DE69017026T2

DE69017026T2 - Mineralogische umsetzung von asbestabfällen.

Info

Publication number: DE69017026T2
Application number: DE69017026T
Authority: DE
Inventors: Roger B Ek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2010-06-30
Also published as: ATE118366T1; DE69017026D1; ES2067750T3; DK0479894T3; CA2063386C; CA2063386A1; EP0479894A1; AU629968B2; WO1991000123A1; EP0479894B1; AU6038990A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die mineralogische Umwandlung von Abfallasbest in ein Nicht- Asbestprodukt.
Asbest ist ein industrielles Mineral mit einer Fasernatur und ist ein allgemein verwendeter Begriff, der Minieralien wie Chrysotil, Krokydolith, Amosit und Anthophyllit umfaßt. Alle diese Mineralien sind Hydrosilicate, die im allgemeinen Substitutionseisen, Calcium, Magnesium und Natrium in unterschiedlichen Anteilen enthalten. Chrysotil stellt etwa 95% des für industrielle und kommerzielle Zwecke verwendeten Asbestminerals und kann durch die Formel Mg&sub3;Si&sub2;O&sub5;(OH)&sub4; dargestellt werden. Krokydolith, Amosit und Anthophyllit können in gleicher Weise durch die entsprechenden Formeln Na&sub6;Fe&sub1;&sub0;Si&sub1;&sub6;O&sub4;&sub6;(OH)&sub2;, (FeMg)&sub7;Si&sub8;O&sub2;&sub2;(OH)&sub2; und Mg&sub7;Si&sub8;O&sub2;&sub2;(OH)&sub2; dargestellt werden. Es wurde über Variationen in der Mineralchemie und den physikalischen Eigenschaften von Asbest berichtet, die Veränderungen im Substitutionscalcium, Eisen, Magnesium und Natrium zuzuschreiben sind, die durch die generelle Asbestmineralformel (Na, Ca, Fe, Mg) SixOy(OH)z dargestellt werden.
Es wurden die unterschiedlichsten Versuche vorgenommen, das toxische Mineral Asbest inert zu halten. Es wurden Versuche unternommen, Asbestabfall zu zerstören allein unter Verwendung von Wärme, um die Asbestfaserchemie zu verändern, die jedoch nur begrenzten Erfolg hatten, da die Asbestfasern gemäß ihrer ureigensten Natur feuerfest sind. Beispielsweise wurde berichtet, daß Chrysotilfasern Temperaturen bis zu 1649ºC (3000ºF) über einen Zeitraum bis zu einer halben Stunde widerstanden. Da diese Technik sehr hohe Temperaturen für die Faserzerstörung erfordert, hat sich dieser Ansatz als sehr unökonomisch erwiesen.
Ein Verfahren, das reduzierte Verfahrenstemperaturen verwendet, ist in dem US-Patent Nr. 4,678,493 beschrieben. In diesem Patent wird der Asbestabfall in Glas umgewandelt (d.h. verglast), indem der Asbestabfall mit einem Schmelzbeschleuniger und Bruchglasabfall gemischt und die Mischung danach geschmolzen wurde, um eine glasartige Substanz zu bilden. Verglasungsprozesse erfordern, daß das Rohmaterial sowohl in seinen chemischen als auch seinen physikalischen Eigenschaften einigermaßen konstant bleibt. Dadurch erfordert die Umwandlung von Asbest in Glas eine enge Kontrolle der Rohmaterialzufuhr, einschließlich einer Kontrolle der Partikelgröße des Rohmaterials. Dieses Ausmaß einer Kontrolle der Behandlung von Asbestabfall ist schwierig auf ökonomische Weise aufrechtzuerhalten. Ein hauptsächlicher Grund für diese Schwierigkeit liegt darin, daß Asbestfasern traditionell nicht allein zur Erzeugung von Ofenisolationen, elektrischen Isolationen, Baumaterialien und anderen Produkten verwendet wurden. Vielmehr wurden sie mit Materialien wie Glasfasern, Calciumsilicaten, wasserlöslichen Silicaten, Portlandzementen, Tonen, Calciumsulfaten (Gips), Kalk, hypochloridgebundenen Dolomit und einer Mehrzahl anderer Komponenten kombiniert. Der gewichtsmäßige Asbestgehalt kann dadurch von 5% oder weniger bis beinahe 100% des zusammengesetzten Materials betragen.
Bedingt durch die diversen Mischungsmöglichkeiten, die den gegenwärtigen kommerziellen Anwendungen zugrundeliegen, ist es schwierig, den Verglasungsprozeß zu kontrollieren, ohne daß der Gehalt an Asbestabfall, der in den Prozeß gelangt, relativ zum Gehalt der erforderlichen Glasbildner niedrig gehalten wird. So muß beispielsweise Asbestabfall als Minimalkomponente gehalten werden, um den Einfluß von Variationen in der Chemie des Rohmaterials abzuschwächen. Alternativ dazu muß die Art des Asbestabfalls, der in den Verglasungsprozeß gelangt, kontrolliert werden, um stärkere Variationen in der Rohmaterialchemie auszuschließen. Dadurch kann die Verglasung von Asbest schwierig ökonomisch durchführbar aufrechterhalten werden.
Wegwerfverfahren für Asbestabfall in den Vereinigten Staaten bestehen typischerweise in einer Deponierung in einer Einzelstoff-Deponie, die speziell zur Aufnahme nur von Asbestabfall ausgebildet ist, oder in Gefahrstoffabfall-Deponien. Durch Deponierverbote, mit der Übergabe von Material zur Deponierung verbundenen Nachteilen und einem Entschluß der zuständigen Stellen, die Verwendung von Deponien aller Arten zu verringern, besteht ein Bedürfnis in der Fachwelt an einem Verfahren, das Asbestabfall in ein Nicht-Asbestprodukt umwandelt, ohne die Nachteile aufzuweisen, die mit den bekannten Techniken in Verbindung stehen.
Dementsprechend ist es ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei dem Asbestmineralien durch einen thermochemischen, mineralogischen Umwandlungsprozeß in ein Nicht-Asbestprodukt umgewandelt werden können.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Mineralisierungsverfahren zu schaffen, das nur geringe Anteile von Mineralisierungsmittel oder Zusätze verwendet.
Noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zum Behandeln von Asbestabfall zu schaffen, durch das das Produkt nach der Behandlung einen negativen Identifikationstestwert für Asbestfasermineralien liefert.
Kurz gesagt offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Entmineralisieren von Asbest durch die Behandlung von Asbestabfall mit einem Mineralisierungsmittel und durch Erhitzen des behandelten Asbestes über einen Zeitraum, der ausreicht, um den Asbest zu demineralisieren, wie in Anspruch 1 beschrieben. Das mineralisierende Mittel ist ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus Alkalimetallhydroxid, Alkalimetallborat, Alkalimetallsilicat, Erdalkaliborat oder Mischungen davon. Das mineralisierende Mittel kann als Befeuchtungsmittel während der Entfernung des Asbestabfalles aufgebracht werden, oder kann aufgebracht werden, nachdem der Asbest entfernt und zum Asbestbehandlungsort transportiert wurde.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems, das zum Durchführen des einen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwendet wurde.
