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Dokumentenidentifikation DE19500447A1 11.07.1996
Titel Verfahren zur Herstellung eines feinstmehligen Trockentones insbesondere zur Verwendung als Rauchgasschadstoffadsorbens sowie als Deponieabdichtungsmaterial
Anmelder Schlandt, Walter, Dipl.-Ing., 76534 Baden-Baden, DE
Erfinder Schlandt, Walter, Dipl.-Ing., 76534 Baden-Baden, DE
DE-Anmeldedatum 10.01.1995
DE-Aktenzeichen 19500447
Offenlegungstag 11.07.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.07.1996
IPC-Hauptklasse C04B 14/10
IPC-Nebenklasse C04B 20/02   C04B 18/00   B01D 53/02   C02F 1/28   B22F 7/00   C09K 3/10   C09K 17/02   B09B 1/00   E02B 3/16   E02D 31/00   
IPC additional class // B09B 1/00  
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines feinstmehligen Deponieabdichtungsmaterials unter Verwendung von Rauchgasabwärme, wobei schrittweise durch mechanische, chemische, hydraulische, pneumatische und thermische Verfahrensschritte der Tonteilchendurchmesser bis in den Mikro-Nanometer-Grenzbereich verringert wird, um durch provozierte Maximierung der Tongitterdefekte, die erzielbare Adsorptions- und/oder Chemosorptionsreaktivität des Tones während dem Trocknen im schadstoffbeladenen Rauchgas sowie im späteren Einsatz in der Deponieabdichtung zu optimieren und gleichzeitig dessen Wasserdurchlässigkeit zu minimieren.

Beschreibung[de]

Ein Ziel dieser Patentanmeldung ist es, dem wohl ältesten Werkstoff des Menschen dem Ton, aus ökologisch neuer Sicht für den zukünftigen Bedarf unserer Gesellschaft und zum Schutze unserer Umwelt, auf Grund verbesserter Eigenschaften nun auch neue Einsatzmärkte zu erschließen. Dabei sollen vor allem bei kleinstmöglichem mittleren Partikeldurchmesser im Mikro-Nanometer-Grenzbereich, die durch Kristallgitterdefekte resultierenden Kräfte aktiviert und ökologisch relevante Eigenschaften feinstmehligen Trockentons zur Anwendung gebracht werden. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei auch vor allem den Eigenschaften tonmineralhaltiger Werkstoffe, die früher für keramische Anwendungen von geringerer Bedeutung waren, die aber im vorbeugenden und schadensbegrenzenden Umweltschutz zukünftig besondere Bedeutung erhalten. In einer Zeit gesteigerten Energiebewußtseins, zunehmender Rohstoffverknappung, eindeutig erkennbarer antropogen verursachter Vegetationsschädigungen und Klimabedrohungen, ist es an der Zeit durch neue Verfahrenstechniken solche Werkstoffe zu entwickeln, die ein wirkungsvolles Gegensteuern der uns beeinträchtigenden Faktoren ermöglichen. Dabei gilt es vor allem, den in der Umwelt-Verfahrenstechnik hauptsächlich genutzten fällenden Eigenschaften des Kalkes, die gegensätzlich kolloidal-verstoffwechselnd wirkenden Eigenschaften feinstzerteilter Tonpartikel als zukunftsweisende Alternative zur Seite zu stellen. Eine ökologisch bewußtere Verfahrenstechnik sollte deshalb von Fall zu Fall differenzierter unterscheiden, welche Alternative für die Natur und uns Menschen am verträglichsten ist.

Die für den Umweltschutz wichtigen Eigenschaften feinstmehligen Trokkentons sind vor allem der Sorptions-, der Diffussions- und der Durchlässigkeitsbeiwert, die letztendlich alle von der Tonmineralteilchengröße abhängig sind. Hier also muß zuerst optimiert werden. Dabei gilt: Die Wasserdurchlässigkeit eines Tones ist umgekehrt proportional dem Kubus des mittleren Partikeldurchmessers multipliziert mit dem sogenannten Durchlässigkeitsbeiwert (k), der von der Natur des Tonminerals abhängig ist. Je kleiner die einzelnen Tonpartikel aufbereitet werden können, desto wasserundurchlässiger wird dieselbe Tonqualität.

