RED-MUD BASED MATERIAL FOR THE CONSTRUCTION OF ROADWAY COVERINGS

Abstract: 1. A material based on red mud for the construction of road covering, wherein the red mud contains gel-like aluminium hydroxide and alkali metal salts, both components being formed with an at least partial neutralization of the alkalis contained in the red mud.

Description: Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist Material auf Rotschlammbasis, seine Verwendung beim Strassendeckenbau sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Die Herstellung eines Materials auf der Basis von Rotschlamm zur Verwendung als Füller in bituminösen Massen für den Strassenbau ist bekannt, z.B. aus der DE-PS 18 05 829. Gemäss dieser Patentschrift ist der Rotschlamm für den vorstehenden Zweck dann besonders geeignet, wenn er vor der Abtrennung von der Restaluminatlaugt mit 3 bis 10 Gew.-%, als CaO berechnet und bezogen auf den trockenen Rotschlamm, Kalk in Form von gebranntem oder gelöschtem Kalk versetzt wird. Der abfiltrierte Rotschlamm wird dann in üblicher Weise getrocknet und vermahlen. Ergänzend zum Stand der Technik wird noch auf die DE-PS 23 06 145 verwiesen, die ein Zusatz zum gattungsbildenden Patent 18 05 829 ist, in der durch ein vorteilhaftes Trocknungsverfahren, nämlich die Zerstäubungstrocknung, die Dosierbarkeit dieses bekannten Füllstoffes, auch als Rotfüller bezeichnet, verbessert wird. Ein Hinweis zur Aufbereitung des Rotschlamms unter Gelbildung kann diesen Druckschriften nicht entnommen werden. überraschenderweise hat sich nunmehr gezeigt, dass ein Füller auf Rotschlammbasis für Strassendecken weit besser und wirtschaftlicher hergestellt werden kann, wenn die im Rotschlamm enthaltenen Alkalien unter Bildung von gelförmigem Aluminiumhydroxid ganz oder teilweise neutralisiert werden und das gebildete Umsetzungsprodukt getrocknet und anschliessend vermahlen wird. Werden auch die in Form von Natriumaluminiumsilikaten im Rotschlamm enthaltenen Alkalien neutralisiert, so wird neben dem Aluminiumhydroxid gleichzeitig gelförmiges Siliziumdioxid gebildet. In nicht vorhersehbarer Weise ist der Aluminiumhydroxidgel enthaltende Füller für Strassendecken sehr gut geeignet. Das Endprodukt ist staubfrei. Die Herstellungsweise ist einfach und billig. Der beim Bayer-Aufschluss als Abfallprodukt anfallende Rotschlamm ( Bauxitrückstand ) enthält in Abhängigkeit vom Waschprozess bis zu 1,5 Gew.-% Alkali ( ber. als NaOH ) in Form von wasserlöslichem Natriumaluminat und 3 bis 13 Gew.-% Alkalien in Form von Natriumaluminiumsilikat ( Na20.Al203.2SiO2 ). ). Bei der Neutralisation wird das Natriumaluminiumsilikat unter Ausscheidung von gelförmigem SiO2, gelförmigem Al(OH) 3 und dem entsprechenden Natriumsalz zersetzt. Als Neutralisationsmittel werden hierbei vorteilhafterweise saure Aluminiumsalze eingesetzt, insbesondere Aluminiumchlorid. Die Verwendung dieses Salzes ist wegen der zusätzlichen Bildung von gelförmigem Al(OH) 3 von besonderem Vorteil. Anstelle von Aluminiumchlorid können selbstverständlich auch andere Aluminiumsalze eingesetzt werden, etwa Aluminiumsulfat und Aluminiumnitrat. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens wird darin gesehen, dass zur Neutralisation auch Säuren, gegebenenfalls billige Abfallsäuren, eingesetzt werden können, insbesondere Salzsäure, Schwefelsäure oder Gemische dieser Säuren. Der Rotschlamm wird bei dem neuen Verfahren zweckmässigerweise filterfeucht verwendet, also mit einem Restwassergehalt von etwa 35 bis 50 Gew.-%. In diesem Zustand besitzt der Rotschlamm eine pastenförmige Konsistenz. Das Aluminiumsalz wird zweckmässigerweise in gelöster Form in den Rotschlamm eingearbeitet. Bei Aufhebung der Schereinwirkung erstarrt die Rotschlammsuspension zu einem Gel. Nach Trocknung des Gels, z.B. in einem Drehtrommeltrockner bei Temperaturen oberhalb 1000C, liegt ein stückiges Gut vor, das nach Abkühlung auf eine Korngrösse von < 1 mm vermahlen wird. Das Mahlprodukt ist nicht hygroskopisch, gut rieselfähig und zeigt ein sehr gutes Bindungsvermögen mit Bitumen oder Asphalt. Durch Zugabe von höheren Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Heizöl oder Diesel öl, vor der Vermahlung zum Trockengut kann das Bindungsvermögen des Füllers noch erhöht werden. Die Menge des Neutralisationsmittels ist nach oben durch den Alkaliengehalt des Rotschlammes begrenzt. Sie wird zweckmässigerweise jeweils auf die gewünschte Gelkonsistenz abgestellt. In diesem Zusammenhang muss es weiterhin als überraschend bezeichnet werden, dass der vorstehende Füller auf Rotschlammbasis bei Zugabe von frosthemmenden Mitteln, insbesondere Natriumchlorid, einen ausgezeichneten frosthemmenden Zuschlagstoff für den Strassenbau