Fig. 2 ist ein Zustandsdiagramm von Magnesiumfayalit.
Asbestabfall wird normalerweise während des Ausbaus in kleine Stücke gebrochen. Normalerweise wird ein Wasserspray aufgebracht, um die aufsteigenden Stäube zu kontrollieren, die durch den Entfernungsvorgang erzeugt werden. Das nasse Asbestmaterial wird dann in speziell für diesen Zweck entwickelten Wegwerfsäcken aus Polyethylen transportiert.
Das in dieser Weise entfernte Asbestabfallmaterial besteht aus Asbestfasern und enthält gewöhnlich andere Fasern anorganischen oder organischen Ursprungs zusammen mit anderen Materialien, wie beispielsweise Portlandzement, Gips, Gipsmörtel, Dolomit und eine Vielzahl von Silicaten. Der Begriff Asbestabfall wird nachfolgend sowohl für die oben erwähnten Asbestmischungen, als auch für alle Asbestmineralfasern, einschließlich der Mineralien Chrysotil, Amosit, Anthophyllit, Krokydolith und andere kommerzielle und industrielle Asbestmineralien verwendet, die insgesamt als Asbest bekannt sind, und umfaßt Mischungen von Asbestmineralfasern mit Zusätzen oder Matrixsubstanzen, einschließlich anorganischer und organischer Materialien.
Nachdem der Asbestabfall aus dem Einbauort entfernt wurde, wird er nachfolgend mit einem Mineralisierungsmittel behandelt. Alternativ dazu kann das Mineralisierungsmittel als Zusatz zum Wasserspray zugesetzt werden, der zur Kontrolle der Stäube während des Entfernungsvorganges eingesetzt wird.
Das Mineralisierungsmittel wirkt, indem es den Mineralisierungsprozeß beschleunigt. Das Mineralisierungsmittel hilft im Verfahren den Asbest in ein Nicht-Asbestmineral oder -produkt umzuwandeln. Das Mineralisierungsmittel enthält Alkalimetall-lösliche Silicate, wie beispielsweise Lithium-, Natrium- und Kaliumsilicate, Alkalimetallborate, Erdalkaliborate und Alkalimetallhydroxide.
Bevorzugt ist das Mineralisierungsmittel ein wasserlösliches Borat, wie beispielsweise Natriumborat oder ein wasserlösliches Silicat, wie beispielsweise Natriumsilicat. Weiterhin kann auch eine Kombination von mineralisierenden Mitteln ebenfalls verwendet werden.
Obwohl wasserlösliche Mineralisierungsmittel in der vorliegenden Erfindung am leichtesten verwendet werden können, können unlösliche Mineralisierungsmittel, einschließlich Kalziumborat, Magnesiumborat, feste Natrium- und Kalium- Silicate ebenfalls verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie mit dem Asbestabfall vor der Wärmebehandlung gleichmäßig gemischt werden.
Das Konzentrationsniveau des Mineralisierungsmittels im Asbestabfall, das erforderlich ist, die Erfindung in einem absehbaren Zeitraum und bei einer praktikablen Betriebstemperatur durchzuführen, kann in Abhängigkeit von der Art der gewünschten Behandlung ausgestaltet werden. So kann beispielsweise die erforderliche Konzentration des Mineralisierungsmittels als das geringste Konzentrationsniveau bestimmt werden, das erforderlich ist, um eine vollständige Mineralumwandlung stattfinden zu lassen, wenn eine System- Betriebstemperatur und eine System-Betriebsdauer ausgewählt werden. Das Mineralisierungsmittel wird im Bereich von 0,45 bis 27,22 kg (1 bis 60 Pfund) des Mittels pro Tonne Asbestabfall aufgebracht, in einem Anteil, der ausreicht, unter den gewünschten, für das Verfahren ausgewählten Temperatur- und Zeitparametern eine mineralogische Umwandlung stattfinden zu lassen.
Nachdem der Asbestabfall mit dem Mineralisierungsmittel behandelt wurde, kann der Flüssigkeitsgehalt des Asbestabfalls in Abhängigkeit von der gewünschten Endfeuchte reduziert oder angehoben werden. So kann beispielsweise der Feuchtegehalt reduziert werden, indem der Asbestabfall durch einen Trockner läuft. Es ist weiterhin möglich, den Asbestabfall nochmals mit einer zusätzlichen Lösung des mineralisierenden Mittels, wenn dies wünschenswert ist, um die Mittelkonzentration einzuregeln, oder mit trockenen Mineraliserungsmittelpulvern zu behandeln. In diesem Fall ist ein Mischvorgang vor der Wärmebehandlung erforderlich.
Nach der Behandlung des Asbestabfalls mit einem Mineralisierungsmittel wird der Asbestabfall auf eine Temperatur und über eine Zeitdauer erhitzt, die ausreichend ist, um die mineralische Umwandlung stattfinden zu lassen. Die Temperatur reicht von etwa 538ºC (1000ºF) bis etwa 1649ºC (3000ºF). Bei niedrigen Temperaturen wird die für die Umwandlung erforderliche Zeit zu lang für eine praktische Anwendung. Gleichermaßen werden die Kosten zur Durchführung des Verfahrens bei zu hohen Temperaturen unnötig hoch. Bevorzugt wird das Verfahren in einem Temperaturbereich von etwa 760ºC (1400ºF) bis etwa 1538ºC (2800ºF) durchgeführt.
Der Begriff einer Mineralumwandlung wird hier verwendet, um die Umwandlung von Asbestmineralien über eine feste Aggregatszustands-Reaktion in ein Produkt zu bezeichnen, das bei allgemein verwendeten Laboruntersuchungsmethoden nicht als Asbest identifizierbar ist. In der vorliegenden Erfindung findet die Mineralumwandlung von Asbest durch Feststoff- Zustands-Reaktionen statt, angetrieben durch Diffusionskinetik, Sinterung und kristallographische Veränderungen.
Feste Aggregatszustands-Reaktionen finden unterhalb der Temperatur statt, bei der Asbestmineralien schmelzen. Dadurch wird die Ausbildung einer Glasphase verhindert, die das Material veranlassen könnte, sich zusammenzuballen und die Verfahrensapparatur zu verstopfen. Es können jedoch Glasfasern, Mineralwolle und zugeordnete Glasphasenfasern als Füllmaterial im Asbestabfall vorhanden sein, und die Entglasung des Glasmaterials kann trotzdem in begrenztem Maße während der Durchführung der vorliegenden Erfindung stattfinden.
