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Anwendungspotentiale mineralischer Anfallstoffe in der ZiegelherstellungDipl.-Ing. Katja StanelleTelefon: +49 3643 8684-154E-Mail: [email protected]
Dr.-Ing. Barbara LeydolphTelefon: +49 3643 8684-145E-Mail: [email protected]
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Institut für Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar e. V. (IFF)Über der Nonnenwiese 199428 Weimar - Tröbsdorf
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22. und 23. September 2010
Fachtagung Recycling R‘10
Kooperationspartner:
Institut für Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar e. V.Über der Nonnenwiese 1 in 99428 Weimar - Tröbsdorf
Bauhaus-Universität WeimarProfessur Aufbereitung von Baustoffen und Wiederverwertung; Coudraystraße 7 in 99421 Weimar
August Lücking GmbH & Co. KG - Ziegelei BetonwerkeElsener Straße 20 in 33102 Paderborn
Hörl & Hartmann Ziegeltechnik GmbH & Co. KGPellheimer Straße 17 in 85221 Dachau
Calsitherm Silikatbaustoffe GmbHAn der Eiche 15 in 33175 Bad Lippspringe
Sächsische Umweltschutz Consulting GmbHJagdweg 10 in 01159 Dresden
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Förderung: AiF - Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen
Fachtagung 22./23. September 2010
Fachtagung 22./23. September 2010
1. Einleitung/Zusatzstoffe in der Ziegelindustrie
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Zusatzstoffein der
Ziegelindustrie
Hochofenschlacke
Glasmehle
Gießereialtsande
Porosierungsmittel
Kreidemehl
Sinterhilfsmittel
Magerungsstoffe
Styropor
Sägemehl, Sägespäne
Papierfangstoff
Kohleton, Kohlestaub, Koks, Petrolkoks
Kieselgur, Perlit
Rotschlamm
Bims
Quarzmehle/-sande
Natursteinmehle/-sande
Fachtagung 22./23. September 2010
2. Motivation/Lösungsansätze
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Verwertungsmöglichkeiten: Porosierungszusatz
Magerstoff und Sinterhilfsmittel in keramischen Massen
Rohstoffbasis für Dämmschaum im keramischen Produkt
Nachhaltigkeitsaspekte: Nutzung des Anfallstoffes als Sekundärrohstoff - Kreislaufwirtschaft
Schonung natürlicher Rohstoff- und Deponieressourcen
Energieeinsparung
Voraussetzungen: Liefersicherheit, Qualitätsschwankungen, Verunreinigungen
Verhalten bei Aufbereitung, Formgebung, Trocknung, Brennen
Fachtagung 22./23. September 2010
3. Calciumsilikat-Anfallstoffe
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Herkunft: Zuschnitt und Schleifarbeiten von Platten und Formteilen jährliche Anfallmengen ca. 550 – 900 Tonnen
Verschnittabfälle
Schleifstaubabfälle REM - Aufnahme
Gefügestruktur: räumlich vernetzte Nadeln im
Nanometerbereich mit umfang-reichem Porenanteil
mittl. Porenradius xm = 0,385 µm
Zusammensetzung:
80 - 90 % Calciumsilikat 5 - 10 % Wasser 3 - 5 % Zellulosefasern
Kennwerte: Rohdichte 0,20 – 0,24 g/cm³ Porosität > 90 Vol.-% Wärmeleitfähigkeit 0,065 W/mK
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Entwicklung der Porositätskennwerte des Scherbens bei 900 °C
20,0 % CS-Anfallstoff Rohdichteabnahme von ~ 22,0 %Scherbenrohdichte sinkt von 1,51 g/cm³ auf 1,17 g/cm³
3. Calciumsilikat-Anfallstoffe/Verwertung als Porosierungsmittel
Fachtagung 22./23. September 2010
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,50
1,60
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 15,0 20,0
Ro
hd
ich
te [
g/c
m³]
Was
sera
ufn
ahm
e [
%]
off
en
e P
oro
sitä
t [%
]
Substitution durch CS - Anfallstoff [%]
offene Porosität
Wasseraufnahme
Rohdichte
