Flugasche und Cenosphären

Flugasche, ein Nebenprodukt aus kohlebefeuerten Wärmekraftwerken, ist ein puzzolanisches Material, das als wertvolle Ressource anerkannt ist und Baustoffen beigemischt werden kann, um bei Kontakt mit Wasser zementartige Verbindungen zu bilden. CenosphärenHohle, kugelförmige Partikel, die überwiegend offenporig sind, zählen zu den wichtigsten Wertschöpfungsmaterialien bzw. Nebenprodukten der Flugasche. Dies ist auf die besonderen Eigenschaften der Cenosphären zurückzuführen, wie ihr geringes Gewicht, ihre gute Fließfähigkeit, ihre chemische Inertheit, ihre gute Isolierfähigkeit, ihre hohe Druckfestigkeit und ihre niedrige Wärmeleitfähigkeit. Dadurch finden sie breite Anwendung in vielen Industriezweigen. Cenosphären sind als Füllstoff oder Zusatzstoff in vielen Spezialanwendungen sehr gefragt, beispielsweise in Leichtbeton, Polymerverbundwerkstoffen, Bremsscheiben und Differentialdeckeln für Kraftfahrzeuge, mullitbeschichteten Dieselmotorkomponenten sowie in Anwendungen zur elektromagnetischen Abschirmung und Energieabsorption. Auch als Baumaterial werden Cenosphären eingesetzt, etwa in leichten Wärmedämmverbundwerkstoffen, leichten schallabsorbierenden Baustoffen mit Cenosphären-verstärktem Zement und Asphaltbeton sowie in Leichtbeton. Jüngste Berichte zeigen, dass Cenosphären als Zusatzstoff oder Füllstoff in Polymerbetonmatrizen zur Herstellung von Verbundträgern und Verbundbahnschwellen verwendet werden. Aufgrund ihrer sphärischen und hohlen Morphologie sind Cenosphären besonders vielversprechend, da sie eine hohe Beständigkeit gegen Rissausbreitung aufweisen.
Die Dichte der Cenosphären variiert von 0,2 g/cm³ bis 2,6 g/cm³. Die Verfügbarkeit solcher Cenosphären mit niedriger Dichte (Die bestehenden Verfahren zur Cenosphärentrennung werden in zwei Gruppen eingeteilt: Nass- und Trockentrennung. Der Nasstrennmechanismus basiert auf den Dichteunterschieden zwischen Feststoffpartikeln und einem flüssigen Medium: Mit diesem Verfahren können Cenosphären durch Schwerkraftabscheidung – das sogenannte Sink-Schwimm-Verfahren – aus Flugasche gewonnen werden. Die Trenneffizienz der Nasstrennung basiert auf dem natürlichen Auftrieb der Cenosphären im Medium, der Konzentration der zugeführten Partikel, der Oberflächenstruktur und Porosität der Partikel sowie auf Reinigungszyklen. Die Effizienz wird jedoch durch die hohe Masse der Flugasche begrenzt, die verhindert, dass Partikel, die leichter als Wasser sind, der Agglomeration entkommen und somit ihren Aufstieg zur Oberfläche behindert. Der Vorteil der Nasstrennung liegt in der Möglichkeit, direkt aus dem Trennprozess intakte Cenosphären mit niedriger Dichte zu gewinnen. Die Verfügbarkeit von Land und Wasser ist jedoch ein großes Problem für die großtechnische Produktion. Ein weiteres Problem ist die Frage der Auflösung von Schadstoffen im Wasser. Ein weiterer Nachteil ist die Notwendigkeit eines zusätzlichen Trocknungsschritts vor der Weiterverwendung. Bezüglich der Materialqualität (insbesondere bei Flugasche der Klasse C mit hohem Kalziumgehalt) bilden sich Kristalle auf der Partikeloberfläche, die beim Trocknen aushärten und somit die weitere Verwendung einschränken. Die Trockentrennung ist eine Alternative, die die Probleme der Nasstrennung überwinden soll. Bei diesem Verfahren bleibt die chemische Zusammensetzung unverändert. Zudem ist kein Trocknungsschritt erforderlich, wodurch Energieprobleme vermieden werden. Allerdings erfordert dieses Verfahren fortschrittliche Technologie zur pneumatischen Trennung, beispielsweise einen Windsichter, um die Partikel effizient zu klassieren. Die Windsichtung trennt dispergierte Feststoffpartikel anhand ihrer Unterschiede in Größe, geometrischer Form und Dichte im Luftstrom.