ergibt. Dabei ist es wesentlich, dass die im Rotschlamm enthaltenen Alkalien erst nach Zugabe des frosthemmenden Mittels neutralisiert werden. In nicht vorhersehbarer Weise verzögert nämlich das Aluminiumhydroxidgel auf dem frosthemmenden Zuschlagstoff den Zutritt des Wassers zu dem frosthemmenden Mittel und damit seine vorzeitige Auflösung, so dass der Zusatz kostspieliger Hydrophobierungsmittel entfällt. Die Chancen für den praktischen Einsatz frosthemmender Mittel im Strassenbau haben sich damit wesentlich erhöht. Die Verwendung von Aluminiumchlorid als Neutralisationsmittel ist wegen der gleichzeitigen Bildung von gelförmigem Al(OH) 3 und Natriumchlorid von besonderem Vorteil, da das Chlorid als frosthemmender Zusatz bereits im Rotschlamm vorhanden ist. Ausserdem wird auf diese Weise der Gelanteil erhöht. Bei Zugabe von festem Natriumchlorid verflüssigt sich der Rotschlamm, so dass sich das saure Aluminiumsalz in gelöster oder fester Form leicht in die Rotschlammsuspension einarbeiten lässt, die bei Aufhebung der Schereinwirkung zu einem Gel er starrt. Die Menge des zugesetzten kristallinen Natriumchlorids beträgt etwa das 2- bis 3-fache des Rotschlammes, bezogen auf Trockenrückstand des Rotschlammes. Die Menge des Neutralisationsmittels ist nach oben durch den Alkaliengehalt des Rotschlammes begrenzt. Sie wird zweckmässigerweise jeweils auf die gewünschte Gelkonsistenz abgestellt. Anhand der nachstehenden Beispiele wird der Erfindungsgegenstand noch erläutert: Beispiel 1 Ausgangsstoff ist ein filterfeuchter Rotschlamm mit einem Wassergehalt von 46,3 % und einem Gesamt-Na20-Anteil von 6,1% ( bezogen auf Trockengewicht ). 1,1 z Na20 liegen in Form von löslichem Natriumaluminat und 4,9 % Na20 als unlösliches Natriumaluminiumsilikat vor. 2000 kg obigen Rotschlammes wurden einer intensiven Rührbehandlung unterworfen, dabei entstand eine flüssige Maische. In diese Maische wurden 45 kg AlCl3 in Form von 20 %iger Lösung zugesetzt. Nach 5 Min. Kontaktzeit bildete sich eine Paste, die in einem Trommeltrockner bei einer Temperatur von 1450C ohne Anbackungserscheinungen getrocknet wurde. Dem Trocknungsgut wurden anschliessend 5 % Dieselöl zugemischt und auf eine Korngrösse < 1 mm vermahlen. Der Dieselölzusatz beeinflusste nicht die guten Mahleigenschaften des Trockengutes. Es wurde ein nichtstäubendes Produkt mit sehr guten Füllereigenschaften erhalten. Beispiel 2 1000 kg Rotschlamm nach Beispiel 1 wurden in einem Zwangsmischer hohen Scherkräften ausgesetzt, wobei eine flüssige Maische entstand. Der Maische wurden 45 kg H2SO4 in Form 40 %iger Schwefelsäure zugemischt. Unter Wärmeentwicklung trat nach 4 Min. eine Verfestigung zu einem pastenförmigen Material ein. Die Paste wurde in einem Trommeltrockner bei einer Temperatur von 1400C getrocknet, wobei im Trockner selbst keine Verbackungen eintraten. Das Trockengut liess sich nach Zugabe von 5 % Dieselöl ohne Staubentwicklung auf eine Korngrösse C 1 mm gut vermahlen. Das Produkt wies einen pH-Wert von 6,0 auf und zeigte hervorragende Füllereigenschaften bei Einsatz im Strassenbau. Beispiel 3 Ausgangspunkt ist ein Rotschlamm mit einem Wassergehalt von 42 % und einem Na2O-Gehalt von 6,1 % ( bezogen auf Trockengewicht ). 1,1 % Na20 liegen als Natriumaluminat und 5 % Na2 0 in Form von Natriumaluminiumsilikat vor. 100 kg dieses Rotschlammes werden mit 100 kg Kochsalz innig vermischt; es entsteht eine flüssige Maische. In diese Maische werden 20 kg Aluminiumchloridlösung ( entsprechend 4,7 kg AlCl3 ) eingemischt. Unter Wärmeentwicklung bildet sich eine Paste, die ohne Anbackungen in einem Trommeltrockner bei 1300C getrocknet werden kann. Das Trockengut ist nicht hygroskopisch und zeigt bei der Vermahlung auf eine Korngrösse ( l mm gute Mahleigenschaften. Werden dem Trockengut vor der Mahlung 5 % Dieselöl zugesetzt, so wird die Staubbildung herabgesetzt, wobei die Mahleigenschaften nicht verschlechtert werden. Beispiel 4 100 kg Rotschlamm nach Beispiel 3 werden nach Zusatz von 100 kg Kochsalz einer Mischbehandlung unterworfen, wobei ein Flüssiggemisch entsteht. In die Maische werden 10 kg HCl 36 %ig eingemischt. Unter Wärmeentwicklung tritt eine Verfestigung zu einer stichfesten Masse ein. Das Reaktionsprodukt wird in einem Trommeltrockner bei 1400C getrocknet und nach Zugabe von 6 % leichtem Heizöl auf eine Korngrösse < 1 mm vermahlen. Das Trockengut lässt sich in Mischung mit leichtem Heizöl bei geringer Staubbildung sehr gut vermahlen. Abschliessend wird noch erwähnt, dass ein nach den Beispielen hergestellter Zuschlagstoff in einer bituminösen Strassendecke etwa 4 bis 5 % betragen sollte. Es kann dann mit der gewünschten Gefrierpunktserniedrigung des Oberflächenwassers gerechnet werden.