W = k · 1/r³

Mit Hilfe von OH--Ionen gelingt ein Aufspalten des paketartig in Kristallgitterstrukturen gebündelten Tonminerals, wobei die spezifische Oberfläche/Gewichtseinheit entscheidend vergrößert werden kann. Umso leichter erfolgt auch eine weitgehende Benetzung der Tonteilchenoberflächen, die Hydratationserscheinungen sowie eine vom pH-Wert abhängige Kationen- oder Anionenaustauschkapazität vor allen an den ungesättigten Valenzen an den Kristallgitterenden, die sogenannten Kristallgitterdefekte.

Die durch Zerkleinerungen resultierenden Kristallgitterdefekte rufen auf den Tonmineraloberflächen eine negative Oberflächenladung hervor, die geeignet ist makromolekulare organische Stoffe mit verschiedenartigsten sauren oder alkalisch wirkenden Radikalgruppen eluatbeständig anzulagern. Diese Anlagerungen, z. B. Huminstoffe oder Polyacrylate diversifizieren und vervielfachen gleichzeitig die einbindenden und verstoffwechselnden Eigenschaften des Tones signifikant.

Der schwerelos schwebende Zustand feinster Tonteilchen in wäßrigkolloidaler Phase aber auch die im heißen Rauchgas gewichtlos turbulent durchwirbelnd trocknenden Tonschlickertröpfchen im Mikro-Nanometer-Grenzbereich vermögen auf ihrer großen spezifischen Oberfläche verschiedenartigste Schadstoffe so zu Fixieren oder zu Verstoffwechseln, daß ein späteres Auslaugen oder Eluieren nicht mehr erfolgt, die Umweltbeeinträchtigungen von Schadstoffen dadurch aufgehoben werden können.

Die im Deponiebau neben der Wasserundurchlässigkeit weiterhin entscheiden Eigenschaften sind die Sorption eines Tonminerals und die Diffusion des Tonminerals, die aber in Abhängigkeit stehen zum Versatz, bzw. dem zu beurteilenden Körnungsgemisch. Beide Eigenschaften werden mit fallendem Tonteilchenradius und steigender Packungsdichte der Körnung optimiert, auf den Deponiebau bezogen.

Kaolinit, als Hauptbestandteil von Deponietonqualitäten kommt in Form von kleinen, dünnen, pseudohexagonalen Blättchen vor, deren Durchmesser bei 0,2-1 µm, und deren Dicke unter 0,1 µm liegen. Die Blättchenlagen können sich durch ihre Wasserstoffbrückenbindungen zu Schichtpaketen zusammenlagern - durch OH--Ionen können sie voneinander getrennt werden.

Die beigefügte schematische Darstellung verfahrenstechnischer Schritte zur Erzielung eines kleinstmöglichen Tonmineralteilchens (Fig. 1) aus Tongruben, den Rückständen des Waschvorganges im Steinkohlenbergbau sowie aus Braunkohlentagebauabraum zeigt die wichtigsten Produktionsetappen des für den trockenen Deponiebau benötigten Abdichtungsmaterials.

Für die, dem derzeitigen Stand der Technik entsprechende plastische Deponieabdichtung vor allem aus Tongruben (A) oder Braunkohletagebau (C) sind nur minimale Aufbereitungsschritte erforderlich, die sich hauptsächlich auf grobe Zerkleinerung und Feuchtigkeitsoptimierung beschränken.

Für die zukünftige, wesentlich deponiesickerwasserdichtere "trockene" Abdichtung kommt es vor allem darauf an, deren Widerstand in eingerütteltem Zustand gegenüber Durchströmung und Diffusion zu maximieren. Dieses gelingt am besten, wenn der freie Porenraum minimiert, d. h. wenn ein Füllen aller Poren des Korngerüstes weitgehendst erreicht wird. Je feinmehliger der Trockenton aufbereitet ist, desto höher ist der Diffusionswiderstand bei steigend wirksamer werdenden Kohäsionskräften der Feinstkornanteile und umso geringer die Durchlässigkeiten der Deponien und Schlitzwände etc.

Wenn vordringlich die Dichtigkeit im Vordergrund steht, dann kann auch mit feinmehligem Trockenton der nur in Fontänentrocknern (A) oder Triplex-Vortrockner und Walzenschüsselmühlen (C) hergestellt wird optimal abgedichtet werden.

