Nutzbarmachung von Gesteinsfüller als Rohstoff zur Herstellung von leichten Gesteinskörnungen : ein Beitrag zur nachhaltigen Produktion in der Steine- und Erden-Industrie

In Deutschland fallen bei der Zerkleinerung von Naturstein zur Produktion von gebrochenen Gesteinskörnungen große Mengen an Gesteinsfüller an. Es wird geschätzt, dass die Gesamtmenge des in Deutschland anfallenden Gesteinsfüllers mindestens 8,1 Mio. t pro Jahr beträgt. Je nach Größe des Betriebs kann die jährlich anfallende Menge an Gesteinsfüller zwischen 5.000 t und 90.000 t schwanken. Die Betriebe vermarkten Gesteinsfüller unter anderem als Urgesteinsmehl oder Fremdfüller. Es wird jedoch nur ein Bruchteil abgesetzt. Der Hauptanteil der anfallenden Gesteinsfüllermassen wird in der Regel auf den innerbetrieblichen Flächen der Steinbrüche entsorgt. Dies führt zu Problemen wie Staubentwicklung bei der Entsorgung, die Entstehung von Gleitflächen auf den innerbetrieblichen Kippen und Platzverbrauch durch die Gesteinsfüllermassen. Weiter stellt die Verkippung des Gesteinsfüllers einerseits einen Ressourcenverlust dar, da die Lagerstätte nicht vollständig genutzt wird, und andererseits einen wirtschaftlichen Verlust dar, da das energieintensivste und teuerste Produkt des Steinbruchs entsorgt wird. Ziel dieser Arbeit war die nachhaltige Nutzbarmachung von Gesteinsfüller als Rohstoff zur Herstellung leichter Gesteinskörnungen - also Gesteinskörnungen mit einer Kornrohdichte kleiner 2.000 kg/m³ und einer Schüttdichte kleiner 1.200 kg/m³ -zu untersuchen. Dazu wurden die Untersuchungen zur Eignung von Gesteinsfüller für eine Produktion von leichten Gesteinskörnungen in vier Phasen durchgeführt. Zunächst wurde in Phase 1 die Eignung von mehreren Gesteinsfüllern anhand der Parameter chemische Zusammensetzung, Korngrößenverteilung und Brenneigenschaften theoretisch bewertet. Im Zuge der Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass sich einzelne Gesteinsfüller als Rohstoff für die Herstellung von leichten Gesteinskörnungen eignen. In Phase 2 wurde aus drei Gesteinsfüllern basierend auf den chemischen und thermischen Eigenschaften ein Andesit-Gesteinsfüller für statische und dynamische Brennversuche in Phase 3 ausgewählt. Die statischen Brennversuche im Muffelofen zeigten erste positive Ergebnisse. Es konnten hier bereits leichte Gesteinskörnungen aus dem ausgewählten Andesit-Gesteinsfüller mit Kornrohdichten unter 1 g/cm³ hergestellt werden. Die weiterführenden dynamischen Brennversuche in Phase 3 zeigten, dass sich der ausgewählte Gesteinsfüller durch Mischen mit 1 Massenprozent Siliziumkarbid, Granulieren im Granulierteller und Brennen im Drehrohrofen zu leichten Gesteinskörnungen verarbeiten lässt. Die Schüttdichte, Kornrohdichte, Wärmeleitfähigkeit und Kornfestigkeit der hergestellten Gesteinskörnungen sind kommerziellen Produkten vergleichbar und erfüllen die Anforderung der DIN EN 13055 bezüglich Kornrohdichte und Schüttdichte. Weiter zeigte sich in Phase 4 einerseits, dass in Deutschland größere Mengen an Gesteinsfüller in der Regel nur von mehreren Steinbrüchen bereitgestellt werden können und andererseits, dass eine wirtschaftliche Produktion möglich ist.