Röntgenstrahlen-Beugungs-, Durchstrahlungs-Elektronenmikroskop- und optische Mikroskoptechniken, die verwendet wurden, um Veränderungen zu analysieren, die während der Asbestmineralumwandlung auftreten, charakterisieren die Feststoff-Zustandsreaktionen der vorliegenden Erfindung als auftretend:
(1) starke fehlgeordnete Kristallstrukturen bei fortschreitender Reaktion vor Beendigung;
(2) die Anwesenheit nur kristalliner Phasen unter den Asbestmineralfasern, die in andere Mineralien umgewandelt werden;
(3) das Fehlen der Anwesenheit von Glasphasen in den anwesenden Asbestmineralien; und
(4) neu umgewandelte Mineralien mit Kristallstrukturen, die nicht in Beziehung stehen mit den ursprünglichen Asbestmineralien.
Im allgemeinen kann der Asbestabfall durch dieses Verfahren in eine unterschiedliche kristalline Struktur oder kristallographische Form umgewandelt werden. Die umgewandelte Mineralform kann eine neue chemische Zusammensetzung aufweisen, die sich nur geringfügig von der chemischen Zusammensetzung des ursprünglichen Asbestabfalls unterschiedet. Trotzdem deckt sich die Mineralogie des umgewandelten Asbestabfalls, bei Identifikationsuntersuchungen für Mineralien, speziell verwendet zur Identifikation von Asbestmineralfasern, nicht mit Asbestmineralfasern.
Wie oben erwähnt, kann die Wärmebehandlung des behandelten Asbestabfalls über einen Temperaturbereich und eine Zeitdauer ausgeführt werden, die ausreichend lang ist, um eine Mineralumwandlung stattfinden zu lassen. So findet beispielsweise eine Mineralumwandlung unter Verwendung des gleichen Mineralisierungsmittels bei einer niedrigeren Temperatur nach einer längeren Zeitdauer statt als bei einer höheren Temperatur.
Das Zeit-Temperatur-Verhältnis ist wichtig in seiner Anwendung auf aktuelle Ausgestaltungsparameter des auf dieser Erfindung basierenden Systems. So erfordert beispielsweise die geeignetste Ausgestaltung für ein spezielles Asbestumwandlungssystem die Spezifikation eines speziellen Betriebstemperaturbereichs für den behandelten Asbestabfall über eine spezielle Zeitdauer. Es ist wichtig, daß die Mineralumwandlung, unabhängig von der Anwesenheit von Matrixmaterialien stattfindet, vorausgesetzt, daß mineralisierende Mittel vorhanden und in Kontakt mit den Asbestphasern selbst sind, so daß die Umwandlung stattfinden kann.
Die Wärmebehandlung kann in einem Badofen oder einem kontinuierlichen Ofen stattfinden, der in geeigneter Weise mit einem Negativdruck-Luftbehandlungssystem ausgerüstet ist. Das Behandlungssystem sollte im allgemeinen mit einem Abgaskühlsystem und einer Gaswaschanlage ausgerüstet sein, um SOx, NOx und saures Gas, wie beispielsweise HCl zu eliminieren, die sich durch die Verbrennung organischer Bestandteile des Asbestabfalles und durch Quellen, wie beispielsweise das einschließende Packmaterial und Druckfarben bilden. Die Öfen der Wärmebehandlung können direkt oder indirekt mit fossilen Brennstoffen, Erdgas oder anderen brennbaren Gasmischungen oder durch elektrische Heizelemente befeuert werden.
Die Vorrichtung für das thermische Verfahren, einschließlich der Ausrüstung für die Reduzierung der Abfallasbestpartikelgröße, der Zufuhreinrichtung für das Mineralisierungsmittel , der Mischer und der Mischeinheiten, die zum Homogenisieren des Mittels und des Asbestabfalls verwendet werden, die Fördereinrichtung für den Wärmebehandlungsprozeß, einschließlich eines Schraubenförderers oder einer Mischtrommel, der Extrusionseinrichtung, der Trocknerkammern, der Materialzufuhrtrichter und der Trichter für das mineralisierende Material können mobil und tragbar ausgestaltet werden und mit der Eisenbahn oder durch LKWs in die Nähe der Einsatzorte gesandt werden.
Ein bevorzugtes System, das zur Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in Fig. 1 dargestellt. Asbestabfall 10 wird von einem tragbaren Sammeltrichter 15, der mit einer geeigneten Ausgabeöffnung 16 versehen ist, in den Einlaßtrichter eines Förderzwischenbunker und -schütte 18 eingegeben. Die Förderschütte kann mit einer geeigneten Luftschleuse, wie beispielsweise einem Drehschleusenventil 20 ausgerüstet sein. Das Asbestabfall- Fördermaterial kann durch einen Schredder- oder Mahlapparat 30 verkleinert werden, um eine homogene Behandlung mit dem mineralisierenden Mittel 40 zu gestatten, das durch Flüssigkeitseinspritzdüsen oder Injektionsöffnungen 42 eingefördert wird. Ein Schraubenförderer 45 wird zum Extrudieren eines im wesentlichen kontinuierlichen Stroms von Asbestabfall mit einem kontrollierten Lösungsfeuchtigkeitsgehalt in eine Trockenkammer 50 verwendet. Der Trocknungsschritt für den Abfallasbest kann in einem kontinuierlichen Schleppschraubenförderer durchgeführt werden, der mit einer beheizten Mantelkonstruktion ausgerüstet ist, oder kann wahlweise ein Bandförderer aus einer Hochtemperaturlegierung sein, der ebenso mit der Wärmebehandlungskammer 60 verbunden ist. Die mineralischen Umwandlungsprodukte, die die Wärmebehandlungskammer 60 verlassen, gelangen durch eine Luftschleuse 62 in einen Auslaß-Zwischenbunker 65. Das mineralisierte Umwandlungsprodukt kann nachfolgend in Behälter für eine weitere Verwendung ausgegeben werden.
Aus der Trockenkammer 50 und der Wärmebehandlungskammer 60 abgehende Dämpfe gelangen durch gedrosselte Auslaßkanäle 70 in einen Abgaskühler 80, wo die Abgase vor dem Eintritt in den Sauergaswäscher und Tropfenabscheider 90 gekühlt werden. Die trotzdem möglichen flüchtigen Asbestpartikel, die vom Abgas mitgerissen werden, werden in einem HEPA-Filtersystem 95 entfernt. Das blankgefilterte Abgas kann dann durch einen Schornstein 98 in die Atmosphäre abgelassen werden.
Die Qualitätskontrolle der mineralischen Umwandlungsprodukte kann beispielsweise durch Röntgenstrahlen-Beugungs-, Durchleuchtungs-Elektronenmikroskop- oder optische Mikroskopverf ahren durchgeführt werden.
Die folgenden spezifischen Beispiele werden zum Zwecke der näheren Erläuterung und nicht zum Zwecke der Beschränkung angegeben.