Wenn jedoch die schadstoffrückhaltenden, die retardierenden Eigenschaften der Abdichtung im Vordergrund stehen, dann sollte der wesentlich feinmehligeren Aufbereitung durch Kolloidation, Zufügung von Additiven im Tonschlicker, der Tonschlickereindüsung in den heißen Rauchgasstrom mittels 2-Stoffdüsen und anschließender Teilchentrocknung, der Vorzug gegeben werden. Nur so gelingt es kleinstmögliche Tonmineralteilchen mit einem mittleren Durchmesser im Mikro- Nanometer-Grenzbereich aufzubereiten, die wegen ihrer Vielzahl von Gitterdefekten viele freie Valenzen aufweisen und sowohl physikalisch als auch chemisch hohe Adsorptionseigenschaften aufweisen. Durch eine vorherige Novellierung des Standes der Technik erscheint dann mit Sicherheit auch die Möglichkeit, bei höheren Dichtigkeiten und Einbindungsraten, trotzdem mit geringeren Lagenstärken arbeiten zu können. Die einzelnen Etappen der Zerkleinerung vom Meter - in den Nanometerbereich sollen im folgenden kurz aufgelistet werden:

  • 1. Tonlagerstätte-Länge × Breite × Stärke = oft hunderte von Metern,
  • 2. Tonscholle-abraumbedingt in Bruchteilen von Metern (mechanisch),
  • 3. Tonschnitzel-mahlaggregatbedingt, in Dezi- und Zentimetern (mechanisch),
  • 4. Steinkohlenwäsche-Körnungsspektrum von Milli-Mikrometer (hydraulisch),
  • 5. Steinkoblenflotation-Körnungsspektrum von Milli-Mikrometer (chemisch),
  • 6. Tonverschlickerung-Steigerung des Feinstkornanteils (hydraulisch),
  • 7. NaOH-Paketspaltung in der Kolloidation - wie oben (chemisch),
  • 8. Anlagerungen von Makromolekülen am Tonmineral - wie oben (chemisch),
  • 9. Zugabe geeigneter Additive - wie oben (physikalisch-chemisch),
  • 10. Eindüsung kleinster Schlickertröpfchen - wie oben (pneumatisch),
  • 11. Einbindungen von Schadstoffen-Mikro-Nanometer (physik-chemisch),
  • 12. Tröpfchentrocknung-Mikro-Nanometer (thermisch),
  • 13. Zerbröckelung der Tonhalbschalen - wie oben (mechanisch),
  • 14. Aufprall-Transport- und Rütteldefekte (mechanisch),
  • 15. Eluatbeständige Einbindung von Schadstoffen (Physik.-chemisch).


Zweck des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, durch Aneinanderreihung verschiedener aufeinanderfolgender Beeinträchtigungen, die kristalline Gitterstruktur des Tonminerals, vorwiegend des Kaolinits immer weiter zu Sprengen um die dann auftretenden neuen Kräfte sinnvoll ökologisch nutzen zu können.

Ein völlig neuer erfindungsgemäßer Ansatz geht nun davon aus, nicht nur den Tonmineraladsorbens im Rauchgas oberflächlich für die Schadstoffeinbindung zu aktivieren, sondern auch die Schadstoffe selbst, in eine reaktionsfreudigere Form, vor ihrem Kontakt mit dem Tonschlicker zu versetzen. Es ist bekannt, daß ein Temperaturanstieg die Reaktionsbereitschaft fördert. Bei Oberflächenreaktionen in unserem Fall ist jedoch eine heiße, trockene Rauchgasbeschaffenheit wesentlich ungeeigneter als die heiß-feucht-Beschaffenheit der angestrebten sogenannten "Waschküchenatmospäre".

Wenn der Taupunkt verschiedener anorganischer Schadstoffe unterschritten, wenn durch die Verdampfung der Feuchtigkeit aus den Schlikkertröpfchen die Anzahl der Kondensationskerne höchstmöglich, d. h. ein "Austauen" des Wassers vermieden, wenn ein feinstverteilter aufnahmebereiter Adsorbens mit riesiger spezifischer Oberfläche auch noch in turbulentem, schwerelosen Zustand im Mikro-Nanometer-Grenzbereich bereitsteht, dann sind die Voraussetzungen einer eluatbeständigen Verstoffwechselung gegeben.

