Kupferschlacke: ein professionelles Strahlmittel und effektiver Ersatzstoff in Kompositzement, Beton und Mörtel

Kupferschlacke ist ein Nebenprodukt aus dem Schmelz- und Raffinationsprozess von Kupfererz und ist als Granulat mit Partikelgrößen von bis zu 5 mm erhältlich. Die Partikel sind kantig, facettenreich und von glasig-schwarzer Farbe und erreichen auf der Mohs-Skala eine Härte von ungefähr 7. Weltweit werden schätzungsweise 14,98 Tonnen Kupferschlacke produziert, bei der Raffinierung einer Tonne Kupfer entstehen 2,2 bis 3 Tonnen Kupferschlacke.

Kupferschlacke wird in vielen Anwendungsarten umfangreich eingesetzt, beispielsweise als professionelles Strahlmittel, als Additiv zu verschiedenen Arten Kompositzements, für Dachdeckungen, in Beton und Mörtel, als Additiv bei der Herstellung von Bodenfliesen, als Granulatersatz in unterschiedlichen, heißen Asphaltmischungen, als Material zur Herstellung von Granulatdachziegeln und als granulare Grundlage unterschiedlicher Mischungen.

Kupferschlacke ist eines der meist geschätzten Strahlmittel in Europa. Sie ist ein ökologisches und nichttoxisches Produkt (Anteil an freiem Siliziumdioxid <0,1%). Sie wurde 1960 erstmals eingesetzt und wird seither vor allem in der Metall-, Automobil-, Schiffbau- und petrochemischen Industrie umfangreich verwendet, um Rost, alte Farbbeschichtungen und kontaminierte Schichten von metallischen Oberflächen Stein, Beton und Ziegeln zu entfernen.

Es wurden bereits viele Untersuchungen durchgeführt, um die Eigenschaften von Kupferschlacke bei Strahlarbeiten zu bestimmen. Zur Ermittlung der Effizienz von Kupferschlacke als Strahlmittel, d.h. (1) der pro Stunde gereinigten Fläche und (2) des Verbrauchs an Strahlmittel zur Reinigung der Referenzfläche haben Kambham et al. 2005 an der New Orleans University, Department ofCivil and Environmental Engineering (Fakultät für Bau- und Umwelttechnik) eine Studie durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass für die Strahleffizienz unter anderem die Qualität des Strahlmittels einen wichtigen Faktor darstellt, ebenso der (1) Strahldruck, der bei 80, 100 und 120 PSI untersucht wurde, sowie die (2) Zufuhrrate mit 3, 4 und 5 Umdrehungen der Öffnung eines Schmidt-Ventils als Referenz. Die Untersuchung führte zu folgenden Ergebnissen:

  • Kupferschlacke ist ein hocheffizientes Strahlmaterial mit exzellenten Eigenschaften beim Reinigen und Abstrahlen verschiedener Oberflächenarten. Als ökologisches Produkt kann sie erfolgreich und mit minimaler Auswirkung auf die Umwelt im Freien zum Strahlen eingesetzt werden. Die Möglichkeit der Wiederverwendung des Materials gestattet bei der Verwendung in Innenräumen die Einsparung von Material.
  • Die gereinigte Fläche ist bei 3 und 4 Umdrehungen der Öffnung größer (bei einem Schmidt-Ventil als Referenz). Bei 5 Umdrehungen sinkt die Produktivität aufgrund von Turbulenzen im Materialstrom wieder (die Partikel interagieren beim Verlassen der Düse mit von der Oberfläche zurückgeprallten Partikeln, und zerbrechen, was wiederum zur Steigerung des Materialverbrauchs führt).
  • Der Verbrauch an Strahlmitteln ist bei einem Strahldruck von 100 bzw. 120 PSI zum Reinigen von alten Farbbeschichtungen optimal, wobei bei der Behandlung von rostigen Oberflächen keine signifikanten Unterschiede festgestellt wurden. Bei einem Strahldruck von 80 PSI ist der Strahlmittelverbrauch beim Entfernen alter Farbbeschichtungen aufgrund der Geschwindigkeitswirkung höher (die Schleifpartikel bewegen sich mit niedriger Geschwindigkeit auf die Grundfläche zu).
  • Der Strahldruck sollte konstant gehalten werden, um einerseits den Anstieg des Verbrauchs bei geringem Strahldruck zu vermeiden und andererseits das Zerbrechen der Partikel bei hohem Strahldruck zu verhindern.

Kupferschlacke wird auch zur Herstellung von Kompositzement als Ersatzstoff für Rohstoffe eingesetzt, die in der Klinkerherstellung verwendet werden. Kupferschlacke wird aufgrund ihres hohen Fe-Gehalts in der Klinkerherstellung als eisenhaltiger Hilfsstoff eingesetzt, der dank seines niedrigen Schmelzpunktes die Kalzinierungstemperatur von Zementklinker herabsetzt. International gesehen beträgt der Klinkeranteil in der Branche 75%, die übrigen 25% werden durch Kupferschlacke und andere Materialien ersetzt, die dem Kompositzement herausragende Festigkeits- und Haltbarkeitseigenschaften verleihen. Beton und Mörtel, bei deren Herstellung ein Teil des Flusssandes durch Kupferschlacke ersetzt wird, ist auf längere Sicht widerstandsfähiger, hat eine geringere Permeabilität und eine niedrige Wasserabsorption.

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