Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
In Phase 1 und 2 des DBU-Projektes 27776 wurde nachgewiesen, dass die Umwandlung der bei Lindner in Dettelbach anfallenden feink\u00f6rnigen nassen und trockenen Gipsfaserabf\u00e4lle zu Calciumsulfat alpha-Halbhydrat (?-HH) und deren R\u00fcckf\u00fchrung in den Produktionsprozess mit einem modifizierten Suspensi-onsverfahren vorteilhaft und im Vergleich zum Stand der Technik energiesparend m\u00f6glich ist. Dadurch lassen sich Abf\u00e4lle vermeiden und Rohstoffe einsparen. In der 3. Phase des Projektes sollen ausgew\u00e4hl-te Verfahrensvarianten berechnet und die Vorplanung eines ausgew\u00e4hlten Verfahrens vorgenommen werden. Basierend darauf soll eine \u00d6kobilanzierung des Verfahrens vorgenommen werden. Mit Erg\u00e4n-zungsversuchen sollen weitere stoffliche und verfahrenstechnische Optimierungen untersucht werden. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZu zwei ausgew\u00e4hlten Verfahrensvarianten werden Rechenmodelle erarbeitet, mit denen die Energie- und Stoffstr\u00f6me abh\u00e4ngig vom Rohstoffmix berechnet werden. F\u00fcr eine Verfahrensvariante wird ein verfahrenstechnisches Flie\u00dfbild mit R&I Schema erstellt. Auf Basis der Stoff- und Energiestr\u00f6me wird eine \u00d6kobilanz f\u00fcr das so erzeugte ?-HH im Vergleich zur Verwendung von REA- oder Naturgips vorgenommen. Mit den unterschiedlichen Abfallstoffen werden Viskosit\u00e4tsmessungen abh\u00e4ngig von der Temperatur und dem Feststoffanteil durchgef\u00fchrt. Zus\u00e4tzlich wird gepr\u00fcft, welche Zus\u00e4tze die Viskosit\u00e4t reduzieren k\u00f6nnen. Praktische Untersuchungen zur R\u00fchr- und Homogenisierbarkeit der Staubsuspensionen abh\u00e4ngig vom R\u00fchrwerkzeug und der Viskosit\u00e4t der Suspension werden durchgef\u00fchrt. Die in Dettelbach vorhandene Technikumsanlage wird auf Direktdampfbeheizung mit Pumpbetrieb umgebaut. Der Einfluss unterschiedlicher Bedampfungsdr\u00fccke auf die Reaktionsprodukte und die Umwandlungsgeschwindigkeit wird untersucht.
\nDer Einfluss von ?-HH und Stuckgips Pulver als Zusatz zur Beeinflussung der Kristallisation der umzuwandelnden Staub-Suspensionen wird untersucht. Die Zus\u00e4tze und erzeugten Produkte werden charakterisiert, mit ausgew\u00e4hlten Zus\u00e4tzen und Suspensionen werden Gipsfaserplatten hergestellt.