Wenn man direkt im Rauchgasrohr, noch vor der Eindüsungsstelle des Tonschlickers mittels UV-Licht, versuchsweise eventuell auch einen Gamma-Strahler einsetzen würde, müßte man eine Aktivierung der Reaktionsfreudigkeit der Schadstoffe des Rauchgases feststellen können. Diese Maßnahme zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Schadstoffeinbindung sollte aber nur dann ergriffen werden, wenn experimentell eindeutig nachgewiesen werden kann, daß keine Radikalbelastung des Reingases am Kamin zusätzlich auftritt.

Die 2-Stoffdüsen können neben dem Tonschlicker als Treibmittel entweder mit 6 atm-Dampf oder mit ca 6 atm Druckluft betrieben werden. Bei Rauchgasreinigungsanlagen ist es selbstverständlich sinnvoller mit Dampfdruck, als mit der wesentlich teuereren komprimierten Luft zu arbeiten. An der noch heißesten Stelle im Rohgas sollte ein im Schiffsbau üblicher schneckenförmig gewundener Rohrwärmetauscher eingesetzt werden, in welchem der benötigte 6 atm Dampfdruck erzeugt werden kann. Die im Wasserdampf enthaltene Feuchtigkeit trägt noch zusätzlich zur Aufrechterhaltung der "Waschküchenatmosphäre" bei.

Vor diesem Hintergrund liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem Investitionsaufwand und wirtschaftlich vertretbaren laufenden Betriebskosten es auch kleinen Rauchgasemittenten zu ermöglichen, nicht nur die in ihrem Rohgas enthaltenen Schadstoffe wirkungsvoll aus dem Reingas fernzuhalten, die Abwärme ihrer Rauchgase einer sinnvollen Nutzung zuzuführen und dabei statt eines zu entsorgenden Abfallproduktes ihrer Rauchgasreinigung lieber ein für den zukünftigen Umweltschutz dringend benötigtes Produkt herzustellen, welches zu attraktiven Preisen verkauft werden kann.

Fig. 2 zeigt prinzipiell den verfahrenstechnischen Ablauf einer diesbezüglichen Anlage, wobei entsprechend der lokal gegebenen Rauchgaszusammensetzung, der konkreten Umweltschutzauflagen und der vor Ort günstigsten Einsatzstoffe verfahrenstechnisch eine individuell optimalste Problemlösungsalternative gefunden werden muß. Dabei sollte eine auf 10 Jahre hochgerechnete Investitions- und Betriebskostenaufstellung ausschlaggebend sein.

Als mögliche Einsatzstoffe können Steinkohlenwaschwasserflotate (1), Braunkohlenabraumtone geeigneter Qualität (2), für die keramische Anwendung ungeeignete Abraumtonarten, jedoch guten Dichtungseigenschaften (12), aber auch zu grobkörnig aufbereitete Trockentone (9) im Schlickerbottich (14) mit einfachem Wasser oder besser noch mit Kolloidalwasser (6), welches vorher einem Levitationsverfahren unterzogen wurde kolloidal verschlickert werden. Mit Hilfe der fahrbaren Dosiervorrichtung (13) sollte anschließend mittels NaOH-Ionen, der pH-Wert im Schlickerbottich (14) leicht in den alkalischen Bereich angehoben werden, um die Wasserstoffbrücken, welche die Tonpakete zusammenhalten zu lösen und eine weitgehende Verflüssigung des Tones verbunden mit einer drastischen Vergrößerung der spezifischen Oberfläche zu erreichen. Sollen auch organische Schadstoffe und/oder Geruchsstoffe aus dem heißen Rauchgas zurückgehalten werden, empfiehlt es sich anschließend in den Schlickerbottich (14) auch noch Kohlenstäube (4) zuzufügen. Wenn es sich dabei um Braunkohlenstäube handelt, enthalten sie meistens auch als Verunreinigung Humussande oder Huminsäuren (3), welche durch oberflächliche Anlagerungen an das Tonmineral dessen Kationenaustausch- oder Anionenaustauschkapazität ganz erheblich steigern. Flotationsrückstände aus dem Steinkohlenbergbau enthalten bereits in ausreichendem Maße makromolekulare Polyacrylate, welche die gleiche Wirkung haben. Bei Bedarf kann man mit Humussanden (3) aus dem Braunkohlenbergbau nachhelfen. Bei besonderen Rauchgasreinigungsaufgabenstellungen kommen spezielle Additive (10) zum Einsatz. Sollen die quellenden, wasserspeichernden oder retardierenden Eigenschaften des Schlickers gesteigert werden, kann Bentonit auch Montmorillonit (11) genannt, dem Schlicker zusätzlich noch beigefügt werden.

