Untersuchungen zur Verwertung und Beseitigung industrieller mineralischer Reststoffe aus der Rauchgasreinigung - dynamische Brennversuche im halbtechnischen Maßstab
Creators: name: Schmidt, Rainer
Publisher: name: Universitäts- und Landesbibliothek Sachsen-Anhalt
Year: 2000
Subjects: Elektronische Publikation
Hochschulschrift

description: In der Rauchgasreinigung verschiedener industrieller Prozesse der thermischen Abfallbeseitigung oder Energiegewinnung fallen große Mengen mineralischer Reststoffe an (mit Inkrafttreten des KrW-/AbfG ist der Begriff Reststoffe durch die Formulierungen "Abfälle zur Verwertung" bzw. "Abfälle zur Beseitigung" ersetzt worden). Je nach Belastung dieser Reststoffe wird in dieser Arbeit entweder eine Inertisierung (hoch- bis mittelbelastete Abfälle) oder eine Verwertung in der Bindemittelproduktion (niedrigbelastete Abfälle) verfolgt. Bei Filterstäuben und Reaktionsprodukten aus der Rauchgasreinigung thermischer Abfallbeseitigungs-anlagen handelt es sich in der Regel um hoch- bis mittelbelastete Produkte, die besonders über-wachungsbedürftig sind (Schwermetallgehalte, leicht lösliche Chloride und Sulfate, organische Sub-stanzen wie Dioxine und Furane). Falls stofflich nicht verwertbar, sind sie in weitgehend umweltneutrale Abfälle umzuwandeln, die dann entsorgt werden müssen. Hierbei werden zur Zeit verschiedene Wege der Beseitigung oder Verwertung beschritten. In dieser Arbeit soll ein neuer Ansatz zur Immobilisierung dieser Abfälle untersucht werden. Die theoretische Grundlage der Arbeiten ist das Konzept der "Inneren Barriere". Es ermöglicht eine Verringerung des Auslaugverhaltens von Reststoffen durch Bildung von stabilen Verbindungen. Die Wirkung beruht auf dem Prinzip der kristallchemischen Fixierung von Schadstoffkationen und -anionen in sogenannten "Speichermineralen". Diese entstehen entweder durch thermische Behandlung (primäre Speicherminerale wie Apatite) oder durch hydraulische Reaktion (sekundäre Speicherminerale wie Ettringit und Calciumaluminathydroxisalze). Zur primären Speichermineralbildung sind Temperaturen um 800°C erforderlich. Dieses Konzept wurde am Lehrstuhl für Mineralogie der Universität Erlangen-Nürnberg entwickelt. Die Leistungsfähigkeit wurde im Labormaßstab an verschiedenen Reststoffen unter Beweis gestellt. In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Chemiemaschinenbau und Apparatetechnik sollte im Rahmen dieses Projektes die Umsetzung in einen technischen Prozeß erfolgen. Hierzu wurde eine Drehrohr-ofenanlage im Technikumsmaßstab konstruiert, um ein realitätsnahes kontinuierliches Verfahren zu si-mulieren. Durch Variation verschiedener Versuchsparameter (Sintertemperatur, Ofenatmosphäre, Reaktionszeit) wurde die Prozeßführung untersucht und optimiert. Die Bewertung erfolgte u.a. durch Kontrolle des Reaktionsumsatzes mittels Pulverdiffraktometrie, durch analytische Methoden zur Untersuchung der Schwermetallfixierung (Aufstellung von Massenbilanzen) und durch Untersuchung des Elutions-verhaltens. Die Verwertung von niedrig belasteten Abfällen als Sekundärrohstoff in der Bindemittelproduktion stellt den zweiten Teil des Vorhabens dar. Ein hierfür ungenütztes Potential bieten Braunkohlenflugaschen, die zur Zeit größtenteils deponiert oder zur Verfüllung ehemaliger Tagebaugruben eingesetzt werden. Der Gesamtchemismus dieser Aschen eignet sich zur Herstellung von Sulfoaluminatzementen auf Basis der hydraulisch aktiven Verbindungen Ye´elimit Ca4(Al6O12)(SO4) und Larnit Ca2SiO4. Um das Verwendungspotential des produzierten Bindemittels zu charakterisieren, wurden die zement-technischen Eigenschaften (Hydratationsverlauf, mechanische Kennwerte) untersucht. Zur Kontrolle des Klinkers wurde eine Routine zur quantitativen röntgenographischen Phasenanalyse mit der Rietveld-Methode entwickelt.
description: Flue gas purification of industrial processes, like refuse incineration and energy production, leads to great amounts of mostly inorganic, mineral byproducts. Depending on the pollution of this products different strategies of treatment or use are worked out in this project. On the one hand immobilization/stabilization of highly polluted byproducts is the interest of investigation, on the other hand utilization of lower polluted byproducts as secondary raw material in cement production is aimed. The resulting flue gas cleaning products of refuse incineration plants have to be specially supervised because of the high content of heavy metals, easily soluble chlorides and sulphates and harmful organic substances like dioxine and furane. Due to environmental protection the disposal of these byproducts should be ecologically responsible. At present several strategies of treatment and waste management are applied. In this work the new concept of the "internal barrier", developed at the Department of Mineralogy (Friedrich-Alexander University Erlangen), is realized. It is based on the fixation and incorporation of hazardous materials in mineral phases ("storage minerals"). Waste products are changed into stable material by the change of the phase composition. This will be achieved by a two step process. In the first step thermal treatment (temperatures about 800°C) leads to primary mineral reservoirs (like Apatite-structures) and to hydraulic phases. These hydraulic materials react in the second step at disposal site with H2O and CO2 to the secondary mineral reservoirs (like Calciumaluminatehydrates). Using different gas purification byproducts it has been shown that this concept is working in laboratory scale. In Co-work with the Department of Apparatus and Chemical Machinery this concept was transformed in a technical process by realizing an electrical heated rotary kiln pilot-plant. The process was optimized by variation of different parameters (reaction temperature, atmosphere, reaction time). Success of immobilization was controlled by analytical methods (leaching tests, determination of fractional conversion by XRD etc.). The utilization of lower polluted industrial wastes as secondary raw material in cement production was from interest in the second part of this work. Since several decades coal fly ash is used in the cement industry because of its pozzuolanic properties. About 2/3 of it is used as admixture in concrete. On the other side the utilization of lignite fly ash still is a problem due to varying composition depending on its origin. Additionally it can obtain an excess proportion of free lime which is leading to non desired expansion effects. At present lignite fly ash is mainly dumped or used to refill open cast lignite mines. The chemical composition of some lignite fly ashes is ideal to produce a Calcium Sulphoaluminate Cement consisting of the hydraulic phases Ye´elimite Ca4(Al6O12)(SO4) and Larnite ß-Ca2SiO4. The limiting parameters for clinker production were investigated. The technical properties of the resulting cement were determined (mechanical characteristics, hydration) to show the possibilities of its use.