Recycling von Gipsplatten

Prof. Dr. Hans-Ulrich Hummel

Gebr. Knauf Westdeutsche Gipswerke
97343 Iphofen

1 Der Rohstoff Gips

Gips ist seit vielen tausend Jahren ein wichtiges Bindemittel urbaner Bautätigkeit. Standen früher empirische Eigenschaften, wie z.B. die einfache Verarbeitung und die hohe Frühfestigkeit dieses Baustoffes im Vordergrund, so treten heute eher objektivierbare Kriterien in den Vordergrund, die über Anwendung und Auswahl eines Baustoffes entscheiden.

Danach ist Gips aufgrund seiner pH-Neutralität und seiner nachweislich hervorragenden bauphysikalischen Eigenschaften aus dem Innenausbau nicht mehr wegzudenken. Unübertroffen sind Gipsbaustoffe für brandschutztechnische Anwendungen wegen ihrer Unbrennbarkeit sowie dem thermisch abspaltbaren Kristaliwasser.

Gips (CaSO₄ 2H₂0) ist in der Biosphäre ubiquitär vertreten und entstand als Fällungsprodukt bei der Meerwasserverdunstung vor über 200 Mio. Jahren. Die Löslichkeit des Salzes beträgt ca. 2,5 g/l.

Gips aus Rauchgas-Entschwefelungs-Anlagen

Neben Gips aus natürlichen Lagerstätten wird heute in bedeutendem Ausmaß der sog. REA-Gips verwertet. Dieser Rauchgas-Entschwefelungs-Anlagen-Gips fällt bei der Entschwefelung von Rauchgasen fossiler Kraftwerke an. Dabei reagiert Schwefeldioxid aus dem Rauchgas mit feinverteiltem Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid unter oxidierenden Bedingungen zu Gips.

Seit Inkrafttreten der Großfeuerungsanlagenverordnung im Jahre 1983 ist ein ständig steigendes Aufkommen von REA-Gipsen zu verzeichnen. Bis zum Jahr 2000 wird die REA-Gipsmenge durch das Hinzukommen der Braunkohlegipse aus den neuen Entschwefelungsanlagen in den neuen Bundesländern von 4,9 Mio. t in 1996 bis auf 6,3 Mio. t im Jahre 2000 ansteigen [1].

Diese Gipsmengen werden weitgehend von der deutschen Gipsindustrie verwertet, wobei diese Verwertung lokal auf die Kraftwerksstandorte und deren nähere Umgebung beschränkt bleiben muss.

Diese Verwertung des REA-Gipses stellt die Lösung eines gravierenden Umweltproblems dar und zeigt die große ökologische Wertschöpfung des Baustoffes Gips.

2 Vom Rohstoff zum Produkt: Die Herstellung von Gipsplatten

Gipsplatten stellen einen idealen Baustoff dar und bilden die Basis für den modernen und rationellen Trockenbau.

Zur Herstellung wird der Rohgips zunächst zum sogenannten Stuckgips kalziniert:

Dieser großtechnische Vorgang erfordert nur einen geringen Energieaufwand, denn die Wasserabspaltung kann bei Temperaturen von ca. 150 ⁰C durchgeführt werden.

Technisch wird die Kalzinierung in Großkochern oder Drehöfen durchgeführt.

Abb. 1 Die Herstellung von Stuckgips im Drehofen

Der feingemahlene Stuckgips wird schließlich wieder mit Wasser vermischt und stellt damit das Bindemittel für Gipsplatten dar. Auf modernen Bandstraßen, die z.T. Produktionsleistungen von über 100 m/min aufweisen, wird der Gipsbrei zwischen zwei Kartonlagen aufgetragen.

Abb. 2 Schematische Darstellung der Herstellung von Gipsplatten

Der Gipsbrei erstarrt hier rasch unter Ausbildung eines stabilen Gipsgefüges. Daher können die Endlosplatten am Ende der Abbindestrecke bereits geschnitten werden. Die Einzelplatten passieren schließlich noch einen Trockner, in dem das Überschusswasser entfernt wird. Anschließend sind die Platten einsetzbar [2].

