetem Klärschlamm sehr gering ist verglichen mit dem Brennwert traditioneller Brennstoffe. Es kann als Beispiel genannt werden, dass getrockneter Klärschlamm einen Brennwert von 12 – 13 MJ/kg hat, was ungefähr die Hälfte desjenigen von Holz ist. Der geringe Brennwert bedeutet, dass getrockneter Schlamm nur sehr gelegentlich als Energiequelle benutzt wird.
Die Industrie erzeugt große Mengen von Abfallprodukten, die nur sehr selten wiederverwendet werden können und daher ein erhebliches und kostenträchtiges Deponierungsproblem darstellen.
Durch eine Wiederverwendung der genannten Abfallprodukte kann der wachsende und damit zunehmend kostenaufwendige Bedarf an Deponien reduziert werden.
Es besteht daher Bedarf an einem wirtschaftlich vorteilhaften Weg der Wiederverwendung eines großen Bereichs von Abfallstoffen um so das Erfordernis und die Anforderung an Deponien zu reduzieren ohne gleichzeitig zu deponierendes Material zu erzeugen, das für die Umwelt schädliche und gesundheitsgefährdende Substanzen beinhaltet.
Aus der EP 0 115 817 A1 ist ein Verfahren zum Wiederverwenden von bei der Herstellung von Mineralwolle entstehenden Abfallprodukten bekannt. Extrudierte Formlinge mit einem Gehalt von wenigstens 20 Gew.% an Abfallprodukten aus der Produktion von Mineralwolle und wenigstens 30 Gew.% anorganischer Tonerde werden aus einem Gemisch dieser Bestandteile hergestellt, das Gemisch hat einen Wassergehalt von vorzugsweise zwischen 10 und 18 Gew.%. Zusätzliche Abfallprodukte können diesem Gemisch bei diesem bekannten Verfahren zugeführt werden.
Es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, ein wirtschaftlich einsetzbares Glas mit großer Härte und Widerstandsfähigkeit herzustellen, in dem Klärschlamm und eine große Anzahl von Abfallprodukten der industriellen Be- und Verarbeitung verwendet werden und bei dem der Ge halt an Schlamm und Abfallprodukten an mineralhaltigen, für die Umwelt schädlichen und gesundheitsgefährdenden Substanzen für die Umwelt unzugänglich gemacht werden.
Es ist eine zweite Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Glases zu schaffen.
Diese neuen und einzigartigen Merkmale der Erfindung, durch die dieses erreicht wird, ist die Tatsache, dass die eingangs erwähnte Vorbehandlung das Erstellen einer Mischung aus mineralhaltigen Bestandteilen aus Klärschlamm von beispielsweise Kläranlagen und einer oder mehrerer anderer mineralhaltiger Abfallprodukte und/oder natürlichen Steinen, thermisches Zersetzen des Gehalts der Mischung an löslichem organischem Material durch Zugeben von Sauerstoff zur Selbstentzündung des Gemisches und Justieren des Wassergehalts der Mischung auf zwischen 30 – 35 Gew.% und vorzugsweise 27 – 33 Gew.%. Das Verfahren beinhaltet, dass die Formlinge unter zusätzlicher Energiezufuhr aus der Verbrennung eines Brennstoffs in einer Menge von maximal 10 Gew.% der Menge der zu schmelzenden Formlinge geschmolzen werden, aufweist.
Wenn eine oder mehrere mineralhaltiger Abfallprodukte und/oder natürliches Gestein einen Anteil an größeren Komponenten haben, werden diese vorzugsweise in ihrer Größe verringert, bevor diese in die Mischung gelangen, und um so eine poröse Mischung herzustellen, die einfach durchlüftet werden kann.
Wenn Sauerstoff zu einem solchen Gemisch zugegeben wird, wird das Gemisch sich selbst entzünden und der Gehalt an Fett, Proteinen und löslichen Kohlenwasserstoffen im Klärschlamm wird zu Wasser und CO₂ bei einer Temperatur von etwa 60 – 70°C zersetzt werden.
Die genannte thermische Behandlung des Gemisches von mineralhaltiger Bestandteilen wird im folgenden als Mineralisation bezeichnet. Die vollständige Zersetzung von Fetten, Proteinen und löslichen Kohlenwasserstoffen wird typischerweise in 20 – 40 Tagen abgeschlossen sein.
