Bisher vorliegende Erkenntnisse lassen erwarten, dass die Kristallisation mit komprimierten Fluiden Feststoffeigenschaften mikro- bzw. nanokristalliner Materialien erzeugen kann, die denen aus konventionellen Verfahren resultierenden ueberlegen sind. Dies sind die sehr enge Korngroessenverteilung und die verminderte Agglomerationsneigung der Feststoffe und die Moeglichkeit, anhaftendes Primaerloesemittel rasch und schonend zu entfernen. Im Vergleich zu klassischen Kristallisationsverfahren, die entweder Temperaturgradienten der Loeslichkeit oder spezielle Faellmittel nutzen, werden bei der Kristallisation mit komprimierten Fluiden Verunreinigungen durch Drittkomponenten und thermische Beanspruchungen der Wertkomponenten vollstaendig vermieden. Die Nutzung ausgepraegter Loeslichkeitsunterschiede in ueberkritischen Gasen bzw. Solvens/Gas-Gemischen praedestiniert das Verfahren auch zur Trennung von Feststoffgemischen und zur selektiven Extraktion von Wertstoffen. Besondere Chancen liegen auch in der Moeglichkeit, sogenannte Mikrokomposite herzustellen, feinkristalline, aus zwei oder mehreren chemischen Substanzen zusammengesetzte Feststoffpartikeln mit reproduzierbarer Mikrostruktur, die als Controlled Releasesysteme fuer bioaktive Wirkstoffe, als Trenn- und Traegermaterialien, als Fuellstoffe fuer Werkstoffe und Beschichtungssysteme, als Sinterpulver oder als Grundbausteine makroskopischer Informationstraeger zunehmend technische Bedeutung erlangen. Das PCA-Verfahren (Precipitation with a Compressed Fluid Antisolvent) gehoert zu den neuesten Varianten der Kristallisation mit hochkomprimierten Fluiden. Die Grundidee dieses Verfahrens besteht in der raeumlichen Begrenzung des Kristallisationsvorgangs auf kleine Tropfen der primaeren Feststoffloesung.
Ziel des Vorhabens ist die Abtrennung der im Produktionsprozess stoerenden Substanzen, wie echt oder kolloidal geloeste Bestandteile, abgeloeste Druckfarbenpartikel, Fuellstoffe, inaktive Feinstoffe und Schwermetalle. Mittels einer gezielten Waesche soll in erster Linie eine Erhoehung des Weissgrades sowie der Homogenitaet des Faserstoffes bzw. eine Verringerung des Chemiekalieneinsatzes bei der Bleiche von Altpapierstoffen erreicht werden. Nach dem Ausschleusen dieser Stoffe zur Verbesserung des Laufverhaltens der Papiermaschine und der Qualitaet des Papiers sollen auch die Einfluesse des Fabrikationswassers weitgehend geschlossener Wasserkreislaeufe auf das Waschergebnis beruecksichtigt werden. Dazu zaehlt weiterhin die Reinigung der anfallenden Waschwaesser fuer die Bereitstellung sauberer Abwaesser bzw. Einflussfaktoren fuer die Kreislaufwasserbehandlung. In den ersten Monaten der Vorhabenbearbeitung wurden Modelle fuer mehrstufige Verdraengungs- und Extraktionswaeschen erarbeitet und die Spezifizierung der Laborversuchseinrichtung vorgenommen.
Die beim Deinken (Druckfarbenentfernung) von Altpapier anfallenden Deinkingschlaemme enthalten bis zu 60 Prozent Anteile an organischen Fuellstoffen (Kaolin, Calciumcarbonat). Im Labormassstab soll die Hochdruck-Nassoxidation optimiert werden, um diese Fuellstoffe abzutrennen. Es soll festgestellt werden, ob die anorganischen Rueckstaende der Nassoxidation fuer einen Wiedereinsatz bei der Papierherstellung geeignet sind. Dabei sind besonders die Abrasionseigenschaften und optische Eigenschaften zu beruecksichtigen. Zusaetzlich sollen Verwertungsmoeglichkeiten in anderen Industriebranchen aufgezeigt werden.