Bei kontinuierlicher Rauchgasreinigung empfiehlt es sich mehrere Bottiche (14) parallel zu fahren, um ständig geeigneten Tonschlicker bereit zu haben, da der kolloidale Verschlickerungsprozeß chargenweise vorgenommen werden muß und trotz kontinuierlichem Einsatz von mechanischen Rührern (29) ziemlich zeitaufwendig ist, bis die zur Eindüsung optimale Konsistenz erreicht wird. Anschließend wird über das Ablaß-und Regelventil (15) der fertige Tonschlicker über die Tonschlickerpumpe (16) zusammen mit 6 atm Heißdampf (8) oder alternativ dazu mit 6 atm Druckluft über 2-Stoffdüsen in feinstmöglicher Tröpfchenform im Gegenstrom in die entgegenkommenden heißen Rauchgase eingedüst.

Der erforderliche Heißdampf sollte am besten direkt aus dem zu reinigenden Rauchgasstrom mittels eines schneckenförmig gewundenen Rohrwärmetauschers (18) gewonnen werden, wobei Wasser und anschließend der Dampf immer weiter erhitzt wird. Geeignete Rohrwärmetauscher sind im Schiffsbau im Einsatz. Durch optimale Regelung des Druckes an den 2-Stoffdüsen gelingt es den mittleren Tropfendurchmesser nahe an die Mikro-Nanometer-Grenze herab zu drücken, d. h. eine riesige spezifische Oberfläche im minimal 15 Sprühkegel der Düsen, direkt im Rauchgasrohr sicherzustellen. Notfalls kann auch mittels eines Kompressors (19) der in einen Druckluftvorratsbehälter (20) Luft mit 6 atm einspeist, die erforderliche Eindüsungsenergie an den 2-Stoffdüsen bereitgestellt werden.

In der Reaktionsstrecke, die der Eindüsstrecke folgt ereignet sich nun im gemeinsamen Flug des winzigen, feuchten Schlickertröpfchens im 80-100°C heißen Rauchgas ein rapider Umwandlungsprozeß und zwar:

1. Oberflächliches Trocknen des Tröpfchens mit Ad- und Chemosorptionsanlagerungen. 2. Aufheizen des Flüssigkeitsinhaltes des Tropfens 3. Explosionsartiges Bersten des Tropfens mit gleichzeitigem Austritt des Wasserdampfgehaltes in den Rauchgasstrom. 4. Erschließung nun auch der inneren halbkugelförmigen feuchten Tonkruste für Ad-und Chemisorptionsreaktionen der im Rauchgas enthaltenen Schadstoffe mit dem defekten und deshalb besonders reaktionsfreudigen Tonmineralgitter. 5. Turbulenter, gravitationsfreier Flug der mikrometerkleinen Trümmerbruchhalbschalen, mit ständigen Karambolagen untereinander, mit der Rohrwand und weitere Anlagerungsmöglichkeiten von Schadstoffkomponenten, die sich nicht nur am Tonmineralgitter, sondern auch auf der durch den heißen Wasserdampf zusätzlich noch aktivierten Kohle, so daß eine so innige Verstoffwechselung der Schadstoffe ermöglicht wird, die sich später als eluatsbeständig erweist, d. h. daß sie auch später im Deponieeinsatz nicht mehr ausgelaugt werden kann.

Auf diese Art und Weise können nicht nur Schwermetallemissionen eingebunden werden, sondern pH-Wert-abhängig auch andere Kationen oder Anionen, organische Stoffe, auch Makromoleküle und bei kohlehaltigen Tonschlickern vollständig oder anteilig auch verschiedene Geruchsstoffe. Zur Abscheidung aus dem Rauchgasstrom so feiner fester Partikel ist der Einsatz eines Gewebefilters (22) erforderlich, wobei auf dem Filterkuchen auf der Filteroberfläche eine weitere Zertrümmerung der winzigen Tonmineralhalbkugeln erfolgt. Zur Entlastung des Gewebefilters empfiehlt es sich zur Vorabscheidung der Partikel einen neuartigen sogenannten Multiwir-Abscheider (21) einzusetzen, der gemäß bisheriger Untersuchungen des Institutes für Mechanische Verfahrenstechnik und Umweltverfahrenstechnik der (Technischen Universität Clausthal unter Leitung von Prof. Dr. Ing. K. Leschonski gezeigt hat, "daß mit Hilfe dieses Verfahrens auch im Bereich kleiner 1 µm Trenngrade von mehr als 60% erreicht werden können".

