Anwendungspotentiale mineralischer Anfallstoffe in der ... · Fachtagung 22./23. September 2010 1....

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

mailto:[email protected]






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

2

Förderung: AiF - Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

Fachtagung 22./23. September 2010


1. Einleitung/Zusatzstoffe in der Ziegelindustrie

3

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


2. Motivation/Lösungsansätze

4

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


3. Calciumsilikat-Anfallstoffe

5

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

6

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


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

7

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



8

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



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Ziegelformate, gefüllt


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



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


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


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



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



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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



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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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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


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


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


6. Mineralwolle

20

Aufschmelzen der Fasern:

Veränderung der ursprünglichen Struktur

Schwindung

Versinterung mit der Ziegelmatrix

partiell morphologisch sichtbar

Einbettung der Mineralfasern im keramischen Gefüge

REM-Aufnahme


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


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

Fachtagung 22./23. September 2010 23

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

Die Kraft der

Vielfalt nutzen

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