Gipsplatten sind typische Sandwich-Bauelemente und werden in den Stärken 9,5, 12,5, 15, 18, 20 und 25 mm hergestellt. Je nach Einsatzbereich können Längen und Breiten variieren. Die Kantenausführungen sind ebenfalls sehr variabel und hängen vom Einsatzgebiet und der bevorzugten Verspachtelungstechnik ab [2].

Abb. 3 Kantenausführungen von Gipsplatten

Zur Verarbeitung werden die Gipsplatten einfach auf Metallständerwände geschraubt. Je nach Anforderung kann dabei eine ein- oder zweilagige Beplankung notwendig sein.

Abb. 4 Einlagig beplankte Trennwand im Aufbau vor der Verspachtelung

3 Gipshaltige Baureststoffe

Nach dem Ablauf der Nutzungsphase eines Baustoffes wird dieser zu Abfall, besser zur Baurestmasse. Gegenwärtig produziert die Bundesrepublik Deutschland eine Gesamtabfallmenge von ca. 400 Mio. t jährlich [3].

Davon entfallen ca. 300 Mio. t auf die sog. Baureststoffe.

Diese Baureststoffe setzen sich wie folgt zusammen:

Zahlenmäßig lässt sich die Menge der Gipsbaustoffe in den Baurestmassen nur schwer abschätzen. Im Bauschutt dürften ca. 1 % Gipsbaustoffe, d.h. derzeit ca. 450.000 t enthalten sein [4].

Das Kreislaufwirtschaftsgesetz, in Kraft getreten am 27.9.1996 hat den Primärzweck, die Förderung der Kreislaufwirtschaft zur Schonung der natürlichen Ressourcen und die Sicherung der umweltverträglichen Beseitigung von Abfällen zu regeln [5].

Zur zeitlichen Umsetzung dieser Vorgabe hat sich der Kreislaufwirtschaftsträger Bau eine 50-prozentige Verwertungsvorgabe bis zum Jahre 2005 gesetzt. D.h. die Ablagerung von verwertbaren Bauabfällen soll bis zum Jahre 2005 halbiert werden, bezogen auf das Bauvolumen von 1995.

Damit wird die Wiederverwertung von Baustoffen zu einer zentralen Herausforderung für die deutsche Bauwirtschaft.

4 Recycling von Gipsplatten

Grundsätzlich können Gipsplatten vollständig in den normalen Produktionsprozess rückgeführt werden, vorausgesetzt, es sind keine störenden Kontaminationen vorhanden.

Gipsplattenreste zur Wiederaufbereitung fallen an als

• Abschnitte an den Bandstraßen der Herstellbetriebe, und zwar trocken und nass,
• Besäumreste an den Bandstraßen der Herstellbetriebe, und zwar trocken,
• Baustellenabfälle und sortenreiner Bauschutt von Neubauvorhaben und kontrolliertem Rückbau,
• Baumischabfälle aus unkontrolliertem Abriss.

Während produktionsbedingte Abschnitte und Besäumreste direkt beim Hersteller anfallen und dort unmittelbar wieder in den Produktionsprozess eingeschleust werden können, gelangen Baustellenabfälle und Bauschutt (vermischt und sortenrein) zunächst zum Wiederaufbereitungsunternehmen.

Diese Gipsabfälle werden nach dem Abfallartenkatalog der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) bzw. nach der Europäischen Abfallkatalog-Verordnung (EAKV) durch Schlüsselnummern klassifiziert [6]:

Bei vielen Bauschuttaufbereitungsuntemehmen werden heute bereits die stückigen Gipsplattenreste aussortiert und getrennt behandelt. Zur Rückführung des Materials in den Produktionskreislauf werden die Platten zunächst zerkleinert bzw. aufgemahlen, wobei sich Gips und Karton mechanisch weitestgehend trennen.

Der weitere Verwertungsweg hängt von den sortenfremden Verunreinigungen ab.

Beschichtete oder angestrichene Platten bedingen Verunreinigungen vom Anstrich oder dem Beschichtungsmaterial. Hier bietet sich eine Weiterverwendung nach dem Müller-Kühne-Verfahren an [7].