\nIn einer Technikumsanlage werden Gipskartonplatten in Gipsfraktion und Karton getrennt. Die erzeugte Gipsfraktion wird weiter zerkleinert, so dass ein Gipspulver erzeugt wird, welches f\u00fcr den Suspensionsprozess geeignet ist. Das so hergestellte Gipspulver wird analog zu den bisherigen Untersuchungen mit dem Gipsfaserstaub hinsichtlich Verhalten bez\u00fcglich Umwandlung mit dem Suspensionsverfahren zu ?-HH untersucht (Einfluss von Additiven, Zus\u00e4tze von REA-Gips und Schleifstaub) und die Reaktionsprodukte charakterisiert.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
F\u00fcr zwei unterschiedliche Batch-Verfahren wurde ein Excel-Rechenmodell der ein- und ausgehenden Stoff- und W\u00e4rmestr\u00f6me f\u00fcr variable Rohstoffzusammensetzungen und Feststoffanteile entwickelt. F\u00fcr eine ausgew\u00e4hlte Verfahrensvariante mit optimaler W\u00e4rmer\u00fcckgewinnung wurde ein R&I Schema mit der vollst\u00e4ndigen Verfahrensbeschreibung f\u00fcr die im Werk anfallenden Abfallmengen erstellt. Bei der Variante mit optimaler W\u00e4rmer\u00fcckgewinnung hat sich ergeben, dass relativ gro\u00dfe und aufw\u00e4ndige Beh\u00e4lter mit Doppelmantel und Halbrohrschlangen erforderlich sind. Bei Berechnungen stellte sich heraus,dass schon geringe Gipsanhaftungen an den beheizten Beh\u00e4lterwandungen signifikante Verschlechterungen des W\u00e4rme\u00fcberganges ergeben, wodurch aus Sicherheitsgr\u00fcnden eine weitere Vergr\u00f6\u00dferung einzelner Beh\u00e4lter erforderlich w\u00e4re, was das Verfahren dann unwirtschaftlich macht. Die Untersuchungen haben zur Umstellung des Verfahrenskonzeptes auf Direktdampfbeheizung der Suspension und einer vereinfachten 3 Beh\u00e4lterl\u00f6sung gef\u00fchrt, bei welcher aus energetischen Gr\u00fcnden im h\u00f6heren Viskosit\u00e4tsbereich produziert werden soll. Die vorhandene Technikumsanlage wurde zur Untersuchung der Effekte auf eine Direktdampfbeheizung umgebaut. Das direkte Beheizen war nicht produktsch\u00e4dlich, Verschlechterungen der Produkteigenschaften traten erst nach dem Beheizen auf >130\u00b0C auf.
\nZur Reduzierung des Energieverbrauches wurden Verarbeitungsversuche bei R\u00fchrwerksherstellern durchgef\u00fchrt. Bei der reinen Staubsuspension wurde ein Feststoffgehalt von 55% als Grenzwert f\u00fcr eine Pump- und R\u00fchrf\u00e4higkeit mit turbulent arbeitenden R\u00fchrwerken festgestellt. Mit geeigneten laminar arbeitenden R\u00fchrwerken sind auch h\u00f6here Feststoffgehalte m\u00f6glich, die Suspension ist dann nicht mehr pumpf\u00e4hig. Hohe Feststoffgehalte von 60% Schleifstaub wirkten sich nicht negativ auf die Eigenschaften des erzeugten ?-HH aus.
\nDie Viskosit\u00e4t der potentiellen Rohstoffe wurde abh\u00e4ngig von der Temperatur untersucht. In der Reihenfolge REA-Gips \u0096 Gipsfaserstaub \u0096 Gips aus GKP Recycling \u0096 gemahlene Gipsfaserplatten nehmen die Viskosit\u00e4ten zu. Die gemahlenen Gipsfaserplatten haben aufgrund der langen Fasern die h\u00f6chste Viskosit\u00e4t. Eine Suspension mit diesem Rohstoff muss also mit geringeren Festsoffen verarbeitet werden, als der Gipsfaserstaub mit den staubfeinen Fasern. Die Viskosit\u00e4t ist zum Teil deutlich von der Temperatur abh\u00e4ngig. Beim Gipsfaserstaub erh\u00f6ht sich die Viskosit\u00e4t bei 65\u00b0C um ca. 14%, bei 90\u00b0C um ca. 20%, bei Gips aus dem GKP Recycling wird die Viskosit\u00e4t bei 65\u00b0C schon etwa verdoppelt, bei 90\u00b0C fast verdreifacht, was m\u00f6glicherweise auf St\u00e4rkereste im Gips zur\u00fcckzuf\u00fchren ist.