Der bei der Trinkwasseraufbereitung anfallende Kalkschlamm kann nur noch bedingt der Landwirtschaft als Duenger zugefuehrt werden. Ein Grossteil muss deponiert werden. Baustoff-Eignungspruefungen haben gezeigt, dass der getrocknete Kalkschlamm optimale Eigenschaften eines Asphaltfuellstoffes besitzt. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das angelieferte Material mit einer Feuchte von ca. 40 Gew.-Proz. durch eine gezielte Lagerung in einem Darrbecken energiesparend auf ca. 15 Gew.-Proz. zu trocknen und in materialspezifischen Aufbereitungsaggregaten zu zerkleinern. Anschliessend wird der Kalkschlamm in der Trockentrommel einer Asphaltmischanlage zusammen mit den weiteren Mineralstoffen getrocknet und in der Asphaltherstellung verwendet. Der aus diesem Fuellstoff hergestellte Asphalt kann in Deck- und Binderschichten der Bauklasse I und II (hoechste Anforderungen) eingesetzt werden.
1996 konnte das vom BMWi ueber die AiF gefoerderte Forschungsvorhaben 'Verfahren zur verbesserten Entsorgung von leichtgebundenen mineralischen Asbestfasern und Staeuben durch Einsatz biologischer Quellstoffe' erfolgreich abgeschlossen werden. Entsprechend der Zielsetzung wurde ein Verfahren zur Reduzierung der Faserfreisetzung ueber eine zuverlaessige Immobilisierung der Fasern in einer elastischen Matrix entwickelt. Das Verfahren stellt eine Erweiterung der klassischen Nasssanierung dar. Der Unterschied besteht in dem verwendeten Penetrationsmittel, das 'airless' auf das Objekt aufgetragen wird. Anstatt reinen Wassers finden waessrige biologische Quellstoffloesungen Verwendung. Je nach Anwendungsfall eignen sich Quellstoffe auf der Basis von Gelatine, Pektin, Carrageen oder Staerke mit chemischen Zuschlagstoffen. Die Quellstoffloesungen dringen in die poroesen Schichten ein und polymerisieren zu einem Gel, in dem die Fasern eingebunden werden. Abhaengig von der Rezeptur koennen unterschiedliche charakteristische Eigenschaften der Loesungen genutzt werden. So kann die Rezeptur im Hinblick auf eine Oberflaechenversiegelung oder auf maximale Eindringtiefe, thermische Reversibilitaet oder Bestaendigkeit gegenueber aeusseren Einfluessen ausgelegt werden. Die zu ca. 90 Gew.-Prozent aus Wasser bestehenden Quellstoffloesungen sind gegenueber Mensch, Umwelt und Werkstoffen unbedenklich. Die Entsorgungsmoeglichkeiten der einzelnen Fraktionen sowie die Moeglichkeit der Wiederverwendung der Werkzeuge etc. werden nicht eingeschraenkt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens konnte gezeigt werden, dass durch die Verwendung biologischer Quellstoffe die Fasern direkt an der Sanierungsstelle in die Gelmatrix eingebunden werden. Die Penetrationszeiten liegen bei ca. 1 - 2 min/cm und die Zeiten bis zur Fixierung der Fasern in dem sich ausbildenden Gel unter 15 min. Die Faserfreisetzung so behandelter Mineralfaserverbunde wird bei der Abtragung um z.T. ueber 90 Prozent (Partikelanzahl) reduziert. Bei der vorzusehenden hydraulischen Verfestigung dieses Verbundes mit Zement entstehen Faserbetonbloecke, die der in den Asbestrichtlinien festgelegten Mindestfestigkeit im Hinblick auf die Ablagerungsfaehigkeit genuegen. Das entwickelte Verfahren ist einfach anzuwenden und benoetigt nur geringe Investitionen. Dazu zaehlen Faecherstrahlduesen fuer die ohnehin notwendigen Airless-Spritzgeraete und ein beheizbarer, isolierter Vorlagebehaelter. Bei groesseren Vorhaben ist der Einsatz eines Durchlauferhitzers vorteilhaft. Die Kosten fuer Quellstoffe, Energie und Zusatzchemikalien belaufen sich auf ca. 1 DM pro kg Spritzasbest. Derzeit laufen die Planungen fuer eine Kraftwerkssanierung, bei der das neu entwickelte Verfahren mit eingesetzt werden soll.
