DE102007025811B4

DE102007025811B4 - Verfahren zum Herstellen von Zementklinker

Info

Publication number: DE102007025811B4
Application number: DE102007025811A
Authority: DE
Inventors: Paul Loerke
Original assignee: Lorke Paul Dr
Current assignee: Lorke Paul Dr
Priority date: 2007-06-02
Filing date: 2007-06-02
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2027-06-03
Also published as: RU2008124097A; DE102007025811A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Zementklinker durch Vorzerkleinern, Mahlen, Mischen, Trocknen und stufenweise thermische Behandlung eines aus basischen und sauren Rohmaterialien bestehenden Rohmehls mittels Vorwärm-, Kalzinier-, Sinter- und Kühlstufe, dadurch gekennzeichnet,
• dass nach dem gemeinsamen Vorzerkleinern der basischen und sauren Rohmaterialien,
• das vorzerkleinerte Material bei einer Korngröße im Bereich von über 0,5 bis über 15 mm in ein Oberkorn und ein Unterkorn aufgeteilt wird
• und anschließend das Oberkorn und das Unterkorn getrennt gemahlen werden, wobei das Oberkorn so gemahlen wird, dass es auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 0,090 mm einen Rückstand von 10 bis 90% aufweist und das Unterkorn so gemahlen wird, dass es kleiner 0,2 mm ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Zementklinker durch Vorzerkleinern, Mahlen, Mischen, Trocknen und stufenweise thermische Behandlung des aus basischen und sauren Rohmaterialien bestehenden Rohmehls mittels Vorwärm-, Kalzinier-, Sinter- und Kühlstufe.
Üblicherweise, um die Reaktionsfähigkeit des Rohmehls zu erhöhen, werden die gesamten Siebrückstände auf dem 80 μm- und 200 μm-Sieb verringert, was aber zur Erhöhung des Energiebedarfs und der Betriebskosten für das Rohmehlmahlen unerwünschterweise fuhrt. Durch das Europäische Patent 0 801 636 B1 Verfahren zum Herstellen von Zementklinker sowie dessen Vorrichtung ist nach dem Anspruch 1 ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker aus basischen und sauren Rohmehlbestandteilen, bestehend aus Trocknen, Mahlen, Mischen und stufenweise thermische Behandlung mittels Vorwärm-, Kalzinier-, Sinter- und Kühlstufe nach dem Nass- und Trockenverfahren, unter Schutz gestellt, bei dem unter konventioneller Feinheit der sauren Rohmehlbestandteile der basische Rohmehlbestandteil auf ein Kornklassenverhältnis der 0,01–80 μm-Kornklasse zu der 80,01–2000 μm-Kornklasse von 1,5:1 bis 1:9 aufgemahlen wird.
Die bekannten Verfahrensweisen sind dadurch nachteilig, dass der Energieaufwand für das Mahlen der Rohmischung noch zu groß ist und dadurch die Durchsatzleistung der Mahlanlage noch zu niedrig ist. Die Reaktionsfähigkeit der bekanntermaßen fein gemahlenen Rohmischung bleibt trotzdem niedrig. Die hohe Feinheit der Rohmischung hat einen erhöhten Abrieb der Mahlkörper und der Panzerung zur Folge. Weiterhin erfordert die Sinterung der aufbereiteten Rohmischung eine zu hohe Temperatur. Dies ist auf die Anwesenheit von grobkörnigen Quarzkörnern im Rohmehl zurückzuführen. All dies ist der Grund dafür, warm der Brennstoffaufwand noch zu hoch und der Durchsatz des Ofens noch zu niedrig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend angegebenen Nachteile beim Herstellen von Zementklinker zu überwinden. Von dem vorzerkleinerten Rohmehl wird das Unterkorn mit einer Korngröße von unter 0,5 bis unter 15 mm abgetrennt. Das Unterkorn ist mit grobkörnigen Quarzkörnern einer Größe von 60 bis 200 μm angereichert. Durch ein nachfolgendes für die Festkörperreaktion ausreichend feines Nachmahlen des mit grobkörnigem Quarz angereicherten Unterkorns unter 0,2 bis bis unter 0,08 mm ist es möglich, die Reaktionsfähigkeit des Rohmehls zu erhöhen. Außerdem wird die Durchsatzleistung der Mahlanlage und des Ofens bei gleichzeitiger Senkung des spezifischen Energieaufwands und Brennstoffbedarfs erhöht und dennoch die Zementqualität verbessert.
