Elektrodynamisch fragmentierte und recyclierte Puzzolane für zementäre Bindemittel
01.07.2015 bis 30.06.2017
Dyckerhoff GmbH
Zement ist weltweit das wichtigste Bindemittel zur Errichtung zuverlässiger, dauerhafter und umweltfreundlicher Betonbauteile und –werke. Der jährliche Zementverbrauch lag 2013 bei etwa 4 Mrd. t und wird in den kommenden Jahren, insbesondere in den Schwellenländern, weiter steigen. Daher kommt der umweltverträglichen Zementherstellung eine enorme globale Bedeutung zu.
Dyckerhoff hat diese Bedeutung erkannt und reagiert seit Jahren z. B. durch den Einsatz von alternativen Roh- und Brennstoffen oder durch Entwicklung leistungsfähiger Bindemittel mit reduziertem Klinkeranteil auf diese Herausforderung. Die Erfahrung zeigt aber, dass die Verfügbarkeit qualitativ hochwertiger Hüttensande oder Flugaschen, welche dem Zement zur Reduzierung des Klinkeranteils zugemahlen werden, starken Schwankungen unterliegt. Die Verfügbarkeit natürlicher Puzzolane als Zumahlstoff ist regional unterschiedlich und begrenzt. Daher stellt die potentielle Verwendung synthetischer Puzzolane aus den Schlacken der überall im Bundesgebiet vorhandenen Müllverbrennungsanlagen eine wichtige Ergänzung zur Versorgung mit ressourcenschonender Ersatzrohstoffen oder Zumahlstoffen dar. Gleichzeitig werden die Schlackendeponien entlastet und ein wesentlicher Beitrag zur Umsetzung des Kreislaufwirtschaftsgesetzes (KrWG) geleistet. Dies ist wichtig in Anbetracht dessen, dass bei dem derzeitigen Schlacken-Aufkommen die Deponien nur noch für die nächsten 20 Jahre reichen werden. Deshalb wird nach technischen Lösungen gesucht, um das Schlackenvolumen zu verringern, bzw. die vorhandenen Deponien rückzubauen im Sinne von "Urban Mining". Eine potentielle Lösung bietet die Technologie der elektrodynamischen Fragmentierung, mit der Verbundmaterialien selektiv aufgetrennt werden können. Diese Technologie soll in diesem Projekt angewendet werden, um aus Müllverbrennungsaschen den hydraulischen Schlackeanteil effizient zu selektieren und im Baubereich der Wiederverwertung zuzuführen.
Wilhelm Dyckerhoff Institut
Forschung Bindemittel & Beton
Dyckerhoffstraße 7, 65203 Wiesbaden
Dipl.-Ing. Chem. (FH) Sabine Mutke
T: +49-611-6761744 | F: +49-611-6761720
sabine.mutke(at)dyckerhoff.com
13N13483
Durch den Bedarfes an Zement für den Bausektor in Deutschland und des mit der Herstellung dieses Bindemittels verbundenen hohen Energieverbrauches kommt umweltverträglichen Produktionstechniken eine hohe Bedeutung zu. Dyckerhoff ist daher bestrebt, über die verstärkte Nutzung von Zumahlstoffen den Klinkerfaktor zu reduzieren. Dies bewirkt eine Senkung von Energieverbrauch und CO2-Emissionen. Dabei wird stets nach weiteren Alternativen zu den bereits eingesetzten Zumahlstoffen Hüttensand, Flugasche, Trass und Kalksteinmehl gesucht. Die durch elektrodynamische Fragmentierung aufbereitete Schlackekomponente aus Hausmüllverbrennungsaschen (MVA) stellt eine interessante Alternative dar.
Aufgabe dieses Teilvorhabens ist es, die von den Projektpartnern zur Verfügung gestellten Schlackekomponenten auf ihre Eignung als Zumahlstoff zu prüfen und ihren Einsatz als Bindemittelkomponen-te zu erforschen. Fällt die Eignungsprüfung negativ aus, kann als Alternative der Einsatz als Gesteinskörnung oder als Sekundärrohstoff in Betracht gezogen werden. Zentraler Punkt ist die sinnvolle Verwertung der separierten Schlackekomponente in Baustoffen, um die Menge zu deponierender MVA weitestgehend zu reduzieren und bei der Bindemittel-Produktion Ressourcen und Energie zu sparen.