Die bisherigen Kunststoffrecycling-Verfahren mit Recyclaten auf hohem Qualitaetsniveau sind fuer das Recycling von verschmutzten KST aus dem Hausmuell unwirtschaftlich, weil das Material gereinigt werden muss. Die Reinigung fuehrt zur Abwasserverschmutzung und die Restverunreinigungen verursachen einen erhoehten Muehlenverschleiss. Das von der TU-Berlin entwickelte Recyclingkonzept vereinfacht die Verfahrensfuehrung erheblich und fuehrt zur Wirtschaftlichkeit bei hohem Qualitaetsniveau der Produkte (siehe FKZ 1460586). Die Kunststoffe werden hier sortenrein ohne Reinigung direkt verarbeitet. Die Verunreinigungen werden als Fuellstoff eingearbeitet. Man erspart sich somit aufwendige Reinigungs- und Trocknungsschritte. So koennen grob zerkleinerte Kunststoffe direkt, ohne das sonst notwendige Feinmahlen, verarbeitet werden.
Zielsetzung: Verwertung von Wirbelschichtaschen (WSA) in der Baustoffindustrie durch Anpassung der Eigenschaften an die Qualitaetsanforderungen und Aufbereitung der WSA zur Gewinnung mineralischer Komponenten fuer den Einsatz als Fuellstoffe. Arbeitsprogramm: - Chemisch-mineralogische Untersuchung der WSA, - Entwicklung und Erprobung verschiedener Aufbereitungsmethoden und Anpassung an die gewuenschten Produktqualitaeten, - Herstellung, Eignungspruefung und Erprobung der gewonnenen Produkte. Letzter Stand der Arbeiten zum 31.12.1993: Im Rahmen des Vorhabens wurden folgende Arbeiten durchgefuehrt: chemische und mineralogische Untersuchung mehrerer Wirbelschichtaschen (WSA) unterschiedlicher Provenienz; - Untersuchung der hydraulischen Eigenschaften der Aschen; - Herstellung eines kuenstlichen Zuschlags in Granulatform und Eignungspruefung nach DIN 4226; - Verwendung des Zuschlags als Leichtzuschlag fuer Beton (Bimsersatz) bei der Herstellung von Leichtbausteinen (Vollblock/Hohlblock); - bautechnische und bauphysikalische Untersuchungen der Steine nach DIN 1045 und DIN 18151; - Ueberpruefung verschiedener Haertungsmethoden; - Eluatuntersuchungen zur Feststellung der Mobilitaet der Schwermetall-Ionen der Probekoerper; - Untersuchung der Leichtzuschlaege hinsichtlich Druck- und Biegezugfestigkeit: es wurden Druckfestigkeiten bis zu 16 N/mm2 und Biegezugfestigkeiten bis zu 2,5 N/mm2 erreicht. - Die Anforderungen nach DIN 4226 konnten weitgehend erfuellt werden. - Herstellung von Hohlblocksteinen aus einem luftgehaerteten Leichtzuschlag in einer industriellen Anlage: Pruefung nach DIN 18151 ergab eine Zuordnung zur Rohdichteklasse 1 und zur Festigkeitsklasse 4. - Ergebnis: ein Zuschlag aus WSA ist grundsaetzlich zur Herstellung zementgebundener Baustoffe geeignet.
