Projekt 27776/03

Ressourcen- und Energieeffizienzsteigerung bei der Herstellung von Gipsfaserplatten (3. Phase)

Projektträger

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

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In Phase 1 und 2 des DBU-Projektes 27776 wurde nachgewiesen, dass die Umwandlung der bei Lindner in Dettelbach anfallenden feinkörnigen nassen und trockenen Gipsfaserabfälle zu Calciumsulfat alpha-Halbhydrat (?-HH) und deren Rückführung in den Produktionsprozess mit einem modifizierten Suspensi-onsverfahren vorteilhaft und im Vergleich zum Stand der Technik energiesparend möglich ist. Dadurch lassen sich Abfälle vermeiden und Rohstoffe einsparen. In der 3. Phase des Projektes sollen ausgewähl-te Verfahrensvarianten berechnet und die Vorplanung eines ausgewählten Verfahrens vorgenommen werden. Basierend darauf soll eine Ökobilanzierung des Verfahrens vorgenommen werden. Mit Ergän-zungsversuchen sollen weitere stoffliche und verfahrenstechnische Optimierungen untersucht werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZu zwei ausgewählten Verfahrensvarianten werden Rechenmodelle erarbeitet, mit denen die Energie- und Stoffströme abhängig vom Rohstoffmix berechnet werden. Für eine Verfahrensvariante wird ein verfahrenstechnisches Fließbild mit R&I Schema erstellt. Auf Basis der Stoff- und Energieströme wird eine Ökobilanz für das so erzeugte ?-HH im Vergleich zur Verwendung von REA- oder Naturgips vorgenommen. Mit den unterschiedlichen Abfallstoffen werden Viskositätsmessungen abhängig von der Temperatur und dem Feststoffanteil durchgeführt. Zusätzlich wird geprüft, welche Zusätze die Viskosität reduzieren können. Praktische Untersuchungen zur Rühr- und Homogenisierbarkeit der Staubsuspensionen abhängig vom Rührwerkzeug und der Viskosität der Suspension werden durchgeführt. Die in Dettelbach vorhandene Technikumsanlage wird auf Direktdampfbeheizung mit Pumpbetrieb umgebaut. Der Einfluss unterschiedlicher Bedampfungsdrücke auf die Reaktionsprodukte und die Umwandlungsgeschwindigkeit wird untersucht.
Der Einfluss von ?-HH und Stuckgips Pulver als Zusatz zur Beeinflussung der Kristallisation der umzuwandelnden Staub-Suspensionen wird untersucht. Die Zusätze und erzeugten Produkte werden charakterisiert, mit ausgewählten Zusätzen und Suspensionen werden Gipsfaserplatten hergestellt.
In einer Technikumsanlage werden Gipskartonplatten in Gipsfraktion und Karton getrennt. Die erzeugte Gipsfraktion wird weiter zerkleinert, so dass ein Gipspulver erzeugt wird, welches für den Suspensionsprozess geeignet ist. Das so hergestellte Gipspulver wird analog zu den bisherigen Untersuchungen mit dem Gipsfaserstaub hinsichtlich Verhalten bezüglich Umwandlung mit dem Suspensionsverfahren zu ?-HH untersucht (Einfluss von Additiven, Zusätze von REA-Gips und Schleifstaub) und die Reaktionsprodukte charakterisiert.