Die puzzolanischen Eigenschaften von MVA-Schlacken sind schon länger bekannt. Es gab bereits einige Ansätze, das Material als Zumahlstoff oder Gesteinskörnung zu verwenden. Die mangelhafte Aufbereitungstechnik hat jedoch zu Problemen geführt, die die Umsetzung in die Praxis behindert haben. Nicht abgeschiedenes Glas führt zur Alkali-Kieselsäurereaktion (AKR) und metallisches Aluminium zur Bildung von Wasserstoffgas, wodurch in beiden Fällen Betonschäden entstehen. Die in diesem Vorhaben genutzte elektrodynamische Fragmentierung soll eine sortenreine Separation der Einzelkomponenten und die Verwendung der Schlackekomponente ohne das Risiko der oben beschriebenen Schadensreaktionen möglich machen.
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Technische Anlagen und Vertrieb
Steinmühlenweg 5, 65439 Flörsheim-Wicker
Dipl.-Ing. Ingrid Bachmann
T: +49-6145-92601310 | F: +49-6145-92604011
13N13484
In dem Forschungsvorhaben wird u.a. die bautechnische und analytische Veränderung von HMV-Schlacken nach elektrodynamischer Fragmentierung untersucht. Es sollen zum einen darüber Erkenntnisse gewonnen werden, wie sich HMV-Schlacken nach Anwendung des Verfahrens zur elektrodynamischen Fragmentierung in der Körnungsstruktur verändern und welche Auswirkungen dies in Bezug auf die Einsatzmöglichkeit von HMV-Schlacken als Baustoff hat. Die Ergebnisse finden Eingang in der Qualitätssicherung beim Einbau von Schlacken in Deponieabdichtungssystemen sowie in anderen Baumaßnahmen.
Die Untersuchungsergebnisse sollen Auskunft darüber geben, ob es möglich ist durch den Einsatz von HMV-Schlacke nach elektrodynamischer Fragmentierung die Substitution natürlicher Rohstoffe zu stabilisieren und dadurch einen essentiellen Beitrag zur Ressourcenschonung zu leisten.
Zum anderen soll das Forschungsvorhaben Auskunft darüber geben, ob ein solches Verfahren grundsätzlich geeignet ist, in der Aufbereitung von HMV-Schlacke eingesetzt zu werden. Hier sind sowohl die technischen Komponenten zu betrachten als auch die Wirtschaftlichkeit, die von Art und Menge der Rückgewinnung von Metallen abhängt. Eine Grundlage des Vorhabens stellt die Lieferung und Qualitätssicherung der HMVSchlacken dar.
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Fraunhofer Gesellschaft
Institut für Bauphysik
Fraunhoferstraße 10, 83626 Valley
Dr. rer. nat. Volker Thome
T: +49-8024-643623 | F: +49-8024-643366
volker.thome(at)ibp.fraunhofer.de
13N13485
Aufbereitung und Bewertung von elektrodynamisch fragmentierten MVA-Schlacken
Das Ziel des Teilvorhabens am IBP ist es aus MVA-Schlacken die Schmelzprodukte mittels einer elektrodynamischen Fragmentierung selektiv freizulegen und zu separieren, um sie einer Verwertung im Baubereich verfügbar zu machen. Dazu ist es erforderlich, dass möglichst alle Störstoffe, wie Metalle, Inertstoffe (Glas, Keramik, Steine) und vor allem Chloride und Sulfate von den Schmelzprodukten entfernt werden. Dieses Problem ist bislang der Hauptgrund, weshalb MVA-Schlacken nur auf der Deponie als Baustoff eingesetzt werden dürfen. Das Fraunhofer IBP ist in diesem Projekt verantwortlich für die Bereitstellung, Aufarbeitung und Analyse der fragmentierten Produkte. Aufgrund der teilkristallinen und heterogenen Zusammensetzung der Schmelzprodukte ist speziell für diese Materialien ein Auswerteverfahren mithilfe der Röntgenbeugungsanalyse zu entwickeln. In Laborversuchen sollen grundlegende Erkenntnisse zur Entstehung von Schmelzprodukten in MVA-Schlacken gewonnen werden.
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