Zielsetzung: Ziel des Vorhabens ist es, den in seiner mineralogischen Zusammensetzung andersartigen Reststoff aus kombinierten Gas-/Dampfturbinenprozessen zu charakterisieren und Verwertungsmoeglichkeiten im Baustoff- und ggf im Fuellstoffbereich zu untersuchen. Arbeitsprogramm: - Bestimmung der Eigenschaften von GDK-Reststoffen durch chemische und mineralogische Untersuchungen. - Erprobung verschiedener Aufbereitungsmethoden zur Abtrennung unerwuenschter Begleitstoffe und Herstellung verwertungsfaehiger Produkte durch Sieben, Sichten, Zerkleinern, Laugung, Kristallisation. - Einsatz der GDK-Reststoffe bei der Herstellung von Baustoffen - wie Leichtzuschlaege, Putzmoertel, Daemmstoffe, Gasbeton, Leichtbausteine. - Erprobung konditionierter GDK-Produkte als Fuellstoff in verschiedenen Anwendungsbereichen. - Herstellung und Pruefung der Produkte. Letzter Stand der Arbeiten zm 31.12.1994: Es wurden verschiedene Rueckstaende aus Kohlevergasungsprozessen hinsichtlich ihrer chemischen, physikalischen und mineralogischen Eigenschaften sowie ihrer Umweltvertraeglichkeit charakterisiert. Des weiteren wurden Aufbereitungs- und Konditionierungsmassnahmen durchgefuehrt, verschiedene Baustoffe fuer den Hochbau und den Untertagebereich hergestellt und gemaess einschlaegigen Normen ueberprueft. Aufschlussverfahren, Laugungsverfahren und Kristallisation dienten der Gewinnung einzelner Komponenten der Aschen - hauptsaechlich der SiO2- und Al2O3-Anteile-, die als Rohstoff in anderen Industriezweigen wie Waschmittel- oder keramischer Industrie Anwendung finden koennten. Das Ziel, die quantitative Umwandlung der geloesten SiO2- und Al2O3-Komponenten in Zeolith 4A, konnte im Rahmen des Vorhabens nicht erreicht werden.
Die Waermeisolation von Fuellstoffen haengt wesentlich von deren Waermestrahlungsextinktion ab. Diese wird von der chemischen Struktur und der Feinheit der verwendeten Fasern beeinflusst. Bisher war diese Groesse nur fuer Polyesterfuellungen bekannt. Es sollte fuer Federn und Daunen wie fuer synthetische Faserfuellungen die fuer den Waermestrahlungstransport durch ein Fuellvlies charakteristische Groesse, die spezifische Extinktion, ermittelt werden. Es sollte bestimmt werden, wie diese Groesse vom Titer der verwendeten Fasern abhaengt. Fuer Polyethylen und Polypropylen sowie fuer Keratin wurde die spezifische Extinktion in Abhaengigkeit vom Fasertiter ermittelt und den bereits bekannten Daten fuer Polyester gegenuebergestellt. Dabei zeigte sich, dass es fuer alle betrachteten Materialien einen optimalen Fasertiter gibt, fuer den die spezifische Extinktion maximal wird (PES ca. 0.25 dtex, PE, PP ca. 0.2 dtex). Im Bereich der optimalen Fasertiter zeigt sich eine deutliche Abhaengigkeit der spezifischen Extinktion vom Fasermaterial. Fuer Polyester ergeben sich die hoechsten Werte, die denen von Daunenfuellungen vergleichbar sind, gefolgt von Polyethylen. Polypropylen zeigt um die Haelfte geringere Werte als Polyester. Waermeisolationsmessungen an Daunenfuellungen unterschiedlicher Dichte bestaetigten den Zusammenhang zwischen spezifischer Extinktion, Dichte und Waermeisolation. Mit den Ergebnissen des Forschungsvorhabens koennen Hersteller und Weiterverarbeiter von Faservliesen die waermeisolierende Wirkung der Fuellstoffe optimieren und durch geeignete Wahl von Fasermaterial und -titer, auch unter Beruecksichtigung weiterer Parameter wie Dicke, Gewicht, Bauschkraft oder Kosten, gezielt auf die Anwendung abstimmen.
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