Das abgeschiedene feinstmehlige Tonmineral wird gemeinsam mit den in ihm verstoffwechselten Schadstoffen über die Transportschnecken (23) ausgetragen und pneumatisch über eine Fördereinrichtung (24) in ein oder mehrere Fertigmaterialsilos (26) geblasen. Ein als Absolutfilter ausgelegtes Aufsatzfilter (25) verhindert eine Beeinträchtigung der Umwelt im Bereich der Siloanlagen und leitet die Transportluft erneut zur Reinigung vor die Gewebefilteranlage (22).

Sollte die Rauchgastemperatur im Gewebefilter zu stark abfallen, daß Taupunktunterschreitungen auf den Gewebefiltern zu befürchten sind, dann kann über die Bypass-Ventile (28) geringfügig noch ungereinigtes, aber sehr heißes Rauchgas zur Temperaturoptimierung zugeführt werden. Sollte im Gegenteil, die Rauchgastemperatur so stark ansteigen, daß trotz Tonschlickereindüsung und Dampfeinspeisung durch die 2-Stoffdüsen, die für eine wirkungsvolle Schadstoffeinbindung zwingend erforderliche "Waschküchenatmosphäre" nicht erreicht werden kann, so ist über eine Wasserquentsche (30) feinstdüsig Wasser zuzuführen. Durch kontinuierliche Roh-und Reingasüberwachung an der Analysen-und Steuereinheit (31) soll gegebenenfalls durch Optimierungen an den Pos. 30, 28, 15, 16, 17 die Unterschreitung der zulässigen Grenzwerte sichergestellt werden. Beim Einsatz von UV-Licht oder sogar eines Gamma-Strahlers, muß unbedingt auch der Anteil freier Radikale im Reingas analysiert und im Rahmen zulässiger Grenzwerte gehalten werden. (Pos. 32).

Viele weitgehend noch ungelöste Probleme des derzeitigen Umweltschutzes bescheren dem uralten Werkstoff Ton in unseren Tagen eine ungeahnte Renaissance unter den gestellten Anforderungskriterien des Industriezeitalters. Dabei sollen zukünftig anfallende Reststoffe nicht in Monodeponien abgekapselt, sondern neue Möglichkeiten einer der Natur nachempfundenen Verstoffwechselung beschritten werden, welche die durch menschliche Produktionsverfahren geöffneten Kreisläufe auch naturverträglich wieder schließen können. Unser mehr als 200 Jahre altes Industriezeitalter steht jedoch zur Jahrtausendwende erst am Anfang dieser naturverträglichen Entwicklung, zu der feinstmehlige Trockentone einen wichtigen kolloidal-verstoffwechselnden Beitrag leisten werden.

Ein kleiner Überblick soll jedoch bereits jetzt auf einige der wichtigsten Einsatzbereiche trockener Tonmehle hinweisen:

  • 1. Deponiebau - Basis- und Oberflächenabdichtungen für Sonder-Mono- und Siedlungsdeponien, Herstellung von Seitenabdichtungen, retardierende Rohrauflagen von Sickerwasserrohrleitungen.
  • 2. Altlastensanierungen - Einkapselungen, Schlitz-, Dicht-, Rüttelschmal- und Bohrpfahlwände.
  • 3. Städtebau - Feucht- und Naßraumabdichtungen, redundante Rohrauflagen für neue Kanalisationssysteme, Herstellung von Tonkernen in Hochwasserschutzdämmen, Schutzabdeckungen im Bereich von Trinkwasserschutzzonen.
  • 4. Verkehrswesen - U-Bahn- und Tunnelbau, bei Gleisanlagen und Trassen in Trinkwasserschutzgebieten, Tankstellenabdichtungsmaßnahmen, Fluß- und Hafenschlick-Polderbau.
  • 5. Wasserwirtschaft - Stausee- und Teichabdichtungen, Regenwasserrückhaltebecken, Trinkwasser- und Abwasseraufbereitung (Schwermetallreduzierung).
  • 6. Landwirtschaft - Anlage von Fischteichen, Güllesammel- und -ausfaulbecken bei Großviehhaltung , Polder der Zuckerindustrierückstände, Bodenverbesserungen zu sandiger und zu durchlässiger Böden,
  • 7. Industrie - Abdichtungen von Industrie- und Raffineriebetriebsflächen, Abfüllstationen, Klärschlammverfestigung und Klärschlammentsorgung, Aschen- und Klärschlammkonditionierung bzw. Dekontaminierung, Rauchgasreinigung, Rauchgasabwärmenutzung, keramisch-industrielle Einsatzbereiche.