\nDer Zusatz von pulverf\u00f6rmigen ?-HH unmittelbar vor der Umwandlung wirkt sich bei reinen Staubsuspensionen positiv auf die Umwandlungsprodukte und deren Verwertbarkeit aus. Die Korngr\u00f6\u00dfenverteilung der erzeugten Produkte \u00e4ndert sich vorteilhaft, die BET und Blaine-Oberfl\u00e4che wird reduziert. Ein Zusatz von Stuckgipspulver ergab keine Verbesserung der Korngr\u00f6\u00dfenverteilung. Die Korngr\u00f6\u00dfenverteilung und die Herkunft des zugesetzten ?-HH Pulvers hat keinen merkbaren Einfluss.
\nDer Recyclinggips aus der GKP Herstellung verh\u00e4lt sich \u00e4hnlich wie der Schleifstaub im Suspensionsverfahren, sowohl mit als auch ohne REA Gips Zusatz. Der Zusatz von Additiven ist erforderlich um Kristalle mit geringem L\/D zu erzeugen und eine hohe Recyclingquote zu erreichen. Allerdings ergeben sich bei Zusatz von Gips aus dem GKP Recycling immer etwas schlechter ?-HH Eigenschaften als bei Zusatz der Gipsfaserschleifst\u00e4ube. Vorteilhaft in der Gipsfaserplattenproduktion verwertbar sind Mischungen mit einem Anteil von 50-75% REA Gips und 25-50% Gips aus GKP Recycling, wobei der Gips aus dem GKP Recycling auch ganz oder teilweise durch Gipsfaserstaub austauschbar ist.
\nDie \u00d6kobilanz des gesamten Standortes wird durch das Recycling der Abfallstoffe deutlich verbessert. Durch das Recycling aller derzeit in den Werken anfallenden Gipsabf\u00e4lle zu a-HH und direkte Einarbeitung in den Produktionsprozess ergibt sich eine Einsparung von ca. 2200 t CO2-\u00c4quivalent, wodurch das durch die Gipsrohstoffe und die Entsorgung bedingte CO2-\u00c4quivalent im Werk 1 um etwa 25% verbessert wird. Bei vollst\u00e4ndiger Umstellung beider Werke auf Mischungen aus REA-Gips und Abfallgipsen werden die durch den Rohstoff und Abfallstoffe bedingte CO2-\u00c4uqivalentes gegen\u00fcber dem jetzigen Zustand um ca. 35% in Werk 1 und ca. 31% in Werk 2 reduziert. Da das rohstoff- und entsorgungsbedingte CO2-\u00c4uqivalent mehr als 50% des gesamten CO2-\u00c4uqivalentes am Standort ausmacht, ist bei einer Umsetzung des Verfahrens eine deutliche Umweltentlastung gegeben. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ausgew\u00e4hlte Ergebnisse wurden als Poster auf der 5. Internationalen Gipskonferenz in Kasan 8.9-10.9.2010 und als Poster auf der GDCh-Tagung Bauchemie am 7.10.-8.10.2010 an der TU Dortmund pr\u00e4sentiert [Dbu11]. Ein Artikel wurde im Magazin Waste Forum ver\u00f6ffentlicht [Har11a]. Ein Vortrag mit ausgew\u00e4hlten Ergebnissen wurde auf der am 30.3. bis 31.3.2011 stattfindenden Weimarer Gipstagung gehalten [Har11].<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Umsetzung des untersuchten Verfahrens zum Recycling der Gipsabfallstoffe zu ?-HH ist aus \u00f6kono-mischen und \u00f6kologischen Gesichtspunkten sinnvoll. Bei optimaler Prozessf\u00fchrung sind Vorteile bei den Produkten und der Produktivit\u00e4t realisierbar. Wird das Verfahren mit Mischungen aus den gipshaltigen Abfallstoffen und REA-Gips durchgef\u00fchrt, so ist auch der Zusatz von Gipsen aus dem GKP Recycling, der derzeit deponiert wird, machbar.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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