Durch die Erfindung ist es unter anderem möglich, nach dem Verfahren zum Herstellen von Zementklinker sowie dessen Vorrichtung ( EP 0 801 636 B1 ) den Klinker-Schmelzgehalt in der Sinterstufe zu erhöhen und die Schmelztemperatur zu senken. Dies ist der Grund für die Möglichkeit, die Klinkerbildung zu beschleunigen und die Sintertemperatur bei der Klinkerbildung zu senken. Die Zementeigenschaften werden verbessert. Dies ergibt sich durch die bessere Mineralausbildung der Silikate, insbesondere des Alits.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.
Die sich beim Einsatz des neuen Verfahrens vollziehenden Erscheinungen werden wie folgt erklärt: Die einzelne Minerale des Rohmehls sind zur Festkörperreaktionen fähig, wenn die maximale Korngröße unter 80 μm liegt. Die Tonmineralien sind von Natur aus kleiner als 5 μm und haben deshalb eine sehr hohe Reaktionsfähigkeit. Das Quarz-Mineral ist dreimal härter als das Hauptmineral des Rohmehls Calcit (CaCO₃), und seine Korngröße erreicht sehr oft, besonders in Tonen, mehrere mm. Nach bekannten Vorstellungen prallen die Mahlkugeln in der Kugelmühle oft aneinander, ohne ein Mahlgutkorn zu treffen. Rebinder zum Beispiel behauptet, dass nur jeder tausendste Kugelschlag in der Mühle Zerkleinerungsarbeit leiste, die übrigen Kugelschläge seien Leerarbeit. Da die Zerkleinerung der Quarzkörner wegen ihrer sehr hohen Härte überwiegend durch die Kugelschläge effektiv vollzieht, ist diese Erscheinung besonders für die Leistung der ersten Kammer wichtig. Durch die Reibung in der zweiten Kammer kann die Quarzzerkleinerung nicht effektiv genug ablaufen.
Beim Zusammenmahlen aller Rohmehlbestandteile in einer Kugelmühle ist deshalb die Wahrscheinlichkeit, dass ein Quarzkorn zwischen aufeinanderprallende Kugeln gerät, sehr gering. Dadurch ist die Quarzkörnerzerkleinerung in einer Mischung deutlich niedriger, als wenn die selektiv abgetrennten Quarzkörner separat gemahlen werden. Dies führt dazu, dass der überwiegende Anteil des Quarzes nicht zerkleinert wird und sich in groben Fraktionen des Rohmehls anreichert. Dies hat eine Steigerung des Freikalkgehalts im Klinker und damit Qualitätsverluste des Zements zur Folge. Bei den Mahlanlagen, in denen das Mahlen nach dem Druckzerkleinerungsprinzip erfolgt, wie Gutbett-Walzenmühlen oder Rollenmühlen, können ebenfalls die als alle andere Minerale deutlich härteren Quarzkörner nicht auf die notwendige Feinheit vermahlen werden.
Der Wirkungsgrad der Zerkleinerung des Quarzes im Rohmehl in den Kugelmühlen und Mahlanlagen mit dem Druckzerkleinerungsprinzip nach bekannten Mahlverfahren des Rohmehls ist vergleichsweise sehr niedrig. Deshalb ist es sinnvoll, die Quarzkörner und/oder die mit Quarz angereicherten Fraktionen separat vom Rohmehlrest zu mahlen. Dabei werden vor allem die sauren Rohstoffe, insbesondere Tone, die den grobkörnigen Quarz mit einer Größe von über 60 μm bis über 200 μm enthalten, mit dem Unterkorn abgetrennt und so fein nachgemahlen, dass sie zur Festkörperreaktion fähig sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nach dem Anspruch 1 unten dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.