Die aus Fig. 2 ersichtliche Palette möglicher zu verschlickernder Einsatzstoffe bietet verfahrenstechnisch die optimale Möglichkeit den neugeschaffenen ökologischen Werkstoff feinstmehliger Trockenton, bereits durch einen zweckbestimmenden Versatz im Schlickerbottich (14) für die zu erfüllende Aufgabenstellung zu optimieren. So kann beispielsweise für die Adsortion organischer Rauchgaskomponenten und zur Geruchsminderung im Rauchgas die Zugabe von Kohlenstäuben erhöht, oder bei Bentonitzugaben, die quellenden, wasseraufnehmenden Eigenschaften eines schadstoffeinbindenden Produktes gefördert werden.

Folgende Eigenschaften feinstmehliger Trockentone sollen dabei besonders beachtet werden:

gute Alterungsbeständigkeit, hohe chemische Resistenz gegenüber sauren und basischen Angriffen, Langzeitstabilität ohne Nachquellen und Schrumpfen im Einsatz, bedingt durch hohen Feinstkornanteil gute Porenraumversiegelung, hervorragende Verträglichkeiten zu hydraulischen Bindemitteln und kieselsäuremodifizierten Vergütungsmitteln, sparsamer Verbrauch in Rezepturen mit sehr billigen, überall erhältlichen ergänzenden Erdbaustoffen, gute Verdichtbarkeit durch Rütteln, aber auch durch Stampfen , Möglichkeiten des Einfräsens durch Mixed-in-place-Verfahren aber auch in modernen, vor Ort aufstellbaren leistungsfähigen Mischanlagen, welche Mixed-in-plant-Technologien mit hervorragenden Ergebnissen ermöglichen. Reiche, vielerorts vorhandene, vielfältige Tonvorkommen begünstigen unser Land, das sonst arm an natürlichen Rohstoffen ist. Trotzdem darf zukünftig der durch den heutigen Stand der Technik vorgeschriebene "plastische Einbau" auch diesen Rohstoff nicht weiter vergeuden.

Viele, derzeit ungenutzte heiße Abluft- und Rauchgasströme fordern uns förmlich auf kreativ energiesparende, CO&sub2;-freie Wärmerückgewinnungstechnologien einzusetzen, bei denen energiekostenneutral Trockentonmehle produziert und verkauft werden können.