Durch Einstellen des Gehalts an Wasser wird das Gemisch für eine Pressung in Formlinge geeignet werden, deren Dimension bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel mehr als 60 mm beträgt.
Wenn der Wassergehalt der Formlinge größer ist als 35 Gew.%, werden die Formlinge nicht fest sein oder dazu in der Lage, eine homogene Form zu behalten. Bei einem Wassergehalt von weniger als 20 Gew.% werden Abscheidungen auftreten, die die Festigkeit der Formlinge in unzweckmäßiger Weise verringern.
Die homogenen Formlinge werden sodann komprimiert und werden in dem nachfolgenden Verbrennungsvorgang beispielsweise in einem Hochofen verwendet.
Durch Einstellend es Wassergehalts der Formlinge wie oben beschrieben, kann das nachfolgende Verfestigen der Formlinge optimal ablaufen, so dass die Formlinge eine homogene Form beibehalten. Das Verfestigen kann beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 75°C und 110°C stattfinden, bis die Formlinge einen Wassergehalt von 15 – 20 Gew.% haben.
Beispiele der vorteilhaften Bedingungen des Verfestigens sind das Verfestigen bei einer Temperatur von 110°C über drei Stunden oder ein Verfestigen bei 80°C über sechs Stunden. In beiden Fällen werden Formlinge mit einem nicht gehärteten Kern und einer gehärteten Schale gewonnen.
Durch dieses Verfestigen können nicht-hyroskopische Formlinge hergestellt werden, die eine harte Oberfläche und eine Dichte zwischen 1,2 – 1,3 g/cm₃ haben.
Aufgrund ihrer nicht-hygroskopischen Eigenschaften sind diese Formlinge sehr lagerstabil. Aufgrund ihrer ausgezeichnet harten Oberfläche können sie gewaltsamer mechanischer Behandlung widerstehen. Es ist daher möglich, die kontinuierlich hergestellten Formlinge zu lagern und ermöglichen so in vorteilhafter Weise eine Verwertung von kontinuierlich anfallendem Abfall.
Die Formlinge werden unter Oxidationsbedingungen in einem Hochofen unter Verwendung von bekannten Technologien geschmolzen, um so den gesamten Gehalt an Mineralen der Schmelze in ein Oxid zu bringen. Als Beispiel eines bekannten Verfahrens kann das Anderson-Verfahren, das aus dem US-Patent Nr. 3,729,198 bekannt ist, genannt werden, es können jedoch auch andere Schmelzverfahren verwendet werden.
Nur sehr kleine Mengen von Elementen wie Schwefel, Zink oder Chlor werden während des Schmelzens verloren, da sie als Sublimate austreten.
Die Formlinge werden bei einer Temperatur zwischen 1400 und 1500°C in ein Glas geschmolzen, die spezifische Struktur der Formlinge mit einem nicht gehärteten Kern und einer sehr harten Oberfläche bewirkt, dass die Verbrennungsvorgänge sowohl in dem Kern als auch in der Schale der Formlinge ablaufen.
Bei Formlingen mit der obigen und genau definierten Form und Dimension wird die Verbrennung auch in den Spalten zwischen den verdichteten Formlingen in dem Hochofen stattfinden.
Obwohl der Energiegehalt dieser Formlinge in Form unlöslicher organischer Materialien geringer ist als der Energiegehalt üblicher Brennstoffe, ist es möglich, die Formlinge mit einer minimalen Zugabe von zusätzlichem Brennstoff durch Steuern der Sauerstoff beinhaltenden Zuluft zu schmelzen. Der bevorzugte Brennstoff ist Koks, der bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Mengen von nicht mehr als 10 Gew.% der Menge der Formlinge, die zu schmelzen sind, verwendet wird.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens nach der Erfindung haben die Formlinge einen Energiegehalt, der ausreichend ist, um die Formlinge vollständig ohne zusätzlichen Brennstoff zu schmelzen.