BEISPIEL 1

Eine siebenprozentige Lösung von Natriumboratdekahydrat (Fisher Scientific, Reagent Grade) wurde hergestellt, indem 7 Gramm des Boratsalzes in 100 ccm Leitungswasser bei 50ºC (122ºF) gelöst und dann auf 30ºC (85ºF) abgekühlt wurde.
Eine Probe langer Asbestfasern von einer elektrischen Drahtisolation wurde für die optische Mikroskopie Dispersionsangefärbt und es wurde festgestellt, daß sie 80% (Vol/Vol) Chrysotil und etwa 20% (Vol/Vol) feine Borosilicatglasfasern enthielt. Die Fasern wurden mit der Lösung aus Natriumboratdekahydrat befeuchtet, wobei keine überflüssige Flüssigkeit nach der Behandlung an den Fasern verblieb.
Die befeuchtete Probe wurde zunächst in einem Elektroofen und Tontiegel für eine Dauer von zwei Stunden auf eine Temperatur von 1093ºC (2000ºF) erhitzt. Die Probe wurde dann über zwei Stunden bei 1093ºC (2000ºF) gehalten und zwangsweise abgekühlt auf 149ºC (300ºF) über einen Zeitraum von 3 1/2 Stunden und danach aus dem Ofen genommen.
Das abgekühlte mineralische Umwandlungsprodukt wurde einer optischen Mikroskopie-/Dispersionseinfärbungs-Identifikation unterworfen. Die Probenanalyse ergab einen Asbestanteil geringer als den feststellbaren Grenzwert von 1% (Vol/Vol).

BEISPIEL 2

Es wurde eine Lösung mit 12,9 Gramm handelsüblichen Natriumsilicat (P.Q. Corp. Metso Pentabead 20) durch Lösen in 100 cm³ Leitungswasser bei 50ºC (122ºF) hergestellt und dann auf 30ºC (85ºF) abgekühlt.
Eine Probe der in Beispiel 1 beschriebenen elektrischen Fasern wurde mit der Lösung befeuchtet, wobei keine Flüssigkeit nach der Behandlung an den Fasern verblieb.
Die bef euchtete Probe wurde in einem Tontiegel angeordnet und in einem Elektroofen auf 1093ºC (2000ºF) innerhalb einer Zeitdauer von 2 Stunden aufgeheizt, dann 2 Stunden lang bei 1093ºC (2000ºF) gehalten, und anschließend zwangsweise abgekühlt über weitere 3-1/2 Stunden auf 149ºC (300ºF) und dann aus dem Ofen entnommen. Das abgekühlte Mineralumwandlungsprodukt wurde einer optischen Mikroskopier-/Dispersionsanfärbungs-Identifkation unterworfen. Die Probenanalyse ergab einen Asbestgehalt geringer als die Grenzen von 1 % (Vol/Vol).