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Porenradienverteilung bei 900 °C
0,00
0,15
0,30
0,45
0,60
0,75
0,90
0
10
20
30
40
50
60
0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Ve
rteil
un
gs
dic
hte
dV
/dlo
gD
[ml/g
]
ku
mu
lati
ve
Po
ren
ve
rteil
un
g[%
]
Porenradius [µm]
R50=0,411µm
R50=0,438µmR50=0,239µm
Substitution mit 2,5 % CS-Anfallstoff
Rohversatz
Substitution mit 20,0 % CS-Anfallstoff
3. Calciumsilikat-Anfallstoffe/Verwertung als Porosierungsmittel
Fachtagung 22./23. September 2010
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Einsatz der Calciumsilikat-Produktionsrückstände als Porosierungs-mittel für die Herstellung hochwärmedämmender Ziegel ist möglich
erfolgreiche Umsetzung in die Praxis (7 Vol.-% Substitutionsanteil)
Steigerung der offenen PorositätRohdichteabnahme
Verbesserung derWärmedämmeigenschaften
Abnahme der Festigkeiten durch Zugabe des CS-AnfallstoffesIn Abhängigkeit der
Substitutionsmenge
Anforderungen an Stein-festigkeitsklasse werden erfüllt
Fachtagung 22./23. September 2010
3. Calciumsilikat-Anfallstoffe/Verwertung als Porosierungsmittel
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Ziegelformate, gefüllt
Fachtagung 22./23. September 2010
4. Calciumsilikat-Anfallstoffe/Verwertung als Dämmschaum
Füllung - Mineralwolle Füllung - Perlit
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Basisrezeptur Dämmschaum: Calciumsilikat in Form
von Schleifstaub Wasser Zement Proteinschaumbildner Fließmittel und ggf. Zusatzmittel
Fachtagung 22./23. September 2010
4. Calciumsilikat-Anfallstoffe/Verwertung als Dämmschaum
Zielparameter: schwindungsarm niedrige Rohdichte formstabil und hoher Haftverbund zum Ziegel
0,27 g/cm³
0,23 g/cm³
0,13 g/cm³
Modifizierung der Basisrezeptur:
Steigerung des Schaum-anteils bei gleichzeitiger Reduzierung der Bindemittelsuspension
Steigerung des Anteils an Schleifstaub in der Bindemittelsuspension
11Fachtagung 22./23. September 2010
4. Calciumsilikat-Anfallstoffe/Verwertung als Dämmschaum
Wärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit der Trockenrohdichte
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600
Wärm
ele
itfä
hig
keit
λ1
0,t
r[W
/m
K]
Trockenrohdichte [g/cm³]
PerlitCalciumsilikatstaubPorenbetonmehl
Wär
mel
eitf
ähig
keit
λ1
0,t
r [W
/mK
]
Trockenrohdichte [g/cm³]
12Fachtagung 22./23. September 2010
4. Calciumsilikat-Anfallstoffe/Verwertung als Dämmschaum
Füllung – Calciumsilikat-Schaum
Technische Daten FST 0,08 (Ziegel mit Schaum-
mörtel)
Lochbild
Abmaße [cm] 42,5 x 24,8 x 25
Rohdichteklasse
- Rezeptur 21a 0,8 (0.792)
- Rezeptur 22a 0,8 (0.707)
- Rezeptur 23a 0,7 (0.649)
Wärmeleitfähigkeit 10,tr < 0,05 W/mK
erwarteter U-Wert ca. 0,15 W/m²K
Fachtagung 22./23. September 2010 13
Einsatz des Calciumsilikat-Anfallstoffes in Form von Schleifstaub alsRohstoffkomponente eines Dämmschaumes möglich
Wärmeleitfähigkeit des Dämmschaumes < 0,045 W/mK erreicht
Erhöhung der Wärmedämmeigenschaften des verfüllten Ziegels
Fördern und Verfüllen des steifen/nicht fließfähigen Schaumes möglich
hohe Stabilität, keine Beeinträchtigung des Haftverbundes durch Sägen
4. Calciumsilikat-Anfallstoffe/Verwertung als Dämmschaum
Fachtagung 22./23. September 2010
5. Kieselsäurefilterschlämme
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Kieselsäurefilterschlamm
Verarbeitung im Tonschneider
Herkunft: Filterkuchen – aus neutralisierten Abwässern bzw. aus
Wasch- und Filterprozessen der Silikonherstellung
Feuchtanteil von 46 – 50 %
jährliche Anfallmengen 7000 Tonnen