Die sich ergebende Schmelze wird gekühlt, wodurch eine Schlacke gebildet wird, die sich wenigstens teilweise selbst granuliert. Diese Schlacke besteht vollständig aus Glas, häufig aufgrund des Gehalts an Eisenoxide schwarz gefärbt. Die granulierte Schlacke kann nachfolgend zerdrückt und in kleinere Körnungen geteilt werden, während die Größe von der später beabsichtigten Verwendung abhängig ist. Die geteilten Körnchen können, falls erwünscht, nach ihrer Größe fraktioniert werden, um die jeweilige Größe, die für den späteren Zweck besonders geeignet ist, zu erstellen.
Durch Wahl einer geeigneten chemischen Zusammensetzung der die mineralhaltigen Komponente, die einen Teil des Rohmaterials des Glases bilden, kann ein Glas geschaffen werden, das eine Härte von mehr als 600 hat, gemessen auf der Vickers-Härteskala.
In Übereinstimmung mit der Aufgabe der Erfindung weist das Rohmaterial neben Klärschlamm beispielsweise aus einer Kläranlage auch einen oder mehrere andere mineralhaltige Abfallprodukte der Industrie auf. Diese Abfallprodukte können beispielsweise einen Teil des Rohmaterials als die einzigen zusätzlichen mineralhaltigen Komponenten bilden.
Als eine erste Alternative zu dem obigen Gemisch kann das Rohmaterial ein Gemisch bestehend aus Klärschlamm, mineralhaltige Komponenten und natürlichem Gestein sein. Bei einem anderen, alternativen Rohmaterial kann die Mischung aus Klärschlamm und natürlichem Gestein bestehen.
Um den Anforderungen an die chemische Zusammensetzung des Glases zu entsprechen, ist es erforderlich, die chemische Zusammensetzung aller einzelnen mineralhaltigen Bestandteile zu kennen. Eine derartige Kenntnis kann bevorzugt und kostengünstig durch Analysieren der mineralhaltigen Bestandteile mittels Röntgenfluoreszenz bewirkt werden.

Das Vermischen der verschiedenen mineralhaltigen Bestandheile kann sodann auf diesen analytischen Ergebnissen basieren, so dass durch das oben beschriebene Verfahren ein Glas hergestellt werden kann, bei dem mehr als 30 Gew.% an anorganischen Komponenten von dem Klärschlamm stammen. Beispiele mineralhaltiger Abfallprodukte sind:

Fahrzeugschrott:	die leichte Fraktion bei dem Fahrzeugschredding
Hammerschlacken:	oxidische bei dem Walzen von Stahl entstehende Schlacken
Formsand:	in einer Gießerei verwendeter Formsand, einschließlich Furansand und Bentonitsand
Garnent:	bei dem Sandstrahlen verwendeter Sand vom Granattyp (Almandit, einem Silikat von Al, Fe und Mg)
Aluminiumsilikat:	verwendeter Sandstrahlsand
Korundum:	verwendeter Sandstrahlsand im wesentlichen in Form von Glas
	aus der Bodenschlacke von elektrischen Kraftwerken

Feuerfeste MgO-Steine:	feuerfeste geschmolzene Teile oder geschmolzene Steine, hauptsächlich bestehend aus Mineralperiklase (MgO)
Schamottsteine:	feuerfeste Materialien, bestehend aus Aluminiumsilikaten, Silimanit und Kaolin gemeinsam mit einer kleinen Menge von Quarz
Asche von PVC:	Füllmaterial von pyrolitischem PVC und bestehend aus Gemischen von TiO₂, CaCO₃, Kaolin (Al₂SiO₄(OH)) und Talkum (MgSiO₄(OH))
Papierabfall:	Abfallmaterialien aus der Herstellung von Papier und bestehend aus Holzfasern und mineralhaltigen Papierfüllmaterialien wie Kalk, Kaolin und Talkum

Derartige Abfallprodukte können größere Bestandteile beinhalten, die in kleinere Teile zu teilen sind, bevor diese in die Mineralisation eintreten.
Die chemische Zusammensetzung des Glases kann aus der Kenntnis der chemischen Zusammensetzung der jeweiligen mineralhaltigen Bestandteile, die einen Teil des Glases bilden und sind daher geeignet kombiniert unter Berücksichtigung einer Anzahl von chemischen Anforderungen die bedeuten, dass das Glas hart ist und sein Gehalt an Mineralen, die für die Umgebung und die Gesundheit abträglich sind, für die Umgebung unzugänglich sind.