BEISPIEL 3

Die Lösung des Beispiels 1 wurde verwendet, um die Fasern des Beispiels 1 zu behandeln. Keine zusätzliche Behandlungslölsung wurde nach dem Befeuchten an den Fasern belassen.
Die befeuchtete Probe wurde innerhalb einer Zeitdauer von 6 Stunden auf 1093ºC (2000ºF) erhitzt, dann für 1-1/2 Stunden bei 1093ºC (2000ºF) gehalten, dann über eine weitere Zeitdauer von etwa 8 Stunden auf 149ºC (300ºF) abgekühlt, und dann aus dem Ofen entnommen.
Das abgekühlte Mineralumwandlungsprodukt wurde einer Röntgenstrahlenbeugung und Röntgenstrahlenfluoreszenz unterworfen, um die in der behandelten Probe vorhandenen Mineralien zu identifizieren.
Die Ergebnisse der Untersuchung ergaben hauptsächlich Magnesiumfayalit (MgSiO&sub3; FeSiO&sub3;), das auch als Eisenmagnesiumsilicat bekannt ist, mit geringen Anteilen anderer zugeordneter Mineralien. Sehr geringe Mengen von Zink, Nickel und Schwefel wurden gemessen, es wurde jedoch kein Asbest, keine Mineralwolle oder andere Fasern entdeckt.
Die Umwandlung des Asbest in Magnesiumfayalit in diesem Beispiel findet statt in der Abwesenheit einer Flüssigphasenbildung bei 1093ºC (2000ºF). Ein Aufheizen auf etwa 1329ºC (2425ºF) kann die Bildung einer flüssigen Phase beginnen lassen, wie dies im Phasendiagramm der Fig. 2 dargestellt ist, publiziert durch Bowen et al. Am.J.Sci.. 5te Auflage, 29:164 (1935).

BEISPIEL 4

Eine Probe von Asbest-Dämmmaterialpartikeln mit einem Durchmesser von 12,7 mm (1/2 Zoll) und kleiner, bei denen festgestellt wurde, daß sie 70% (Vol/Vol) Chrysotil und 30% (Vol/Vol) Füllstoff enthält, wurde mit einer Lösung befeuchtet, die 3,94 Gramm Natriumboratdekahydrat pro 100 Gramm Leitungswasser bei 40ºC enthielt. Keine überschüssige Lösung verblieb an den Partikeln nach der Befeuchtung, und ein Brechen der größten Stücke zeigte eine gleichmäßige Durchfeuchtung der Probe. Es wurde beobachtet, daß die Lösung die Oberfläche der Partikel einschließlich der an den Partikeloberflächen anhaftenden Staubpartikel, sehr schnell befeuchtet, obwohl der Staub an der Oberfläche der Partikel dazu tendieren kann, eine Barriere gegen das Befeuchten zu bilden.
Die befeuchteten Proben wurden dann in einem Tontiegel auf 1093ºC (2000ºF) in 3-3/4 Stunden aufgeheizt, und 1 Stunde bei 1093ºC (2000ºF) gehalten, dann über eine Zeitdauer 3-1/2 Stunden abgekühlt und dann aus dem Ofen bei 149ºC (300ºF) entnommen.
Das abgekühlte Mineralumwandlungsprodukt wurde für eine optische Mikroskopie-/Dispersionsanfärbung-Identifikation vorgesehen. Die Probenanalyse ergab einen Asbestanteil unter den feststellbaren Grenzwerten von 1% (Vol/Vol). Es wurde festgestellt, daß die Probe 90% Füllstoff und 10% Glasfaser (aus der Mineralwolle) enthält.

BEISPIEL 5

Ein Teil eines Asbesthandschuhs wurde einer optischen Mikroskop-/Dispersionseinfärbungs-Identifikation unterworfen. Es wurde festegestellt, daß die Probe 30% (Vol/Vol) Chrysotil-Asbestfasern, 40% (Vol/Vol) Baumwollfasern und 30% (Vol/Vol) synthetische Fasern enthält.
Der Rest des Handschuhs, aus dem die Originalprobe entnommen wurde, wurde mit der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung aus 7 Gew.-% Natriumborat behandelt. Die Lösung wurde vor dem Aufbringen auf die Probe auf 40ºC (104ºF) aufgewärmt. Überschüssige Lösung wurde vom Handschuh entfernt, und danach wurde der Handschuh auf einem Blech aus 310-rostfreiem Stahl für eine Wärmebehandlung angeordnet.
Der Handschuh wurde über eine Zeitdauer von 4 Stunden auf 1093ºC (2000ºF) aufgeheizt, 1 Stunde lang bei 1093ºC (2000ºF) gehalten und innerhalb 4 Stunden abgekühlt und aus dem Ofen bei 149ºC (300ºF) entfernt.
Es wurde festgestellt, daß das mineralische Umwandlungsprodukt, das einer optischen Mikroskop-/Dispersionseinfärbungs-Identifkation unterworfen wurde, 100% Füllmaterial und weniger als die feststellbare Grenze von 1% (Vol/Vol) Asbest enthielt.
Eine mikroskopische Untersuchung der Umwandlungsproduktfasern zeigt, daß die Fasern während der Volumenänderungen, die mit den Mineralumwandlungsprozessen einhergehen, aufgebrochen wurden. Nur kurze, zylindrische Fasersegmente sind sichtbar. Diese Segmente zeigen radiale Risse und langgestreckte Spalten entlang der Faserachse, die den Schluß zulassen, daß das Fasersegment sich im Prozeß eines weiteren Auseinanderbrechens befindet.