Das Müller-Kühne-Verfahren

Nach Müller und Kühne wird Gips bzw. Calciumsulfat bei Temperaturen oberhalb von 700 ⁰C reduzierend gespalten.

Als Zwischenprodukt entsteht dabei schließlich Calciumoxid, aus dem mit SiO₂, A1₂0₃ und Fe₂O₃ bei Temperaturen zwischen 1200 und 1450 ⁰C Zementklinker gebrannt werden.

Das bei der Spaltung von CaSO₄ entstehende SO₂ wird nach dem gängigen Verfahren in Schwefelsäure umgewandelt.

Als Produkte entstehen Schwefelsäure und Zement, die bestimmungsgemäß in der chemischen Industrie und der Baustoffindustrie verwendet werden.

Falls die Plattenreste frei von Kontaminationen sind, kann auch direkt eine Wiederverwertung durch die Gipsindustrie erfolgen. Dazu erfolgt zweckmäßig eine Trennung von Gips und Karton.

5 Die Wiederaufbereitungsanlage von in Iphofen

Bei entstand am Standort Iphofen eine moderne Wiederaufbereitungsanlage für Gipsplatten. Das Projekt wurde im Rahmen des LIFE-Programms von der Europäischen Kommission gefördert.

Die mit einem Kipper oder Stapler angelieferten Gipsplatten bzw. Plattenreste werden in den Trichter eines Schneckenzerkleinerers gekippt. Die Aufgabemenge darf 8 m³ nicht überschreiten. Die Platten werden zunächst von parallel laufenden Schnecken zerkleinert und schließlich durch Messerzerkleinerer gedrückt. Dabei werden die Platten weitgehend zerkleinert und der Karton wird vom Gips mechanisch abgetrennt.

Die Leistung dieser Anlageneinheit liegt bei 20 t/h. Das Rohmaterial gelangt schließlich auf eine Siebmaschine, wo bei 25 mm getrennt wird. Der Siebüberlauf gelangt in den Schneckenzerkleinerer zurück, der Siebdurchgang kann in einem Silo zwischengelagert werden.

Durch den am Silo eingebauten Austragsboden wird das Material mit einer Dichte von ca. 0,6 kg/dm³ auf ein Wiegeband ausgetragen.

Dieser konstante Materialstrom wird nun einer Pfeiffermühle zugeführt und gemeinsam mit Rohstein vermahlen. Nach der Mahlung gelangt das Feingut wiederum auf ein Sieb, wo die Papierreste vom Gips getrennt werden.

Der Gipsstrom wird schließlich dem Kocher zugeführt und zu Stuckgips kalziniert und das Papier wird zu Quadern verpresst und in Container abgefüllt.

Das Papier kann so entweder zur Produktion von Gips- oder Gipsfaserplatten verwendet werden oder aber dem Kartonlieferanten übergeben werden. Damit ist ein vollständiger Produktkreislauf gewährleistet.

6 Literatur

[1] Hamm, H.: Die Bewältigung des REA-Gipsproblems — eine Aufgabe der europäischen Gipsindustrie. Zement-Kalk-Gips 8, 443 - 451, 1994.

[2] Gips-Datenbuch, herausgegeben vom Bundesverband der Gips- und Gipsbauplattenindustrie e.V., Darmstadt 1995.

[3] Held, M.: Mengen und Schadstoffproblematik bei Bauabfällen. Umwelttechnik Forum, Berlin 1995.

[4] Andrä, H.P.; Schneider, R.; Wickbold, T.: Baustoff-Recycling. Landsberg, Ecomed Verlag 1994.

[5] Gesetz zur Vermeidung, Verwertung und Beseitigung von Abfällen. Bundesgesetzblatt, Teil 1, 5. 2705 - 2728, 1994.

[6] LAGA — Länderarbeitsgemeinschaft Abfall. Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Reststoffen/Abfällen. Technische Regeln, Stand 7.9.1994.

[7] Haase, R.: Beitrag zur Verwertung von Abfallprodukten im Gips-Schwefelsäure-Verfahren. MLU Halle, 1987.