Projekt 27776/02

Ressourcen- und Energieeffizienzsteigerung bei der Herstellung von Gipsfaserplatten (2. Phase)

Projektträger

Lindner AG
Lange Länge 5
97337 Dettelbach
Telefon: 093 24/3 09-54 00

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Rahmen der ersten Phase dieses DBU Projektes wurde die Umwandlung der unterschiedlichen Gips- und Gipsfaserabfallprodukte der Lindner GFT mit dem Suspensions- und Sattdampfverfahren zu -HH untersucht. Das für die Einarbeitung in die Produktion hochwertigste -HH ergab sich beim Suspensi-onsverfahren mit Mischungen aus diesen Abfallstoffen und REA-Gipsen. Solche Suspensionen lassen sich mit vergleichsweise geringem Energieaufwand als alleiniger Gipsrohstoff für die Gipsfaserplattenproduktion einsetzen, daraus lassen sich hochwertige Platten erzeugen. Mit dem Sattdampfverfahren aus reinen Staubpresslingen hergestelltes -HH war hochwertiger, als das mit dem Suspensionsverfahren hergestellte -HH aus reinem Staub. Bei der Zerkleinerung wurde jedoch zu viel Feinkorn erzeugt. Gelingt die Vermeidung der Feinanteile bei der Herstellung und Zerkleinerung, hätte das Sattdampfverfahren den Vorteil, dass der Gipsfaserstaub zu 100% als Rohstoff eingesetzt werden kann und dass gleichzeitig ein lagerstabiles Produkt erzeugt wird. Damit wäre nicht nur die Einarbeitung aller jetzigen Produktionsabfälle möglich, sondern auch ohne Ergänzung von REA-Gips ein späteres Recycling der Platten nach Nutzungsende oder die Verwendung von sonstigen Gips- und Gipsfaserabfallstoffen von Baustellen. In der 2. Phase des DBU-Projektes soll mit ergänzenden Untersuchungen geprüft werden, ob das Suspensionsverfahren oder das Sattdampfverfahren vorteilhafter eingesetzt werden kann.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFür das Suspensionsverfahren wird das Verhalten der Staubsuspension und der Staub REA-Suspension die Stabilität der zu -HH umgewandelten Suspension und die mit dem Brauch- und Frischwasser versetzte nicht umgewandelte Staubsuspension abhängig von Temperatur und Haltezeit vor und nach Umwandlung ermittelt. Weiterhin werden der Einfluss von Brauchwasser auf die Kristallisation im Vergleich zur Verwendung von Frischwasser und die für eine gewünschte Kristallausbildung erforderlichen Additive und deren Einfluss auf die Festigkeit und Filtrationseigenschaften der daraus hergestellten Gipsfasermischung untersucht. Abschließend soll unter realistischen Bedingungen der Abfallmix entsprechend den anfallenden Abfällen zu -HH umgewandelt und in die Mischung eingearbeitet werden. Beim Sattdampfverfahren wird eine schonende Zerkleinerung der zu -HH umgewandelten Gipsfaserstaubpresslinge mit verschiedenen Mühlen im Labormaßstab geprüft. In einem 200 Liter Sattdampfreaktor wird untersucht, ob die Umwandlung einer losen Staubschüttung und pelletierter Stäube mit Sattdampf und deren Verwendung ohne Mahlung möglich ist. Die Proben werden mit REM, RBA, DSC, BET und Kalorimetrie in Weimar charakterisiert. Die Prüfung der Produktivität und Produkteigenschaften erfolgt in Dettelbach.