Der Mineralgehalt des Glases ist bei dem Schmelzen in die Oxidform gebracht und die Gewichtsprozente der gebildeten Mineraloxide SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, mgO und P₂O₅ gemeinsam machen wenigstens 90 Gew.% des Glases aus, in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel machen die Mineraloxide gemeinsam wenigstens 95 Gew.% des Glases aus.
Um dem Glas, das aus der genannten chemischen Zusammensetzdung besteht, eine Härte zu geben, die größer als 600 auf der Vickers-Härteskala beträgt und in dem der Gehalt an Mineralen, die schädlich für die Umgebung und unerwünscht für die Gesundheit sind, muss das Verhältnis CaO/P₂O₅ in dem Glas weiter der Ungleichung Gew.% CaO ≥ 1,33·Gew.% P₂O₅ genügen und das Verhältnis
was im folgenden als Basizität (B_i) bezeichnet wird, muss zwischen 1,5 und 0,5 in dem Fall sein, dass (Gew.% CaO – 1,33·Gew.% P₂O₅) > O.
Um ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Eisen(III)oxid zu erhalten, muss die chemische Zusammensetzung des Glases die Bedingung, dass der Silikatmodul
zwischen 2,2 und 3,2 liegt und dass der Eisenmodul
zwischen 0,56 und 1,00 liegt.
Wenn diese Bedingung für die chemische Zusammensetzung erfüllt ist, wird das Glas eine bestimmte Dichte haben, die zwischen 2,7 und 3,1 g/cm₃, vorzugsweise zwischen 2,8 und 3,0 g/cm₃ und insbesondere bei 2,9 g/cm₃ liegt.
Wenn die obigen Bedingungen bezüglich der Mineraloxide erfüllt sind, wird ein Glas gewonnen, das hauptsächlich aus den in der unten wiedergegebenen Tabelle 1 genannten Mineraloxide besteht. Das Glas wird auch einen sehr geringen Gehalt an Spurenelementen aufweisen. Der Gehalt derartiger Spurenelemente in dem Glas ist in Tabelle 2 wiedergegeben. Diese Spurenelemente können toxisch oder krebserregend sein, sind aber für die Umwelt unzugänglich, wenn das Glas mittels des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt wird.
Ein Glas, das die obigen Anforderungen an die chemische Zusammensetzung bezüglich des Gehalts an Mineraloxiden erfüllt und das mittels des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt worden ist, kann besonders bevorzugt als Strahlmittel für das Sandblasen verwendet werden.
Alternativ kann die granulierte Schlacke abgegossen und zum Herstellen von Schlackenwolle verwendet werden.
Weiter kann das Glas in dem Fall, indem es nicht verwendet wird, als mineralhaltiges Abfallprodukt in dem Glas nach der Erfindung recycelt werden.
Mittels des Verfahrens nach der Erfindung wird ein Glas hergestellt, in dem umweltschädliche und gesundheitsgefährdende Substanzen nicht ausgewaschen werden können. Das Glas kann daher für viele Zwecke als Füllstoff verwendet werden, beispielsweise in Beton oder Asphalt.
Die vielen Arten der Verwendung des Glases nach der Erfindung und die Wiederverwendung mineralhaltiger Abfallprodukte bedeuten, dass erhebliche Mengen an teuren Rohmaterialien eingespart werden können. Zusätzlich werden die immer wachsenden Mengen an Abfallprodukten reduziert und das Erfordernis für Deponien wird erheblich eingeschränkt.