BEISPIEL 6

Das folgende Beispiel erläutert die Abhängigkeit des Verfahrens von der Temperatur.
Identische, zusammengesetzte Proben wurden für alle Versuche A-H vorbereitet. Die zusammengesetzten Proben enthielten übereinstimmend 15 Teile Trockengewicht einer Asbestisolationsplatte, 3 Gewichtsteile eines gewebten Asbestkleidungsproduktes und 0,5 Gewichtsteile langer elektrischer Isolationsfasern (lose).
Alle Proben wurden in Tontiegel in einem Elektroofen erhitzt, die Proben, die auf die gleiche Temperatur erhitzt wurden, wurden zusammen zur gleichen Zeit erhitzt. Die Tabelle I enthält die Proben, die Aufheiztemperatur, ob behandelt mit Mineralisierungsmittellösungen (Proben E-H) oder ob unbehandelt (Proben A-D) als Kontrollproben. Identifkationsergebnisse aus der optischen Mikroskopierung/Dispersionseinfärbung zeigen einen Gehalt an Chrysotil- Asbest oder einen anderen Mineralgehalt.
Behandelte Proben wurden gleichmäßig mit einer Lösung befeuchtet, die auf 40ºC (104ºF) aufgewärmt war und die 4 Gramm Natriumboratdekahydrat pro 100 Teile Leitungswasser enthielt. Die Proben wurden dann vor der Behandlung 1 Stunde lang bei 43ºC (110ºF) getrocknet.
Der Ablauf des Temperaturanstieges wurde in weniger als 2 Stunden durchgeführt, dann wurde bei der vorbeschriebenen Temperatur 2 Stunden lang gehalten, dann abgekühlt auf etwa 149ºC (300ºF) und in weniger als 3 1/2 Stunden aus dem Ofen entnommen.
Wie in Tabelle I gezeigt, fand eine vol1stände Umwandlung des zusammengesetzten Asbestabfallmaterials in das Nicht- Asbest-Mineralumwandlungsprodukt bei einer Temperatur von 982ºC (1800ºF) (Probe H) statt unter Verwendung dieser Konzentration des Mineralisierungsmittels über die dargelegte Zeitdauer und die dargelegten Temperaturen. Obwohl in Probe E (649ºC oder 1200ºF), F (760ºC oder 1400ºF) oder G (871ºC oder 1600ºF) nicht stattfand, wurde entsprechend ein leichter, mäßiger und fortgeschrittener Umwandlungsgrad festgestellt. Das zeigt, daß bei niedrigeren Temperaturen und dem gleichen Anteil des Mineralisierungsmittels eine längere Aufheizzeit notwendig ist, um die vollständige Umwandlung zu erreichen. TABELLE 1 Proben-Nummer Lösungsbehandlung Umwandlungstemperatur ºC(ºF) Chrysotil-Gehalt (Bemerkungen) nein ja Chrysotil (leichte Umwandlung festgestellt) (mäßige Umwandlung festgestellt) (fortgeschrittene Umwandlung festgestellt) Füllstoff (Fasern zerkrümeln, wenn durcheinandergebracht)

BEISPIEL 7

Eine Probe aus Asbest-Wellpapier, identifiziert durch optische Mikroskopie/Dispersionseinfärbung als enthaltend 70% (Vol/Vol) Chrysotil-Asbestfasern, 20% (Vol/Vol) anderer Fasern und 10% (Vol/Vol) Füllstoffmaterial, wurde mit einer Lösung befeuchtet, die 7 Grammm Natriumboratdekahydrat und 100 cm³ Leitungswasser enthält. Die Lösungstemperatur betrug 40ºC (104ºF).
Die Probe wurde in einem Tontiegel und einem Elektroofen über 1 Stunde auf 1093ºC (2000ºF) erhitzt, dann über eine nachfolgende Zeitdauer von 3 1/2 Stunden auf 149ºC (300ºF) abgekühlt und dann herausgenommen. Eine Probenidentifizierung durch optische Mikroskopie/Dispersionsanfärbung ergab weniger als den Bestimmungsgrenzwert von 1% (Vol/Vol) Asbest und 100% (Vol/Vol) Füllstoff. Dieser Füllstoff hatte das Aussehen von Fasermaterial, zerbrach jedoch bei Berührung. Dieses Ergebnis einer zerbrechlichen Textur scheint typisch für das Zerbrechen und die Zerstörung von Faserpartikeln, die sich aus dem mineralisierendem Umwandlungsprozeß ergeben. Die zerissenen und gebrochenen Fasern widerstehen selbst den Beanspruchungen einer zarten Handhabung nicht.