Da auch Trockentonmehle als Massengüter nicht durch zu hohe Transportkosten belastet werden dürfen, empfiehlt sich, wo es möglich ist vor allem dem volkswirtschaftlich am günstigsten bewerteten Wasserweg auf größeren Binnenschiffen, die den Vorteil haben auch noch auf ausländischen Märkten einen deutschen Rohstoff noch zu interessanten Preisen verkaufen zu können, zu nutzen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung eines rieselfähigen, feinmehligen und leicht dosierbaren tonmineralhaltigen Materials, insbesondere für die Verwendung als Deponieabdichtungsmaterials, mittels Tonmehltrocknung oder Tonschlickereindüsung dadurch gekennzeichnet, daß Tonmineralien mittels Rauchgasen von Kraftwerks- und/oder Industrieanlagen getrocknet werden, wobei in der Nachtrocknungsphase im Temperaturbereich von 80-90°C gleichzeitig die Einbindung schädlicher Rauchgaskomponenten erfolgt. (Hauptanspruch der Offenlegungsschrift 42 15 542 A1 des Unterzeichners).
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch logische Kombination verschiedenartigster mechanischer hydraulischer, physikalischer, chemischer, pneumatischer und thermischer Verfahrensschritte, die kristalline Gitterstruktur der Tonminerale bis in den Mikro-Nanometer-Grenzbereich aufgebrochen und dadurch vor allem an den Gitterenden und den Gitterdefekten Einbindungskräfte aktiviert und genutzt werden können.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine eluatsbeständige Verstoffwechselung von Rauchgasschadstoffen am wirkungsvollsten bei turbulent ausgelegter Strömung, im praktisch gravitationsfreien Flug kleinstmöglicher kugelförmiger Tröpfchen in wasserdampfgesättigter Gasphase im Temperaturbereich unterhalb der Säuretaupunkte der üblichsten Verunreinigungen erfolgt, die selbst zusätzlich auch noch durch UV- und/oder Gamma-Bestrahlung aktiviert und reaktionsfreudiger gemacht werden können.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß durch die erfindungsgemäße Zerkleinerung der Tonmineralien, deren ökologisch wichtigste Eigenschaften und zwar die Wasserundurchlässigkeit sowie die erzielbaren Sorptions- und Diffusionswerte minimiert werden können, wobei Verringerungen bisher üblicher Lagenstärken bei Abdichtungsmaßnahmen möglich werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorabscheidung ultrafeiner Tonteilchen ein MULTIWIR-Partikelentstauber mit minimalem Luftwiderstand eingesetzt werden soll, der mit hoher Trennschärfe sogar noch im 1 µm-Bereich Rauchgase entstauben kann.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß aus dem heißen Rohgas mittels eines schneckenförmig zusammengerollten Rohrwärmetauschers aus Wasser Dampf erzeugt werden kann, der nach einer entsprechenden weiteren Aufbereitung für die Schlickereindüsung eingesetzt werden kann.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß durch Versatzänderungen im Tonschlickerbottich gezielt erwünschte Eigenschaften des durch Eindüsung erhaltenen feinstmehligen Trockentones erreicht werden können.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß schädliche Rauchgaskomponenten auch ohne Kalkverbrauch, CO&sub2;-Ausstoß und REA-Gipsanfall erfindungsgemäß durch Verstoffwechslung in Tonmineralien eingebunden werden können.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß mittels sommerlicher Abwärmenutzung durch Tontrocknung, der anzustrebende hohe thermische Wirkungsgrad von Kraftwerksund/oder Industrieanlagen ganzjährig sichergestellt werden kann.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsdruck des Fördermittels Heißdampf und/oder komprimierter Luft an den Zweistoffdüsen beim Einspritzen von Tonschlickertröpfchen in den heißen schadstoffhaltigen Rauchgasstrom im Hinblick auf die Erzielung kleinstmöglicher Tonschlickertröpfchen genauestens geregelt werden muß.
  11. 11. Verwendung eines nach Ansprüchen 1-10 hergestellten Deponieabdichtungsmaterials durch Mischung mit sandigen Böden zur Erhöhung der Fruchtbarkeit und Wasserhaltigkeit sowie von Einbindungen und Fixierungen nützlicher Nährstoffe.
  12. 12. Verwendung eines nach Ansprüchen 1-10 hergestellten Deponieabdichtungsmaterial in feinstmehliger Form zur Einbindung von Schwermetallverunreinigungen in Abwässern, Klärschlämmen oder Deponiesickerwässer.
  13. 13. Verwendung eines nach Ansprüchen 1-10 hergestellten Deponieabdichtungsmaterials als Zuschlagsstoff zu schadstoffbelasteten Wertstoffen, die im keramischen Brand durch Verklinkerung gemeinsam unschädliche, nicht auslaugbare Ware ergeben können, wenn gleichzeitig eine wirkungsvolle Rauchgasreinigung sichergestellt ist.
  14. 14. Verwendung eines nach Ansprüchen 1-10 hergestellten Deponieabdichtungsmaterials, welches bedingt durch seine tonmineralhaltige Struktur, aber auch auf Grund gezielt eingebauter kohlehaltiger oder oberflächenaktivierender Additivbeimengungen sowohl in der Rauchgasreinigungsphase als auch später als Zugabe in wäßriger Phase in der Lage ist, auch geruchlich störende Stoffe geruchsmindernd zu verstoffwechseln.
  15. 15. Verwendung eines nach Ansprüchen 1-10 hergestellten feinstmehligen Trockentones, als Zuschlagstoff in pulvermetallurgischen Rezepturen zur kreativen Optimierung der Eigenschaften neuer Werkstoffe.






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