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Organisationseinheit der BAM
In Deutschland fallen jährlich 20 Millionen Tonnen Altpapier an. 75 % davon werden dem Recyclingprozess zugeführt. Dabei bleiben Prozessrückstände wie Deinkingschlämme, Sortierrückstände und Faserreststoffe übrig. Zusammengefasst als Papierschlamm verwerten die Recycler diesen Reststoff thermisch in dezentralen Heizkraftwerken. Die dabei anfallende Papierasche hat mit den Anteilen der Hauptoxide von 59 M.-% CaO, 22 M.-% SiO2 und 13 M.-% Al2O3 eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie Portlandzement, wobei sich die Mineralphasen unterscheiden. Durch eine Aktivierung der Papierasche können jedoch hydraulisch aktive Phasen wie Mayenit (C7A12) und Belit (C2S) erzeugt werden. Die Mineralphase Mayenit reagiert schnell mit Wasser zu Calciumaluminathydraten, wodurch der Bindemittelleim schnell ansteift. Die festigkeitsbildenden Calciumsilicathydrate (CSH) in Bindemittelleimen entstehen bei einer späteren Reaktion von Belit mit Wasser.
Zur Aktivierung dient eine hydrothermale Calcinierung. Dabei wird Papierasche mit einer Aktivatorlösung (Wasser oder KOH) gemischt und bei 200 °C hydrothermal behandelt, wobei sich Hydratphasen ausbilden. Diese Zwischenprodukte dehydratisieren durch eine anschließende Calcinierung zu reaktiven Calciumsilicaten und Calciumaluminaten. Wie sich die Parameter des Aktivierungsprozesses auf die Mineralphasen auswirken, war Fokus der Untersuchungen. Mit thermogravimetrischen Analysen der Zwischenprodukte konnten die Reaktionsprodukte nach dem hydrothermalen Prozessschritt bestimmt werden. Den größten Einfluss auf den Mineralphasenbestand hat hierbei die Alkalität der Aktivatorlösung. Im zweiten Prozessschritt, der Calcinierung, ist die Temperatur der wesentliche Faktor für die Ausbildung reaktiver Phasen. Die Ergebnisse kalorimetrischer Untersuchungen an Leimen aus den calcinierten Proben dienten der Auswahl der optimalen Calcinierungstemperatur. Die gesamte Reaktionswärme war für die Proben, welche bei einer Calcinierungstemperatur zwischen 700-800 °C hergestellt wurden, am höchsten.
Industrial wastes (bottom ash, crushed concrete fines, filter residue, paper ash and lignite fly ash) have potential for use in building materials, for instance as raw materials for clinker production, as supplementary cementitious materials (SCMs) or mineral additions in concrete. The properties of the products are dependent on the reactivity of the waste materials used, which can be classified as inert, latent hydraulic or pozzolanic. In this study, waste materials were first characterised. This was followed by theoretical considerations of the mentioned application options. Experiments were limited to evaluation of potential as SCMs and, for this purpose, activity index measurements and calorimetric and thermogravimetric analyses were performed. Finally, the synergetic effects of various waste materials were considered. Paper ash (calcium oxide source) and filter residue (amorphous silicon dioxide source) showed the best prospects for use as cementitious material components.
Interactions between waste paper sludge ashes and superplasticizers based on polycarboxylates
(2016)
In many industrial nations, about two third of the paper demand is covered by recovered paper. A major process step within the treatment of waste paper is the de-inking. It is a floating process yielding paper sludge as a waste product. About 50 % of this residue is used as a fuel. In several cases it is burnt at temperature of about 850 °C and thereafter the accrued ashes are collected in the flue gas filter. During the combustion, kaolinite and calcium oxide generate gehlenite and larnite. Calcite is the main component of waste paper sludge ash (PA).The chemical and mineralogical composition of PA suggests using it as a supplementary cementitious material.
In modern construction materials technology, workability aspects gain importance, since for most modern materials the rheology and compaction ability are relevant for the operation at a hardened state. It was observed that PA significantly increases the water demand of powder systems, which can cause serious problems during the casting of mineral binder systems containing PA. It is therefore obvious that binder systems containing PA might demand for the use of superplasticizers. Superplasticizers are polymers with anionic backbone that cause electrostatic and steric repulsion effects upon adsorption on surfaces of particles and hydration phases.
In this paper interactions between superplasticizers and waste paper sludge ashes are discussed and analysed. Based on observations of changes in the zeta potential and the dispersion of the particle system, the influence of the charge density of superplasticizers is observed and time dependent effects are demonstrated.
Synthese hydraulischer Phasen in Papierasche und Braunkohlenflugasche durch hydrothermale Behandlung
(2015)
Reststoffe aus industriellen Filter- und Verbrennungsprozessen, die in ihren Hauptbestandteilen aus Si02- und CaO-reichen Mineralphasen bestehen, besitzen das Potential hydraulische Eigenschaften auszubilden. Das bedeutet, dass sie in Anwesenheit von Wasser oder alkalischen Lösungen festigkeitsbildende Phasen entwickeln. Oft bedarf es zunächst einer Aufbereitung um die hydraulischen Mineralphasen zu aktivieren. Hydraulische Phasen sind z.B. die Calciumsilikate Alit (C3S) und Belit (C2S). Sie unterscheiden sich vorrangig durch ihr Ca/Si-Verhältnis. Im Allgemeinen hydratisiert Belit langsamer als Alit und das Hydratationsprodukt weist nach 28 Tagen eine geringere Festigkeit auf. Zur Herstellung von Belit wird weniger Calciumoxid benötigt als zur Herstellung von Alit. Daher muss weniger CaC03 kalziniert werden und der C02-Ausstoß bei der Produktion verringert sich. Zur Synthese von hydraulisch aktivem Belit kann eine hydrothermale Aufbereitung dienen. Verschiedene Autoren nutzten diese Behandlung zur Aktivierung verschiedener Reststoffe, wobei sich CaO-reiche Asche aus der Energieerzeugung (z.B. Braunkohlenflugasche) als sehr geeignet erwies, Papierasche (PA) aus dem Papierrecyling besitzt ebenfalls einen hohen CaO-Gehalt und ist Bestandteil der aktuellen Bindemittelforschung auf Reststoffbasis. Die Untersuchung einer hydrothermalen Aktivierung fehlt bisher. Dieser Artikel soll einen Beitrag zur Klärung der folgenden Fragen leisten: Eignet sich Papierasche zur Belitsynthese durch hydrothermale Behandlung? Wie entwickeln sich die Mineralphasen im Vergleich zur Braunkohlenflugasche?