Ergebnisse und Diskussion

Mit unterschiedlichen Mühlen und Mahlparametern wurde versucht, die mit dem Sattdampfverfahren zu -HH umgewandelten Schleifstaubpresslinge für die Verwendung im nassen Gipsfaserverfahren optimiert zu mahlen. Die Festigkeiten der mit den gemahlenen Proben im Labor hergestellten Gipsfaserproben waren umso besser, je höher die Mahlfeinheit ist. Die Entwicklung der Reaktivität läuft ebenso, die Entwicklung der Entwässerungsgeschwindigkeit gegenläufig. Die besten Ergebnisse wurden bei x ?10µm und größer 8000 cm²/g nach Blaine erzielt, bei x50 von ?50µm und <6000cm²/g nach Blaine erga-ben sich deutlich schlechtere Festigkeiten, aber eine schnellere Entwässerbarkeit. Mit dem Staub ist eine echte Umkristallisation nur möglich, wenn ausreichend Feuchte mit dem Produkt eingetragen wird, was im Fall der Granulierung durch den Wassereintrag zur Bildung stabiler Granulate gegeben ist. Die mit Dampfinjektion umgewandelten trockenen Staubschüttungen sind nicht zur Rückführung in den Produktionsprozess geeignet. Mit den im Labormaßstab aus den umgewandelten Granulaten hergestellten Gipsfaserproben konnte gezeigt werden, dass auch bei 50% und 100% Anteil in der Trockenmischung ein gutes Verhältnis der Biegefestigkeit zur Dichte wie mit den am feinsten gemahlenen Presslingen gegeben ist. Unter Produktionsbedingungen brachte der 20%ige Anteil an Granulat im Vergleich zur Referenzmischung ohne Recyclingzusatz eine geringe Verlangsamung der Entwässerungszeit, was bei 35% signifikant ausgeprägt war. Die Minderung der Dichte und Festigkeit ist bei 20% und 35% Anteil nur ge-ringfügig. Im Vergleich zur Rückführung der Proben aus reinem Staub, die im Suspensionsverfahren hergestellt wurden, fallen die Ergebnisse deutlich schlechter aus.
Für die stabile Lagerung einer zu -HH umgewandelten Suspension sind Temperaturen zwischen 85 und 95°C vorzusehen, wobei eine 3-tägige Lagerung ohne DH-Bildung und Ansteifen der Suspension funktioniert. Bei geringeren Temperaturen steift die Suspension an. Die Suspension übersteht damit in heizbaren Vorratsbehältern auch längere Stillstände. Störungsbedingte Produktionsstillstände sollten damit bei entsprechender Prozessführung sicher zu überbrücken sein. Kommt der Schleifstaub mit dem Suspensionswasser in Berührung, so stellt sich ein spontaner Kornzerfall ein. Mit zunehmender Lagerungsdauer in der Suspension baut sich die BET-Oberfläche ab, auch noch bis zur längsten geprüften Lagerungsdauer von 2 Stunden. Die Verwendung von Frisch- oder Brauchwasser und die Wassertemperatur zwischen 20°C und 80°C wirken sich nicht signifikant aus.
Die Verwendung des Brauchwassers aus dem Wasserkreislauf der Gipsfaserplatten zur Herstellung der Suspensionen wirkt sich im Vergleich zur Verwendung von Frischwasser grundsätzlich so aus, dass das L/D der -HH Kristalle deutlich reduziert wird. Abhängig von dem für die GFP-Produktion verwendeten Altpapier wurden deutliche Unterschiede in der Reduzierung des L/D festgestellt. Für die Optimierung der Eigenschaften sollte zusätzlich ein L/D reduzierendes Additiv wie BS zugegeben werden. Von den sulfatischen Zusätzen hat sich das KS bei 0,3% Zusatz in Kombination mit BS am positivsten ausgewirkt. Von den geprüften Temperaturen von 115°C bis 135°C wirkt sich die niedrigste Temperatur am positivsten auf die Kristallisation aus, bewirkt aber die längsten Umwandlungszeiten. Der beste Kompromiss aus schneller Umwandlung zu -HH und geringer spezifischer Oberfläche ist eine Umwandlungstemperatur von 125°C. Der bei der Produktion der Gipsfaserplatten anfallende Abfallmix wurde entsprechend den anfallenden Abfällen (55% Schleifstaub, 25% Sedimentationsschlamm und 20% gemahlene Gipsfaserplattenabfälle) im Reaktor zu -HH umgewandelt. Im Vergleich zu den Untersuchungen der 1. Phase des Projektes, bei denen der Schleifstaub ohne Zusatz von REA-Gips als nicht verwendbar eingestuft wurde, kann der Abfallmix durch optimierte Prozessbedingungen entsprechend den anfallenden Relationen und entsprechend den anfallenden Mengen ohne Produktivitätseinbußen in Mischung eingearbeitet werden. Die Suspensionen sind mit 40% Feststoffanteil produzierbar. Ein Verschnitt mit REA-Gips bringt eine deutlich gesteigerte Produktivität, so dass auch mindestens 50% Gipsfaserabfallstoffe eingesetzt werden können. Bei gemeinsamer thermischer Behandlung von Pulpe und Abfallstoffen zu -HH ergibt sich im Vergleich zu vorhergehenden Untersuchungen ohne Verwendung der Pulpe beim Autoklavieren eine deutliche Einbuße der Festigkeiten der damit erzeugten Gipsfaserplatten, wobei immer noch die Eigenschaften der aktuellen Produktionsplatten erreicht werden.
Auf Basis der Ergebnisse kann man davon ausgehen, dass mit dem in Dettelbach bestehenden Verfahren die Einarbeitung der mit dem Suspensionsverfahren umgewandelten Gipsfaserabfälle vorteilhafter ist.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Ausgewählte Ergebnisse wurden als Vortrag auf Weimarer Gipstagung am 30.3./ 31.3.2011 präsentiert und sind zugehörigen im Tagungsband veröffentlicht.


Fazit

Unter Laborbedingungen kann der im Sattdampfverfahren zu -HH umgewandelte Staub als feingemahlener Pressling oder als Granulat zu einem hohen Anteil als Rohstoff zur Herstellung von Gipsfaserplatten eingesetzt werden. Der Abfallmix kann mit dem Suspensionsverfahren entsprechend den anfallenden Relationen und entsprechend den anfallenden Mengen ohne Produktivitätseinbußen in die Produktion eingearbeitet werden. Der Zusatz von REA-Gips macht es möglich, dass mindestens 50% Gipsfaserabfallstoffe in die Mischung eingesetzt werden können.
Unter den in Dettelbach vorhandenen Produktionsbedingungen ist das Suspensionsverfahren besser zur Umwandlung der Abfallstoffe und deren Rückführung einsetzbar als das Sattdampfverfahren. Das Verfahren wird mit der geplanten Variante der direkten Rückführung der Suspension als umsetzbar eingestuft.