BEISPIEL 8

Die Ergebnisse des mineralisierendem Umwandlungsverfahrens können durch die Röntgenstrahlen-Beugungs-Analysetechniken (XRD), und die Durchleuchtungs-Elektronenmikroskopie (TEM) mit einem Energiedispersions-Spektrometer (EDS) durch Studium der Tabelle II verstanden werden. In diesem Falle wurden alle Proben bei identischen Temperaturen (1093ºC oder 2000ºF) und identischer Zeit (1 Stunde) behandelt. Nur eine Isolationsplatte wurde mit dem mineralisierenden Mittel behandelt, während eine zusammengesetzte Probe aus Handschuhwebfasern und einer Isolationsplatte unbehandelt blieb (kein Mineralisierungsmittel), jedoch dem gleichen Zeit/Temperaturzyklus ausgesetzt war.
Die zusammengesetzte Asbestprobe nach der Behandlung wurde noch positiv durch TEM mit EDS als Chrysotil bestimmt.
Die Isolationsplatte, die mit verschiedenen Konzentrationen von Natriumboratdekyhydrat von 0,45 Gramm/100 Gramm Leitungswasser bis 3,5 Gramm/100 Gramm Leitungswasser behandelt wurde, ergab einen Negativtest auf Chrysotil-Asbest, analysiert durch XRD und TEM mit EDS. Der ursprüngliche 70% (Vol/Vol) Asbestgehalt zusammen mit Kalziumsilicat und Bestandteilen aus Mineralwollefaser wurde vollständig in Wollastonit, CaSiO&sub3;, in einer Mischung mit Kalziummagnesiumeisensilicaten, amorphen Kalziummagnesiumsilicaten, Kalzid und anderen geringfügigen kristallinen Produkten umgewandelt.
Der für die mineralische Umwandlung von Asbestabfall erforderliche Gehalt an Mineralisierungsmittel hängt ab vom Gehalt von Füllstoff im Abfall und den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Füllstoffs. So zeigt beispielsweise Natriumboratdekyhydrat akzeptable Umwandlungsergebnisse bei einer minimalen Konzentration von etwa 0,45 kg (1,0 Pfund) Natriumboratdekahydrat pro Tonne Asbestabfall. Nachdem die Zeit-Temperatur-Beziehungen in Rechnung gestellt wurden, wie sie in Beziehung stehen auf die verschiedenen Mineral-umwandlungsmechanismen und Umwandlungskinetik, wurde nur ein geringer Vorteil festgestellt, wenn die Natriumboratdekahydratkonzentrationen 25,4 kg (56 Pfund) Natriumboratdekahydrat pro Tonne Asbestabfall überstiegen. Die bevorzugte Konzentration von Natriumboratdekahydrat pro Tonne des Asbestabfalls bei Betriebstemperaturen von 871ºC (1600ºF) bis 1093ºC (2000ºF) und für eine Betriebs-Zeitdauer von 1 1/2 bis 4 Stunden, wurde zwischen 0,79 kg (1,75 Pfund) und 25,4 kg (56 Pfund) Natriumboratdekahydrat pro Tonne Asbestabfall gefunden. Nachdem die Zeit und die Temperatur ausgewählt sind, kann die optimale Mineralisierungsmittelkonzentration festgestellt werden, indem die minimale Konzentration des Mittels, die noch 100% Mineralumwandlung erzeugt, abgeschätzt wird. Es muß jedoch gesagt werden, daß ein Verringern einer Variablen, z.B. die Zeitvariable, eine Erhöhung entweder der Mineralisierungsmittelkonzentrationsvariablen und/oder der Temperaturvariablen erfordert. In diesem Sinne sind die Mineralisierungsmittelkonzentration, die Zeit und die Temperatur voneinander abhängige Variable, die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung in Betracht zu ziehen sind. TABELLE II Nummer Temp./Zeit Konzentration Material Identifikationsverfahren¹ und Ergebnisse Stunde Leitungswasser Handschuhstoff und Isolationsplatte Die TEM-Ergebnisse zeigen eine gewebte Matte von braungefärbten Fasern. Ihre chemische Zusammensetzung wurde durch EDS bestimmt und stimmt mit der von Chrystotil (MG&sub3;Si&sub2;O&sub5;(OH)&sub4;), Kalziumsilicaten aus dem Füllstoffmaterial und amorphen Fasern (von den Mineralwollefüllstoffen abstammend) überein. Unidentifizierte Phasen in eringen Anteilen sind ebenfalls vorhanden. Weiße krümelige Masse. Die TEM/EDS- Ergebnisse zeigen Wollastonit, CaSiO&sub3;, amporphe Kalzium/Magnesium-Silicate. Keine Fasern oder Phasen mit der Zusammensetzung von Chrysotil wurden festgestellt. TEM, EDS. Krümelige Masse aus weißem, blaugruunem Material. Die dominierende Phase ist Wollastonit. Ein amorphes² Kalzium/Magnesium-Eisensilicat wurde ebenfalls gefunden. Keine Fasern oder Phasen mit der Zusammensetzung von Chrysotil wurden festgestellt. TABELLE II (Fortsetzung) Stunde Leitungswasser Isolationsplatte Die dominierende Phase durch XRD ist Wollastonit, CaSiO&sub3;, mit einer kleineren, eisenreichen Phase, die Cohenit (Fe&sub3;C) enthält. Eine XRD-Analyse zeigt keine Gegenwart von Chrysotil bis zur Feststellungsgrenze von etwa 5 Gew.-%. Die TEM-Analyse bestätigt Wollastonit als dominierende Phase, mit Kalzium/Magnesiumsilicat, einschließlich amorpher Phasen, Kalzid (CaCO&sub3;). Kein Fasermaterial und kein Material mit der chemischen Zusammensetzung von Chrysotil wurde in der Probe festgestellt. ¹ Durchstrahlungs-Elektronenmikroskopie (TEM); Energiedispersions-Spektrometer (EDS); Röntgenstrahlenbeugung (XRD) ² Amorphe Phasen wurden identifiziert als glasartige Mineralwollefüllstoffe, verwendet bei der Herstellung der Isolationsplatte

BEISPIEL 9

Eine Probe aus Asbestwellpapier wurde bis zur Befeuchtung behandelt mit einer Lösung, die 7 Gramm Natriumboratdekahydrat pro 100cm³ Wasser enthält. Die Probe wurde dann im Verlauf von 2 Stunden auf 1093ºC (2000ºF) aufgeheizt und eine Stunde gehalten, nach dieser Zeit wurde die Probe aus dem Ofen entfernt und schnell auf Raumtemperatur abgekühlt, um nur eine teilweise Umwandlung des Asbests in andere Materialien zu erlauben.
Das Asbestwellpapier enthielt anfänglich 70% (Vol/Vol) Chrysotilfasern, 20% (Vol/Vol) anderer Fasern, identifiziert als Papier und 10% (Vol/Vol) Füllmaterial.
Nach der Untersuchung der Verfahrensprobe durch TEM, sah die Probe verändertem Chrysotil ähnlich. Die Probe war nicht faserig und verändert durch eine Kombination chemischer Reaktionen und hoher Temperatur. Hätte sich der Veränderungsprozeß fortgesetzt, könnte eine vollständige mineralische Umwandlung des nichfaserig veränderten Chrysotil erwartet werden.

