10.02.2021

Herstellung von Grüngranulat in einem 150 l Intensivmischer für die spätere hydrothermale Behandlung

Herstellung von Grüngranulat in einem 150 l Intensivmischer für die spätere hydrothermale Behandlung

Quelle: BAM

Projektlaufzeit

01.08.2019 - 31.01.2021

Projektart

Verbundforschungsprojekt

Projektstatus

Laufend

Kurzbeschreibung

Im Projekt HYTEGRA wurde ein hydrothermaler Prozess zur Herstellung poröser Granulate unter Verwertung der Sekundärrohstoffe Mauerwerkbruch und Papierschlammasche entwickelt. Das Ziel ist der Einsatz der Granulate als Filter- und Speichermaterial.

Ort

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Unter den Eichen 87
12205 Berlin

Mauerwerkbruch

Mauerwerkbruch

Quelle: BAM

Trotz hoher Verwertungsquoten werden Bau- und Abbruchabfälle zum Teil deponiert, weil geeignete und rentable Verwertungswege fehlen. Der Reststoff Mauerwerkbruch ist ein heterogenes SiO2-reiches Gemisch aus Ziegel-, Betonstein- und Leichtbetonstein-, Kalksandstein- und Porenbetonbruch sowie Putz- und Mörtelbestandteilen. Die uneinheitliche Zusammensetzung und mehr als 50% Feinanteile aus der mechanischen Aufbereitung des Bauschutts verhindern meist eine unmittelbare Wiederverwertung. Eine Möglichkeit der effektiven Verwertung stellt das rohstoffliche Recycling über einen hydrothermalen Stoffumwandlungsprozess dar.

Ein Pfeil in der Mitte einer Zielscheibe

Quelle: BAM

Ziel des Projektes ist die Entwicklung des hydrothermalen Herstellungsverfahrens unter Verwendung von Mauerwerkbruch als Quarzkomponente und Papierschlammasche als Kalkkomponente. Die erzeugten Hydrothermalgranulate sind leichte Gesteinskörnungen für die Anwendung als Filter- und Speichermaterial. Neben der Wiederverwertungsmöglichkeit mineralischer Reststoffe und damit der Reduzierung von Deponievolumen wird durch die Substitution natürlicher Rohstoffe und Gesteinskörnungen eine Ressourcenschonung erreicht. Darüber hinaus stellt der hydrothermale Prozess eine energieärmere Alternative zur thermischen Umsetzung des Mauerwerkbruchs zu Blähgranulaten dar.

Stilisierter Programmablaufplan

Quelle: BAM

Der komplette Herstellungsprozess wird betrachtet, von der Aufbereitung des Mauerwerkbruchs über die hydrothermale Härtung bis zu den Applikationen. Die Herstellung der Hydrothermalgranulate erfolgt in einem mehrstufigen mechanischen Prozess mit abschließender hydrothermaler Behandlung.

Händeschütteln

Quelle: BAM

Partner
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Fachbereich Baustofftechnologie
Bauhaus-Universität Weimar, F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde
T.B.R. Teltower Baustoffrecycling GmbH
ZetA Partikelanalytik GmbH
Dr. Bruch & Partner - Geowissenschaftler & Ingenieure
BNB Beton und Naturstein Babelsberg GmbH

Entwicklung poröser Granulate mittels hydrothermaler Behandlung von auf SiO2- und CaO-reichen sekundären Rohstoffen basierenden Stoffmischungen für die Anwendung als Filter- oder Speichermaterial

Jährlich fallen ca. 250 Mio. Tonnen mineralische Reststoffe in Deutschland an, die eine vielfältig einsetzbare sekundäre Rohstoffquelle darstellen. Der Einsatz von Reststoffen führt zur Schonung natürlicher Rohstoffe, zur Reduktion von CO2-Emissionen und zur Einsparung von Deponieraum. Das Projekt HYTEGRA hat zum Ziel, Mauerwerkbruch, ein heterogenes Gemisch aus Ziegel-, Beton- und Leichtbeton-, Kalksandstein- und Porenbetonbruch, sowie Putz- und Mörtelbestandteile und Papierschlammasche aus dem Altpapierrecycling rohstofflich wiederzuverwerten.

Herstellung der porösen Hydrothermalgranulate

Die Herstellung der Hydrothermalgranulate erfolgt in einem mehrstufigen mechanischen Prozess mit abschließender hydrothermaler Behandlung. Das konventionell mechanisch aufbereitete Abbruchmaterial (gemischter Mauerwerkbruch der Körnung 0-32 mm) wird mittels Kugelmühle zu einem Mehl (< 120 µm) verarbeitet, welches im Intensivmischer unter Zugabe von Wasser und Branntkalk oder Papierasche granuliert wird. Die Härtung der Grüngranulate erfolgt hydrothermal unter erhöhtem Druck in gesättigter Wasserdampfatmosphäre bei Temperaturen von etwa 200 °C. Während des Härtungsprozesses bilden sich aus Quarz, Branntkalk und Wasser Calciumsilicathydrat-Phasen, die für die benötigte Festigkeit und Porosität der Hydrothermalgranulate sorgen. Durch die Variation des SiO2-CaO-Mischungsverhältnisses und der Syntheseparameter Temperatur, Druck und Zeit während der hydrothermalen Härtung, aber auch durch die Prozessführung der Granulierung, können die Eigenschaften der Hydrothermalgranulate gezielt eingestellt werden.

Einsatzmöglichkeiten von Hydrothermalgranulaten als Filter- und Speichermaterial

Aufgrund ihrer Mikrostruktur können die Hydrothermalgranulate als Filter- oder Speichermaterial eingesetzt werden, d. h. auch in Bereichen, die über den Bausektor hinausgehen. Hierbei ersetzen die Hydrothermalgranulate leichte Gesteinskörnungen natürlichen Ursprungs, z. B. Lavasand, oder aus natürlichen Rohstoffen hergestellte Körnungen, wie z. B Blähtone. In Kooperation mit den Industriepartnern wurden die Hydrothermalgranulate in vertikalen Bodenfiltern zur Abwasserbehandlung, als temporärer Wasserspeicher zur inneren Nachbehandlung von hochfestem Beton und als Pflanzsubstrat getestet.

Hydrothermalgranulat

Hydrothermalgranulat

Quelle: BAM

Trotz der gelungenen Herstellung der Hydrothermalgranulate im Labormaßstab und der demonstrierten Eignung der Produkte in verschiedenen Anwendungsbereichen besteht nach Projektende weiterer Forschungsbedarf für eine effektive Umsetzung und erfolgreiche Etablierung des Herstellungsprozesses der Hydrothermalgranulate in der Industrie. Weiterführende Studien sollen eine bessere Steuerung der Granulateigenschaften gewährleisten, damit anwendungsspezifische Anforderungen an die Produkte auch bei einer Weiterentwicklung der Herstellungstechnologie eingehalten werden können.

Projektleitung

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)

Projektpartner

BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Fachbereich Baustofftechnologie
Bauhaus-Universität Weimar, F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde
T.B.R. Teltower Baustoffrecycling GmbH
ZetA Partikelanalytik GmbH
Dr. Bruch & Partner Geowissenschaftler & Ingenieure
BNB Beton und Naturstein Babelsberg GmbH

Förderung

Das Projekt HYTEGRA wird vom Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Logos von ZIM und BMWi

Logos: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (links) und BMWi (rechts)

Quelle: ZIM und BMWi