In den folgenden Beispielen von Gemischen von Rohmaterial ist der Anteil an Abfall aus der Industrie und Abfalldeponien von mehr als 95 Gew.% gegeben. Die chemische Zusammensetzung aller Arten von Abfall ist bekannt und durch Röntgenfluoreszenz bestimmt. Im Folgenden wird der Begriff Klärschlammasche für getrockneten, thermisch behandelten und entwässerten Klärschlamm verwendet. Andere mineralhaltige Bestandteile werden unter Verwendung der obigen Bezeichnungen verwendet:
Beispiel 1 (Labormaßstab)

Das Rohmaterial besteht aus einem Gemisch von 34,4 Gew.% Klärschlammasche und 1,8 Gew.% Schrot, die entzündet werden, und 23,8 Gew.% Gusssand, 4,0 Gew.% feuerfeste MgO-Steine, 5, 6 Gew.% verwendetes Al_sO₃ und 18,4 Gew.% Kalk. Das Gemisch wird auf eine Partikelgröße geringer als 0,2 mm gebrochen und in einem Platintiegel oder einem Laborofen auf 1450°C über 6 Stunden erhitzt. Das Ergebnis ist eine Schmelze, die nach dem Abschrecken in Wasser granuliert. Eine Polarisationsmikroskopie zeigt, dass die Schmelze ein schwarzes Glas ist mit einer Dichte von 3,0 g/cm₃ und eine chemische Zusammensetzung hat, wie sie in der nachfolgenden Tabelle 3 wiedergegeben ist. Tabelle 3

Mineral	Gew.% des gesamten Glasgewichts
SiO₂	43,4
Al₂O₃	14,5
Fe₂O₃	9,2
CaO	18,1
MgO	5,4
MnO₂	0,1
TiO₂	0,6
P₂O₅	7,3
K₂O	0,9
Na₂O	1,0
SrO	0,3
SO₃	0,03
Andere	--,--
Σ	100,8 Gew.%

Das so gewonnene Glas hat eine Basizität B_i = 0,32, ein Eisenmodul M_f = 0,63 und einen Siliziummodul M_s = 1,85 und genügt daher den Anforderungen bezüglich der chemischen Zusammensetzung.
Das Glas wurde bezüglich eines Auswaschens bei pH 4 beziehungsweise pH 7 realisiert. Das Auswaschen wurde mit 100 l Wasser pro Kilo Glas über 3 Stunden ausgeführt. Entsprechend einem von dem „Vandkvalitetsinstitut" (= Institut für Wasserqualität) in Dänemark normalerweise angewendeten Standardverfahren wurden Proben von beiden Auswaschungen vereint und mittels atomarer Absorptionsphotometrie und in einem Graphitofen analysiert. Die nachfolgend wiedergegebenen Auswaschergebnisse wurden erreicht:
Tabelle 4
Aus Tabelle 4 ergibt sich, dass nur eine sehr kleine Menge des ursprünglichen Gehalts an Elementen ausgewaschen wird.
Beispiel 2 (Testanlagenmaßstab)
Das Rohmaterial besteht aus einer Mischung aus 33 Gew.% Klärschlammasche, 10 Gew.% Gießereisand, 6 Gew.% Stahlgries, 4,0 Gew.% verwendete feuerfeste MgO Steine, 11 Gew.% verwendeter Granat, 20 Gew.% mineralisierter Klärschlamm, 8 Gew.% verwendeter Al_sO₃ und 8 Gew.% Kalkstein. Das Gemisch wird auf eine Partikelgröße, die kleiner als 3 mm ist, gebrochen und vollständig in einem mit Gas gefeuertem Testdrehofen bei 1490°C geschmolzen. Das Ergebnis ist eine Schmelze, die nach Abschrecken in Wasser granuliert. Das sich ergebende Glas wird getrocknet, gebrochen und auf eine Fraktion mit einer Partikelgröße von 0,4 – 1,4 mm gesiebt. Die gesiebte Fraktion wurde als Strahlmittel bei dem Sandstrahlen von 18/8-Stahl bzw. Stahl 37 verwendet. Ein entsprechender Versuch wurde durch Sandstrahlen mit Korund (HV₁₀₀ = 1800) und Aluminiumsilikat (HV₁₀₀ = 600) ausgeführt. Die Ergebnisse dieser durchgeführten Versuche werden in den beiliegenden 1 und 2 gezeigt.
1 zeigt die Ergebnisse des Sandstrahlens von 18/8 Stahl, wobei die Blasmittel Glase sind, die in Beispiel 2 hergestellt worden sind, Aluminiumsilikat bzw. Korund, und
2 zeigt das Ergebnis des Sandstrahlens von Stahl 37, wobei die Blasmittel Glase sind, die in Beispiel 2 hergestellt worden sind, Aluminiumsilikat bzw. Korund.
Aus den Fig. ergibt sich, dass Glas nach der Erfindung erheblich besser als Aluminiumsilikat und Korund zum Sandstrahlen sowohl von 17/8 Stahl und Stahl 37 unabhängig von den Blaswinkeln sind. Das Glas ist genau so gut wie Aluminiumsilikat bei dem Sandstrahlen von 17/8 Stahl. Die besten Ergebnisse werde jedoch bei Blaswinkeln etwa über 50° (Sinus 50° = 0,77) erreicht. Das Glas erweist sich als erheblich besser als Aluminiumsilikat zum Sandstrahlen von Stahl 37 unter allen geprüften Blaswinkeln.
Beispiel 3 (industrieller Maßstab)
75,5 Gew.% mineralisierter Klärschlamm, deren größte Partikelgröße nicht größer als 4 mm ist, 1,8 Gew.% Stahlsand, 11,5 Gew.% Dolomit, 7,3 verwendetes Al₂O₃ und 4 Gew.% Kalkstein werden vermischt und geformt. Der Wassergehalt in den Formsteinen beträgt 32 Gew.% und die Formsteine haben einen Brennwert von 9,5 MJ/kg. Die Formsteine werden in einem Ofen bei 110°C auf einen durchschnittlichen Wassergehalt von 20 Gew.% gehärtet. Die Formsteine werden unter Sauerstoffzufuhr in einem Hochofen bei 1490°C teilweise mit Zufuhr von Koks in der Menge von 28 Gew.% und teilweise mit einer Zufuhr von Koks von 10 Gew.% geschmolzen. Die Schmelze wird in Wasser abgeschreckt. Nach der Oxidation von 500°C zeigte eine Analyse, dass die Formlinge die in Tabelle 5 angegebene Zusammensetzung hatten:
Tabelle 5
Aus Tabelle 5 ergibt sich, dass dann, wenn eine Koksmenge von 28 Gew.% verwendet wird, Eisen und Phosphor ausschmelzen. Es ergibt sich, dass eine Kombination des Energiegehalts in 10 % Koks und der Heizwert der Formlinge selbst ausreichend ist, um die Formlinge zu schmelzen.
Beispiel 5 (Industrieller Maßstab, Prüfung der Härte und hygroskopischen Eigenschaften)
70 Gew.% mineralisierter Klärschlamm, 7,0 Gew.% Gießereisand, 1,4 Gew.% Olivinsand, 6,2 Gew.% auf eine Größe von 20 mm gebrochenes Holz, 8,7 Gew.% behandelte Getreidereste, 0,9 Gew.% verwendeter Granat und 5,5 Gew.% Kalkstein wurden vermischt und über 40 Tage mineralisiert. Der Wassergehalt der Formlinge fällt während der Mineralisiation von 56,4 Gew.% auf 39,2 Gew.%, der Pyrogasgehalt fällt von 37,3 Gew.% auf 25,8 Gew.%, der Gehalt an Aktivkohle ändert sich von 12,4 Gew.% auf 13,2 Gew.% und der Ascheanteil erhöht sich von 50,3 Gew.% auf 59,8 Gew.%. Der Heizwert der Formlinge ist von 11 MJ/kg auf 8,9 MJ/kg gefallen. Das Gemisch wird auf fünf unterschiedliche Wassergehalte, wie in Tabelle 6 angegeben, eingestellt. Das Gemisch wurde zu Formlingen mit einem Durchmesser von 60 mm gepresst und in einem belüfteten Ofen bei 110°C über 1,5 bzw. 3 Stunden gehärtet.
Tabelle 6
Aus Tabelle 6 ergibt sich, dass bei größeren Wassergehalten das mineralisierte Rohmaterial so weich wird, dass es nur mit Schwierigkeiten in der Formlingpresse behandelt werden kann. Die hergestellten Formlinge werden ungleichmäßig und können daher keinen optimalen Zustand zur Verdichtung und zur Belüftung in dem Hochofen bewirken.
5 Formlinge jeden Typs von Formlingen hatten ein Gesamtgewicht zwischen 800 und 1400 g. Jeder Typ von Formlingen wurde in einen Beutel eingebracht und wurden durch einen Falltest auf einen Steinboden analysiert. Nach 5 bzw. 10 Fallversuchen wurde das Formlingmaterial mit einem 4 mm Sieb gesiebt. Die Ergebnisse des Versuchs sind im Folgenden in Tabelle 7 gezeigt und zeigen, dass die Härtung bei einem Wassergehalt von 25 Gew.% und 35 Gew.% das beste Ergebnis zeigt.
Tabelle 7

Claims

Ein Verfahren zum Herstellen von Glas auf der Grundlage eines Rohmaterials in Form einer Mischung aus hauptsächlich mineralhaltigen Bestandteilen, bei dem das Rohmaterial nach der anfänglichen Vorbehandlung in trockene Formlinge gepresst wird, die gehärtet und anschließend in beispielsweise eine Hochofen unter Sauerstoffzufuhr geschmolzen werden und die Schmelze gekühlt und getrocknet wird, wobei das Glas mehr als 30 Gew.% aus Schlamm bestehende anorganischen Komponenten beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen einer Mischung aus mineralhaltigen Bestandteilen aus Klärschlamm mit einem Gehalt an organischem Material und einem oder mehreren anderen mineralhaltigen Abfallprodukten und/oder natürlichen Steinen, – thermisches Zersetzen des Anteils an löslichem organischem Material der Mischung durch Zugeben von Sauerstoff zur Selbst-Entzündung des Gemisches, – Einstellen des Wassergehalts des Gemisches auf zwischen 20 und 30 Gew.%, vorzugsweise zwischen 27 und 33 Gew.%, wobei die Formlinge unter zusätzlicher Energiezufuhr aus der Verbrennung eines Brennstoffs in eine Menge von maximal 10 Gew.% der Menge der zu schmelzenden Formling geschmolzen werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlinge eine Dichte von 1,2 – 1,3 g/cm³ haben.
Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlinge bei einer Temperatur zwischen 50°C und 110°C auf einen Wassergehalt von 15 – 20 Gew.% verfestigt werden.
Ein Glas von der Art, die auf der Basis eines Rohmaterials in Form eines Gemisches von hauptsächlich mineralhaltigen Bestandteilen, wobei die mineralhaltigen Bestandteile Schlamm von beispielsweise Kläranlagen und einer oder mehrere andere mineralinhaltigen Abfallprodukten und/oder natürlichen Steinen erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas mehr als 30 Gew.% anorganische Bestandteile des Schlamms beinhaltet.
Ein Glas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mineralische Anteil in dem Glas in oxidischer Form vorliegt und dass die Gewichtsprozente der mineralischen Oxide Siliziumdioxid (SiO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Eisen(III)oxid (Fe₂O₃), Kalziumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO) und Phosphorpentoxid (P₂O₅) gemeinsam wenigstens 90 Gew.% des Glases bilden.
Ein Glas nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gewichtsprozente des mineralischen Oxids Kalziumoxid zu Phosphorpentoxid in dem Glas durch die folgende Ungleichung bestimmt wird Gew.% CaO ≥ 1,33·Gew.% P₂O₅
Ein Glas nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsprozente der mineralischen Oxide Kalziumoxid, Phosphorpentoxid und Magnesiumoxid in dem Glas sich zu den Gewichtsprozenten des Siliziumdioxide in dem Glas so gewählt ist, dass die Beziehung
zwischen 0,15 und 0,5 beträgt.
Ein Glas nach einem der Ansprüche 5 – 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gewichtsprozente der mineralischen Oxide Eisen(III)oxid zu Aluminiumoxid in dem Glas zwischen 0,56 und 1,00 beträgt und dass das Verhältnis der Gewichtsprozente des Siliziumdioxides zu denen des Aluminiumoxids in dem Glas zwischen 2,2 und 3,2 beträgt.
Ein Glas nach einem der Ansprüche 5 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Dichte des Glases zwischen 2,7 und 3,1 g/cm³, vorzugsweise zwischen 2,8 und 3,0 g/cm³ und insbesondere 2,9 g/cm³, beträgt.
Ein Glas nach einem der Ansprüche 5 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas eine Härte von HV₁₀₀ ≥ 600 hat.
Verwendung des Glases nach einem der Ansprüche 5 – 10, wobei das Glas gesiebt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das gesiebte Glas zum Sandstrahlen verwendet wird.