BEISPIEL 10

Eine Probe eines gewebten Asbestfaserbekleidungsmaterials, enthaltend 30% (Vol/Vol) Chrystotil, 40% (Vol/Vol) Baumwolle und 30% (Vol/Vol) Synthetiks, wurde mit einer Lösung behandelt, die 7 Gramm Natriumboratdekahydrat pro 100 cm³ Leitungswasser enthält. Die Wärmebehandlung fand statt durch Anheben der Temperatur innerhalb von 2 Stunden auf eine Haltetemperatur von 982ºC (1800ºF) für 1 Stunde, dann wurde die Probe aus dem Ofen genommen und an Luft abgeschreckt auf Raumtemperatur innerhalb von 30 Minuten. Diese Zeit- und Temperaturgeschichte wurde verwendet, um nur teilweise bearbeitete Fasern zu produzieren, um eine Beobachtung des Verfahrens zu gestatten, wenn das Verfahren der mineralischen Umwandlung nur teilweise vollständig ist.
Eine Probe des behandelten Materials zeigte braune Fasern, die als Chrystotilasbest bestimmt wurden, durch eine Prüfung durch TEM mit EOS. Weiterhin zeigten die einzelnen Fasern bei einer 10.000- und 25.000-fachen Vergrößerung rauhe, höckrige Oberflächen im Bereich von einigen Mikrometern. Diese Textur legt eine unbeständige Entwicklung nahe. Die Fasern zeigen keine aufgesplitteten Enden noch brechen sie in submikroskopische Fasern, wie dies typisch ist für unverändertes Chrystotil. Die Röntgenstrahlenbeugungsmuster der Fasern sind schwach entwickelt und asymmetrisch, was auf eine extrem ungeordnete Kristallstruktur hindeutet. Dieses Beispiel ist typisch für Asbestfasern, die einer mineralischen Umwandlung unterworfen werden, insbesondere in bezug auf die Beobachtung einer extrem ungeordneten Kristallstruktur. Diese Resultate können erwartet werden, wenn der mineralische Umwandlungsprozeß nur teilweise vollständig ist.

BEISPIEL 11

Eine Probe Vermiculit-Roherz (Grad vier), die Tremolitasbest als Verunreinigung (d.h. weniger als 1 Gew.-%) enthält, wurde gleichmäßig durchfeuchtet mit einer Lösung, die 70 Gramm Natriumboratpentahydrat pro Liter Leitungswasser enthielt. Die Vermiculitprobe wurde in drei Teile geteilt. Der erste Teil wurde durch XRD geprüft und es wurde festgestellt, daß sie Tremolit, Vermiculit, Talkum und Kalzid enthält. Die zweite Probe wurde für eine Stunde einer Temperatur von 843ºC (1550ºF) ausgesetzt. Ein nachfolgendes XRD-Muster für diese thermisch behandelte Probe enthielt Forsterit, Wollastonit, Gehlenit, Merwinit und Augit als umgewandelte Mineralprodukte. Die dritte Probe wurde für 1 1/2 Stunden einer Temperatur von 1177ºC (2150ºF) ausgesetzt. Ein nachfolgendes XRD-Muster für diese thermisch behandelte Probe enthielt Forsterit, Wollastonit, Gehlenit, Merwinit und Augit als umgewandelte Mineralprodukte. In keiner der thermisch behandelten Proben wurde Tremolitasbest durch XRD festgestellt.

Claims

1. Verfahren für die mineralogische Umwandlung von Asbestfasern enthaltenden Asbestabfall in ein Nicht-Asbestprodukt umfassend:

Das Aufheizen des Asbestabfalls in Anwesenheit eines mineralisierenden Mittels über eine Zeitdauer, die ausreicht, die Asbestfasern in ein Nicht-Asbestinineral zu überführen, wobei die Aufheizung bei einer Temperatur von 538ºC (1000ºF) bis 1649ºC (3000ºF) jedoch unterhalb des Schmelzpunkes der Asbestfasern stattfindet, und wobei das mineralisierende Mittel ausgewählt ist aus einem Alkalimetallhydroxyd, einem Alkalimetallsilicat, einem Alkalimetallborat, einem Erdalkaliborat oder Mischungen daraus, und in einer Menge anwesend ist, die ausreicht, die Asbestfasern in das Nicht-Asbestmineral umzuwandeln, wobei die Menge zwischen 0,45 bis 47,22 kg (1 bis 60 Pfund) des mineralisierenden Mittels pro Tonne Asbestabfall liegt und wobei ferner das mineralisierende Mittel derart wirkt, daß es die Umwandlung der Asbestfasern über eine feste Aggregatszustand-Reaktion in die Nicht-Asbestmineralien fördert, ohne eine Glasphase auszubilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das mineralisierende Mittel wasserlöslich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das wasserlösliche mineralisierende Mittel ein Alkalimetallhydroxyd ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Alkalimetallhydroxyd Natriumhydroxyd ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das wasserlösliche mineralsierende Mittel ein Alkalimetallborat ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Alakalimetallborat Natriumborat ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das wasserlösliche mineralisierende Mittel ein Alkalimetallsilicat ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Alkalimetallsilicat Natriumsilicat ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das mineralisierende Mittel in Wasser unlöslich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Asbestfasern auf eine Temperatur zwischen 760ºC (1400ºF) und 1538ºC (2800ºF) erhitzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Asbestfasern auf eine Temperatur zwischen 871ºC (1600ºF) bis 1093ºC (2000ºF) erhitzt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Asbestfasern auf eine Temperatur von etwa 1093ºC (2000ºF) erhitzt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, ferner enthaltend, vor dem Verfahrensschritt des Erhitzens, das Trocknen des Asbestabfalles, um überschüssiges Wasser zu entfernen.