Ergebnisse und Diskussion

Für zwei unterschiedliche Batch-Verfahren wurde ein Excel-Rechenmodell der ein- und ausgehenden Stoff- und Wärmeströme für variable Rohstoffzusammensetzungen und Feststoffanteile entwickelt. Für eine ausgewählte Verfahrensvariante mit optimaler Wärmerückgewinnung wurde ein R&I Schema mit der vollständigen Verfahrensbeschreibung für die im Werk anfallenden Abfallmengen erstellt. Bei der Variante mit optimaler Wärmerückgewinnung hat sich ergeben, dass relativ große und aufwändige Behälter mit Doppelmantel und Halbrohrschlangen erforderlich sind. Bei Berechnungen stellte sich heraus,dass schon geringe Gipsanhaftungen an den beheizten Behälterwandungen signifikante Verschlechterungen des Wärmeüberganges ergeben, wodurch aus Sicherheitsgründen eine weitere Vergrößerung einzelner Behälter erforderlich wäre, was das Verfahren dann unwirtschaftlich macht. Die Untersuchungen haben zur Umstellung des Verfahrenskonzeptes auf Direktdampfbeheizung der Suspension und einer vereinfachten 3 Behälterlösung geführt, bei welcher aus energetischen Gründen im höheren Viskositätsbereich produziert werden soll. Die vorhandene Technikumsanlage wurde zur Untersuchung der Effekte auf eine Direktdampfbeheizung umgebaut. Das direkte Beheizen war nicht produktschädlich, Verschlechterungen der Produkteigenschaften traten erst nach dem Beheizen auf >130°C auf.
Zur Reduzierung des Energieverbrauches wurden Verarbeitungsversuche bei Rührwerksherstellern durchgeführt. Bei der reinen Staubsuspension wurde ein Feststoffgehalt von 55% als Grenzwert für eine Pump- und Rührfähigkeit mit turbulent arbeitenden Rührwerken festgestellt. Mit geeigneten laminar arbeitenden Rührwerken sind auch höhere Feststoffgehalte möglich, die Suspension ist dann nicht mehr pumpfähig. Hohe Feststoffgehalte von 60% Schleifstaub wirkten sich nicht negativ auf die Eigenschaften des erzeugten ?-HH aus.
Die Viskosität der potentiellen Rohstoffe wurde abhängig von der Temperatur untersucht. In der Reihenfolge REA-Gips – Gipsfaserstaub – Gips aus GKP Recycling – gemahlene Gipsfaserplatten nehmen die Viskositäten zu. Die gemahlenen Gipsfaserplatten haben aufgrund der langen Fasern die höchste Viskosität. Eine Suspension mit diesem Rohstoff muss also mit geringeren Festsoffen verarbeitet werden, als der Gipsfaserstaub mit den staubfeinen Fasern. Die Viskosität ist zum Teil deutlich von der Temperatur abhängig. Beim Gipsfaserstaub erhöht sich die Viskosität bei 65°C um ca. 14%, bei 90°C um ca. 20%, bei Gips aus dem GKP Recycling wird die Viskosität bei 65°C schon etwa verdoppelt, bei 90°C fast verdreifacht, was möglicherweise auf Stärkereste im Gips zurückzuführen ist.
Der Zusatz von pulverförmigen ?-HH unmittelbar vor der Umwandlung wirkt sich bei reinen Staubsuspensionen positiv auf die Umwandlungsprodukte und deren Verwertbarkeit aus. Die Korngrößenverteilung der erzeugten Produkte ändert sich vorteilhaft, die BET und Blaine-Oberfläche wird reduziert. Ein Zusatz von Stuckgipspulver ergab keine Verbesserung der Korngrößenverteilung. Die Korngrößenverteilung und die Herkunft des zugesetzten ?-HH Pulvers hat keinen merkbaren Einfluss.
Der Recyclinggips aus der GKP Herstellung verhält sich ähnlich 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 Gipsfaserschleifstäube. 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.
Die Ökobilanz des gesamten Standortes wird durch das Recycling der Abfallstoffe deutlich verbessert. Durch das Recycling aller derzeit in den Werken anfallenden Gipsabfälle zu a-HH und direkte Einarbeitung in den Produktionsprozess ergibt sich eine Einsparung von ca. 2200 t CO2-Äquivalent, wodurch das durch die Gipsrohstoffe und die Entsorgung bedingte CO2-Äquivalent im Werk 1 um etwa 25% verbessert wird. Bei vollständiger Umstellung beider Werke auf Mischungen aus REA-Gips und Abfallgipsen werden die durch den Rohstoff und Abfallstoffe bedingte CO2-Äuqivalentes gegenüber dem jetzigen Zustand um ca. 35% in Werk 1 und ca. 31% in Werk 2 reduziert. Da das rohstoff- und entsorgungsbedingte CO2-Äuqivalent mehr als 50% des gesamten CO2-Äuqivalentes am Standort ausmacht, ist bei einer Umsetzung des Verfahrens eine deutliche Umweltentlastung gegeben.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Ausgewählte 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 präsentiert [Dbu11]. Ein Artikel wurde im Magazin Waste Forum veröffentlicht [Har11a]. Ein Vortrag mit ausgewählten Ergebnissen wurde auf der am 30.3. bis 31.3.2011 stattfindenden Weimarer Gipstagung gehalten [Har11].


Fazit

Die Umsetzung des untersuchten Verfahrens zum Recycling der Gipsabfallstoffe zu ?-HH ist aus ökono-mischen und ökologischen Gesichtspunkten sinnvoll. Bei optimaler Prozessführung sind Vorteile bei den Produkten und der Produktivität realisierbar. Wird das Verfahren mit Mischungen aus den gipshaltigen Abfallstoffen und REA-Gips durchgeführt, so ist auch der Zusatz von Gipsen aus dem GKP Recycling, der derzeit deponiert wird, machbar.

Ăśbersicht

Fördersumme

72.000,00 €

Förderzeitraum

13.12.2011 - 13.08.2012

Internet

www.lindner-norit.de

Bundesland

Bayern

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik