DD230519A3

DD230519A3 - Rohmischung zur herstellung von sulfatresistentem, alkaliarmen portlandzement

Info

Publication number: DD230519A3
Application number: DD25310483A
Authority: DD
Inventors: Emil Czulkowski; Alfred Scharf; Alfred Stoellger
Original assignee: Ruedersdorf Zementwerke
Priority date: 1983-07-15
Filing date: 1983-07-15
Publication date: 1985-12-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rohmischung zur Herstellung von sulfatresistentem, alkaliarmen Portlandzement nach dem Halbtrockenverfahren, wobei ein Alkaligehalt 0,8% und ein C3A-Gehalt 3% im Portlandzement erreicht wird. Ziel der Erfindung ist der Einsatz einer Rohmischung, die kostenguenstig herzustellen ist, und die den Klinkerbrennprozess hinsichtlich des Durchsatzes und des Staubanfalls verbessert. Ein besonderes Ziel ist die Einsparung von Primaerenergie. Erfindungsgemaess wird eine Rohmischung aus Kalkstein, Korrekturrohstoffen und 4-7 Gew.-% eines festen, brennbaren braunkohlenhaltigen Stoffes, der 14-22% hygroskopisch gebundenes Wasser enthaelt, hergestellt.

Description

Es sind Verfahren zur Herstellung alkaliarmer Zemente bekannt, (z.B. DE-OS 1471115) bei welchem die alkalihaltigen Abgase nach der Sinterung durch Vorwärmung mindestens eines Abteils des Rohmehls so gekühlt werden, daß sich keine wesentlichen Anteile an Alkalien auf dem Rohmehl abscheiden, und daß die, durch die Kühlung in den Abgasen kondensierten Alkalisalze in Form eines alkalireichen Staubes in einer Entstaubung abgeschieden und aus dem System entfernt werden. Es wird auch darauf hingewiesen, daß der Alkaligehalt im Klinker bei Anwendung des Halbtrockenverfahrens gesenkt wird, wenn die mit Wasserdampf angereicherte Abluft der Granalien-Vortrocknung als Verbrennungsluft für die zweite Brennstufe nochmals, und zwar an der heißesten Stelle, durch das Klinkerbett geblasen wird. Die hocherhitzte wasserdampfhaltige Luft fördert dabei in bekannter Weise die Verflüchtigung der Alkalien aus dem Klinker. Dieses Verfahren zur Herstellung alkaliarmer Zemente ist technisch jedoch sehr aufwendig und garantiert keine hohe Festigkeit der Granalien auf dem Wanderrost. Weiterhin tritt ein hoher Staubanteil auf, der aus dem System entfernt werden muß.

Verfahren zur Herstellung von Zement, bei denen Brennstoffe zur Rohmischung zugegeben werden, werden in mehreren Patentschriften beschrieben. Unter Beachtung der Zielstellung Sekundärbrennstoffe zu verwenden, sind solche technischen Lösungen, wie in den DD-PS 2379, DD-PS 3009 und DE-PS 800286 beschrieben, zu berücksichtigen.

Die DD-PS 2379 sieht die Zugabe von kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen mit höherem Tonerdegehalt, z. B. Waschberge aus der Steinkohleaufbereitung, zur Rohmischung beschrieben. Die Zugabe der hier beschriebenen Abfallstoffe zu einer Rohmischung, welche nach dem Halbtrockenverfahren auf einem Wanderrost kalziniert werden, kann zu wärmewirtschaftlichen Vorteilen führen; die Herstellung alkaliarmer Portlandzemente mit hoher Sulfatbeständigkeit ist hierbei jedoch technisch nicht gegeben.

Die in den DD-PS 3009 und DE-PS 800286 beschriebenen technischen Lösungen sehen die Zugabe von Brennstoff zum Rohgut vor. Beide Herstellungsverfahren konnten sich in der Betriebspraxis der Zementindustrie nicht durchsetzen. Die Herstellung eines Zementes nach DD-PS 3009 würde ein Bindemittel mit einem sehr hohen Alkaligehalt erbringen, wobei Klinker mit einem Raumgewicht unter 1 in der Praxis nicht bekannt sind. Ein Mischbinder gemäß DE-PS 800286 würde in allen Qualitätsparametern von einem sulfatresistentem, alkaliarmen Portlandzement abweichen.

Gemäß DD-WP 141516 ist auch ein Verfahren zur Aufbereitung eines Rohstoff-Brennstoff-Gemisches zur Herstellung von Zement bekannt, bei dem die Komponenten Rohmaterial, feste Zuschläge sowie flüssige und feste Brennstoffe gemeinsam vermählen werden. Die Vorteile liegen hier in einer energiesparenden Aufbereitung eines Rohstoff-Brennstoff-Gemisches. Die Aufbereitung dieses Rohstoff-Brennstoff-Gemisches zu Granalien bzw. Preßlingen sieht nach der Formbildung eine Ummantelung mit Rohmehl vor. Neben dem kostenaufwendigen Einsatz von Primärenergie zum Rohmehl in einem Anteil von >8,5% bestehen bei diesem Verfahren sicherheitstechnische Probleme bei der Rohmahlung durch die Gefahr von Verpuffungen. Durch die Anwendung der DD-WP 141516 ist die Herstellung eines sulfatresistenten, alkaliarmen Zementklinkers mit einem Alkaligehalt <0,8% nicht nachweisbar.

Die bekannten technischen Lösungen führen bei ihrer Anwendung in allen Fällen zu einem kompakten, festen Klinker, bei dem die Alite in der Struktur gleichmäßig verteilt vorliegen. Damit wird die Mahlbarkeit des Zementklinkers verschlechtert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Herstellung von sulfatresistentem, alkaliarmen Portlandzement, wobei eine kostengünstig herzustellende Rohmischung eingesetzt wird. Durch die Rohmischung soll sowohl ein Portlandzement mit besonders hohem Gebrauchswert hergestellt, als auch Primärenergie eingespart werden. Weiterhin ist beim Halbtrockenverfahren der Klinkerdurchsatz zu erhöhen und der Staubanfall zu vermindern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Rohmischung bei der Herstellung von Zement einzusetzen, aus der Granalien mit einer hohen „Grünfestigkeit" und gleichförmige, poröse Zementklinker mit xenomorphem Alitegefüge hergestellt werden.

Weiterhin besteht die Aufgabe, im Klinker den Alkaligehalt auf < 0,8% und den C₃A-Gehalt auf <3% zu senken, wobei gleichzeitig eine Einsparung an primären Brennstoffen erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird eine Rohmischung für einen sulfatresistenten, alkaliarmen Portlandzement hergestellt, indem die kalkhaltige Komponente mit einem natürlichen Korrekturrohstoff gemeinsam in einer Mahltrocknungsanlage vermählen wird.

Der natürliche Korrekturrohstoff fällt bei der Braunkohlengewinnung als Abfallmaterial an.

Die erfindungsgemäße Rohmischung wird granuliert, wobei die Zusammensetzung in folgende Bereiche eingestellt wird:

CaO	61-66%
SiO₂	18-20%
Fe₂O₃	6-8%
AI₂O₃	= 5%
brennbare	4-7%
Bestandteile
Wasser	14-22%

(bezogen auf die brennbaren Bestandteile)

Die brennbaren Anteile, nämlich die Braunkohlenanteile liegen dabei gleichmäßig und fein verteilt in der Granalie vor. Die Anteile des Wassers werden dabei von den Braunkohleteilchen durch die bestehenden Vandar-Wall'schen Kräfte und Dipolkräften absorbiert und bewirken ihrerseits ein festes Anbinden der anorganischen Teilchen. Dadurch entsteht eine Granalie mit einer hohen „Grünfestigkeit", die auch bei einer Schichtdicke zu 150-200 mm auf dem Rostband nicht zerstört wird. Die Formbeständigkeit der Granalien bewirkt wiederum eine gute Ofenführung, da die Zugverhältnisse keinen Schwankungen unterliegen bzw. die Heißgase ungehindert die Granalien umströmen können. Auf dem Rostband wird zuerst das freie Wasser aus der Granalie getrieben. Das Austreiben des im Brennstoff absorbierten Wassers erfolgt bei einer Temperatur > 100⁰C. Dieses Austreiben erfolgt über einen größeren Temperaturbereich und damit über einen größeren Zeitraum, wodurch die Formbeständigkeit der Granalie gewährleistet ist. Die Zündtemperatur für die eingelagerten Brennstoffteilchen in der Granalie liegt bei etwa 250⁰C, wobei die Verbrennung des Brennstoffes in der Granalie von außen nach innen abläuft und die entstehenden Heißgase durch die bereits gebildeten Poren gut abgeleitet werden können. Nach der Sinterung im Drehrohrofen liegt ein formstabiler, poröser Zementklinker mit xenomorphem Alitgefüge vor, wobei die Porosität des Klinkers die Zementmahlung entscheidend verbessert.

Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Rohmischung wird neben den beschriebenen technischen Vorteilen auch unerwartet eine wesentliche Senkung des Alkaliengehaltes im Klinker erreicht. Portlandzement, der aus normal hergestelltem Klinker gemahlen wird, weist einen durchschnittlichen Alkaligehalt von 1,2-1,6% auf. Dieser hohe Alkaligehalt wirkt sich nachteilig auf den Ablauf des Brennverfahrens und auf die Qualität des Klinkers und damit auch auf die Qualität des Zementes aus. Alkalien verdampfen in der Sinterzone und kondensieren anschließend im Rostbandbereich zu festem Alkalisulfat und Alkalichlorid. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß die geringen Staubanteile im Abgas, hervorgerufen durch die hohe „Grünfestigkeit" der Granalie sowie durch die feste, poröse Struktur des Klinkers, den im Kreislauf befindlichen Alkaliengehalt auf einen unerwartet niedrigen Anteil festgelegt. Weiterhin werden durch eine erhöhte „innere" Wärme in der Granalie bereits während der Kalzinierung die Alkalien mit den Verbrennungsgasen verflüchtigt. Die poröse Klinkerstruktur führt durch den besseren Wärmeaustausch zwischen Heißgas und den einzelnen Klinkerkörnem zu einer um 100-150°C gesenkten Sintertemperatur.

Ausführungsbeispiel

Kalkstein, eisen- und kieselsäurehaltigen Komponenten werden in einer Mahlanlage gemeinsam mit einem natürlichen Korrekturrohstoff mit der Zusammensetzung (bezogen auf die Trockensubstanz)

SiO₂ 46,1%

Fe₂O₃ 4,6%

AI₂O₃ 9,6%

CaO 2,3%

SO₃ 2,8%

brennbare 34,6%

Bestandteile

und 31 % Wasser vermählen. Anschließend erfolgt über Homogenisierungsanlagen die Vergleichmäßigung der Rohmischung; über gleichmäßig der Rohmischung; über Granulierungseinrichtungen (z. B. Granulierteller) die Granulierbildung. Die Rohmischung weist nach der Granulierung folgende Zusammensetzung auf:

CaO 65,82%

SiO₂ 18,02%

Fe₂O₃ 7,64%

AI₂O₃ 3,67%

brennbare

Bestandteile 4,14%

Wasser 14%

(bezogen auf die brennbaren Bestandteile)

Nach dem Halbtrockenverfahren wird die granulierte Rohmischung getrocknet, kalziniert und gesintert. Der erfindungsgemäß hergestellte Zementklinker wird zu einem Portlandzement vermählen, der einen Alkaligehalt < 0,8% und einen C₃A-Gehalt <3% aufweist.

Claims

Erfindungsanspruch: Rohmischung zur Herstellung von sulfatresistentem, alkaliarmen Portlandzement nach dem Halbtrockenverfahren mit einem Alkaligehalt <0,8% und einem C3A-Gehalt <3%, bestehend aus Kalkstein, Korrekturzuschlägen und kohlenstoffhaltigen Abfallstoffen, gekennzeichnet dadurch, daß ein Anteil von 4-7 Gew.-% des festen, brennbaren braunkohlenhaltigen Stoffes mit 14-22% hygroskopisch gebundenem Wasser, enthalten ist. Hierzu 2 Seiten Zeichnungen Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Rohmischung zur Herstellung von sulfatresistenten, alkaliarmen Portlandzement nach dem Halbtrockenverfahren, wobei ein Alkaligehalt <0,8% und ein C3A-Gehalt <3% im Portlandzement erreicht wird. Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Eine bekannte Herstellungstechnologie für Zementklinker ist das Halbtrockenverfahren, welches einige besondere Verfahrensschritte aufweist. Hier wird die Rohmischung, nach ihrer Zerkleinerung in ein getrocknetes, staubförmiges Rohmehl unter Zugabe von Wasser zu sogenannten Granalien geformt. Das staubförmige Rohmehl wird also agglomeriert. Man versteht hierunter das Zusammenlagern von dispersen Teilchen zu größeren Teilen. Ziel des Agglomerierens von dispersen Feststoffen ist es, aus einen feinkörnigem Gut ein grobkörniges Produkt mit vorgegebener Korngröße- und Korngrößenverteilung sowie bestimmter Kornfestigkeit herzustellen. Zur Kornvergrößerung müssen zwischen den beteiligten Eingangskörnern Bindekräfte erzeugt werden, die den Zusammenhalt dieser Körner zu einem Agglomerat bewirken. Speziell kommen beim Granulieren die Kapillarkräfte durch Flüssigkeitsbrücken zwischen den Feststoffteilchen zum Tragen. Charakteristisch für das Aufbauagglomerieren bei der Granulation von Zementstrohmehl ist das Abrollen des Haufwerkes auf dem Granulierteller. Dabei bilden sich durch Zugabe eines flüssigen Bindemittels (Wasser) aus der Zusammenlagerung von feinkörnigen Teilchen infolge von Kapillarkräften die gewünschten Granalien. Bei der Herstellung dieser Granalien werden überwiegend Granulierteller eingesetzt. Die Granalien besitzen einen Durchmesser von 7 bis 20 mm und weisen nach dem Granulieren einen Wassergehalt von 12 bis 14% auf. Dieser Wassergehalt ist also erforderlich, um der Granalie Festigkeit zu verleihen, welche eine Zerstörung der Granalien in den folgenden Verfahrensschritten verhindert. In dem speziellen Fall spricht man von der „Grünfestigkeit" der Granalie. Für die Stabilität der Granalien auf dem Rost ist die Festigkeit entscheidend. Diese Eigenschaft der Granalien werden weitgehend von der Art des Rohmaterials, insbesondere seiner Tonkomponente, festgelegt. Hier spielen „keramische" Eigenschaften wie Bildsamkeit und Quellfähigkeit der Tonminerale die wesentliche Rolle. Durch die Art der Tonkomponente wird auch grundsätzlich bestimmt, ob ein Rohmehl granulierfähig ist und somit nach dem Halbtrockenverfahren verarbeitet werden kann. Bisher setzt die Verarbeitung von Rohmehl zu einem Portlandzementklinker nach dem Halbtrockenverfahren die Zugabe einer Tonkomponente voraus. Die Rohmehlgranalien werden anschließend auf einem Wanderrost in einem Temperaturbereich von 300 bis 9000C getrocknet und kalziniert. Neben der chemischen Zusammensetzung der Zementrohmischung und den technologischen Faktoren des Brennprozesses spielt die mineralogische Zusammensetzung der Rohstoffe bzw. des Rohmehls eine wesentliche Rolle beim Klinkerbildungsprozeß. Die wissenschaftliche Durchdringung dieses Teilgebietes ist noch unzureichend, was sich in zum Teil widersprechenden Literaturangaben widerspiegelt. Die qualitative und quantitative Mineralzusammensetzung beeinflußt auf Grund der unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften der Minerale, z. B. für die Produktion von sulfatresistenten und alkaliarmen Portlandzementen u.a. folgende Parameter:

1. Granulierfähigkeit der Zementrohmischung

2. Mechanische und thermische Stabilität von Rohmehlgranalien

3. Staubbildung beim Brennprozeß

4. Spez. Wärmeaufwand beim Klinkerbrennen

Bei der Produktion eines sulfatresistenten alkaliarmen Portlandzementes liegen ungünstige mineralogische Voraussetzungen vor. Bei der Produktion eines Portlandzementes mit geringem C₃A-Gehalt (<3%) ist ein Kalkstein mit geringem AI₂O₃-Gehalt (Tonkomponenten) Voraussetzung. Unabhängig von den entsprechenden Brennverhältnissen, wird ein hoher Einsatz an Fe₂O₃-Träger benötigt, um den C₃A-Gehalt <3% zu garantieren. Entsprechende Voraussetzung weist ein Kalkstein mit einem CaCCyGehalt von > 86% und geringen Tonanteilen auf. Der Kalkstein für normalen Portlandzement weist z.B. 81,5-83% CaCO₃ auf. Durch die ungünstige mineralogische Voraussetzung ist ein höherer Energieaufwand notwendig, da die vorhergenannten Pgrameter negativ auf den Brennprozeß wirken.

Besonders zu erwähnen ist die schlechtere Granulationsfähigkeit des Zementrohmehls während des Granuliervorganges und die Staubbildung im geschlossenen Ofensystem des Brennprozesses. Zwischen diesen beiden Erscheinungen bestehen wiederum Wechselbeziehungen. Die Zementrohmischung für einen sulfatresistenten, alkaliarmen Portlandzement ist durch eine mangelnde Granalienstabilität gekennzeichnet. Die Ursache liegt darin, daß die Granalien durch das Fehl an Tonkomponenten nicht die nötige mechanische Festigkeit besitzen und beim Austreiben (Aufheizen) des Bindewassers zerfallen die Granalien. Es ensteht auf dem Rostvorwärmer zwischen den Granalien ein geringes Lückenvolumen und der Strömungswiderstand erhöht sich für die, die Granalien umspülenden Heißgase. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, · daß der hohe Staubanteil im Granalienbett zu einer verstärkten Staub rückführung aus dem Ofensystem führt, da insbesondere auf der Verbindungsschurre Rost-Drehrohrofen bei hohen Geschwindigkeiten Staub vom Abgas aufgenommen wird. Diese Staubabdeckung der Schüttschicht erhöht den Strömungswiderstand zusätzlich und führt zu hohen inneren Staubkreisläufen. Diese inneren Staubkreisläufe bewirken eine Erhöhung des Alkaligehaltes im Material und führen somit zu den bekannten Nachteilen der Verarbeitung des Zementes. Des weiteren haben sie negativen Einfluß auf die Klinkerschmelze, da Alkalien (K₂O, Na₂O) hemmend auf die CaO-Bindung wirken.