Zusammensetzung: 93,6 % amorphe Kieselsäure
4,0 % Aluminiumoxid
2,0 % Calcium- und Magnesiumoxid
0,4 % Eisenverbindungen
Formgebung - Strangpresse
Fachtagung 22./23. September 2010
5. Kieselsäurefilterschlämme
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Entwicklung des dyn. E-Moduls im Scherben
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
dyn
. E-M
od
ul [
MN
/m²]
Substitution durch Kieselsäureschlamm [M.-%]
0 % 2 % 6 % 8 % 10 % 20 %
Kieselsäureschlamm
Rohversatz
Fachtagung 22./23. September 2010
5. Kieselsäurefilterschlämme
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Schalluntersuchungen an Steinformaten
0
5
10
15
20
25
30
35
100 126 158 200 251 316 400 500 630 800 1000 1200 1600 2000 2500 3200
Däm
pfu
ng
[db
]
Frequenz [Hz]
TMZ-WS 14 ungefüllt
WS 14 Coriso ungefüllt
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5. Kieselsäurefilterschlämme
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Porositätskennwerte der modifizierten Scherben liegen in den Größen-ordnungen des unmodifizierten Ziegelscherbens
steiferes Scherbengefüge erzielt erhöhter dyn. E-Modul
erhöhte Biegezug- und Druckfestigkeiten
Ziegeltone mit Kieselsäureschlamm verarbeitbar
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6. Mineralwolle
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Herkunft: Sortenreine Produktionsabfälle bzw. Verschnittmaterial Rückbau- und Ausbaumaterialien jährliche Anfallmengen von 200.000-300.000 Tonnen
Zusammensetzung:
Glas-, Stein oder Schlackewollen Rohmaterial: Altgläser, Sediment-
oder Eruptivgesteine Binde- und Schmälzmittel Hauptoxide: SiO2, Al2O3, CaO, MgO Nebenoxide: Na2O, K2O, Fe2O3
Verschnittmaterial
Ausbaumaterial REM - Aufnahme
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6. Mineralwolle
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Diagramm
Positive Auswirkungen in der Vortrocknungsphase:
Verminderung der Neigung zu Schwindrissen
Erhöhung der Trockenbiege-festigkeit
Entwicklung der Trockenbiegefestigkeit durch Mineralwollezusatz
Innovationsradar Umweltrecht_Woolrec.GmbH
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6. Mineralwolle
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Aufschmelzen der Fasern:
Veränderung der ursprünglichen Struktur
Schwindung
Versinterung mit der Ziegelmatrix
partiell morphologisch sichtbar
Einbettung der Mineralfasern im keramischen Gefüge
REM-Aufnahme
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6. Mineralwolle
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Einsatz als Magerstoff und Porosierungsmittel
Vermindert das Schwindmaß und erhöht Trockenbiegefestigkeit der Ziegelrohlinge
porosierender Effekt durch Aufschmelzen der Fasern, sodass die Dämmeigenschaften des Ziegels verbessert werden können
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7. Mineralische Anfallstoffe
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großes Anwendungspotential von mineralischen Anfallstoffen im Ziegel
Italien: Fermentationsrückstände, Petrolkoks
Großbritannien: Kohleasche, Schlacken, Klärschlämme
Spanien: Gerbereischlämme, Isolatorenöle, Klärschlämme
China: Müllverbrennungsaschen
Akzeptanzfragen Konditionierung Toxikologie Genehmigungsverfahren
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Dipl.-Ing. Katja Stanelle
99428 Weimar - Tröbsdorf I Über der Nonnenwiese 1
Tel. + 49 3643 8684-154
Fax. + 49 3643 8684-113
E-Mail: [email protected]
Internet: www.iff-weimar.de
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