Claims: Material auf Rotschlammbasis für den Strassendeckenbau Patentansprüche: 1. Material auf Rotschlammbasis für den Strassendeckenbau, dadurch gekennzeichnedass der Rotschlamm gelförmiges Aluminiumhydroxid enthält, das bei mindestens teilweiser Neutralisation der im Rot schlamm enthaltenen Alkalien entstanden ist. 2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotschlamm zusätzlich gelförmiges Siliziumdioxid enthält. 3. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rot schlamm gelförmiges Aluminiumhydroxid enthält, das bei der Neutralisation der im Rot schlamm in Form von Natriumaluminat enthaltenen gelösten Alkalien entstanden ist. 4. Material nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotschlamm gelförmige Hydroxide enthält, die bei der Neutralisation der im Rot schlamm in Form von Natriumaluminat enthaltenen gelösten Alkalien und der in Form von Natrium aluminiumsilikat enthaltenen ungelösten Alkalien entstanden sind. 5. Material nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotschlamm zusätzlich ein frosthemmendes Mittel, insbesondere Natriumchlorid, enthält. 6. Material nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Korngrösse < 1 mm aufweist. 7. Material nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an die Körner höhere Kohlenwasserstoffe angelagert sind. 8. Material nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an die Körner Dieselöl angelagert ist. 9. Verfahren zur Herstellung eines Materials nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 6 bis 8, , dadurch gekennzeichnet, dass a) dem Rot schlamm unter Rühren ein Mittel zur Neu tralisation der im Rotschlamm enthaltenen Alkalien zugegeben wird, b) das bei der Neutralisation gebildete Gel getrocknet und anschliessend vermahlen wird. 10. Verfahren zur Herstellung eines Materials nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass a) Rotschlamm mit einem frosthemmenden Mittel, insbesondere Natriumchlorid versetzt wird, dass b) zu dieser Mischung unter Rühren ein Mittel zur Neutra lisation der im Rot schlamm enthaltenen Alkalien zugegeben wird, c) das bei der Neutralisation gebildete Gel getrocknet und anschliessend vermahlen wird. 11. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die im Rotschlamm in Form von Natriumaluminat gelösten Alkalien neutralisiert werden. 12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die im Rotschlamm in Form von Natriumaluminiumsilikat enthaltenen Alkalien neutra lisiert werden. x. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, dass die Neutralisation mit einem sauren Aluminiumsalz durchgeführt wird, insbesondere mit Aluminiumchlorid und/oder Aluminiumsulfat. 14. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, dass die eutralisation mit einer anorganischen Säure, insbesondere Salzsäure oder Schwefelsoure durch geführt wird. 15. Verfahren nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Neutralisation mit einer Mischung aus einem sauren Aluminiumsalz und einer anorganischen Saure durchgefbhrt wird. 16. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Rotschlamm mit einer Restfeuchte von etwa 35 bis 50 Gew. % eingesetzt wird. 17. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 16, dadurch gekenn- zeichnet, dass dem getrockneten Material vor der Vermahlung ein höherer Rohlenwasserstoff zugesetzt wird. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichet, dass dem getrockneten Material vor der Vermahlung Dieselöl zugesetzt wird. 19. Verwendung des Materials nach den Ansprüchen 1 bis L und 6 bis 8 Dls Füller. 20. Verwendung des Naterials nach den Ansprüchen 1 bis 8 als frosthemmender Zuschlagstoff.

Inventors: BAYER, GERHARD, SIEGMUND, WERNER, ING. (GRAD.)
Applicants: ALCOA CHEMIE GMBH, MANNESMANN AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: E01C7
IPC codes: E01C11, C04B18, E01C7