Um das Verfahren zu prüfen, wurden ein hochprozentiger Kalkstein, ein Kalkstein mit Toneinschlüssen, die grobkörniges Quarz enthalten, und Pyritabbrände verwendet, deren chemische Zusammensetzung in Tabelle 1 dargestellt ist.

Chemische Bestandteile	Kalkstein	Kalkstein mit Toneinschlüssen	Pyritabbrände
Glühverlust	42,77	30,85	8,70
SiO₂	0,82	20,17	12,20
Al₂O₃	0,32	3,69	2,58
Fel₂O₃	0,28	2,21	68,70
CaO	55,10	39,74	2,25
MgO	0,43	1,82	0,98
SO₃	0,14	0,20	3,45
Na₂O	0,04	0,52	0,64
K₂O	0,06	0,75	0,31
Cl	0,04	0,05	0,19
Summe	100,00	100,00	100,00

Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung der Rohstoffe.

Die gemeinsame Vorzerkleinerung des Kalksteins, des Kalksteins mit Toneinschlüssen und der Pyritabbrände wurde in einer zur autogenenen Mahlung eingesetzten Aerofall-Mühle durchgeführt:
Da der grobkörnige Quarz vor allem im Kalkstein mit Toneinschlüssen vorhanden ist, sind zu einer präziseren Definition der Trenngrenze der Aufteilung des vorzerkleinerten Mahlgutes in einen Oberkornanteil und einen Unterkornanteil die Korngrößenverteilung des in der Aerofall-Mühle zerkleinerten Kalksteins mit Toneinschlüssen (Tonmergels) und die chemische Zusammensetzung der einzelnen Fraktionen in der Tabelle 2 dargestellt. Daraus ist zu entnehmen, dass der Quarz in einer Kornbreite zwischen 0 und 15 mm sehr angereichert ist.

Nr.	Fraktionen [mm]	Fraktionsanteil [%]	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	Summe
1	> 40	3,8	1,43	0,72	0,53	54,45	57,13
2	20–40	34,4	1,45	0,71	0,49	54,49	57,14
3	15–20	16,3	2,44	0,76	0,71	53,79	57,7
4	10–15	14,1	7,83	0,06	0,63	49,66	58,18
	5–10	11,3	41,24	8,37	7,45	18,1	75,16
	3–5	5,5	84,59	5,28	3,36	6,35	99,58
	< 3	14,6	60,27	14,07	5,42	5,21	84,97
	Gesamtanalyse		20,17	3,69	2,21	39,74	65,81

Tabelle 2: Die Korngrößenverteilung des in der Aerofall-Mühle zerkleinerten Kalksteins mit Toneinschlüssen und die chemische Zusammensetzung der einzelnen Fraktionen.

Der vorzerkleinerte Kalkstein, Kalkstein mit Toneinschlüssen und die Pyritabbrände wurden deshalb für das neue Verfahren zuerst in einen Oberkornanteil und einen Unterkornanteil auf dem 15 mm-Sieb aufgeteilt. Der Unterkornanteil mit einer Maximalkorngröße von 15 mm wurde in einer Laborkugelmühle auf eine Feinheit mit Siebrückständen auf dem 80 μm-Sieb von 10% und auf dem 200 μm-Sieb von 0,5% in einem Korngrößenbereich von 0,01–220 μm gemahlen. Der Oberkornanteil mit einer Mindestkorngröße von 15 mm wurde in einer Laborkugelmühle extrem grob auf einen Siebrückstand auf dem 80 μm-Sieb von 70% und auf dem 200 μm-Sieb von 5% in einem Korngrößenbereich von 0,01–400 μm gemahlen. Anschließend wurde nach dem Mahlen der Oberkornanteil mit dem Unterkornanteil vermischt.
Damit die Ergebnisse des neuen Verfahrens mit den bekannten Verfahren verglichen werden können, wurde darüber hinaus noch ein Referenzrohmehl vorbereitet. Für das bekannte Verfahren wurde der hochprozentige Kalkstein, der Kalkstein mit Toneinschlüssen und Pyritabbrände nach dem Vorzerkleinern in der Aerofall-Mühle ohne Trennung in die Ober- und Unterkornanteile auf Siebrückstände auf dem 80 μm-Sieb von 50% und auf dem 200 μm-Sieb von 5% in einem Korngrößenbereich von 0,01–400 μm gemahlen.
Nach durchgeführten Berechnungen anhand der chemischen Analyse der Ausgangsrohstoffe wurden Rohmehle vorbereitet.
Die Homogenisierung der Rohmehle wurde innerhalb von jeweils zwei Stunden in einem Mischer mit Gummistopfen als Mischkörper durchgeführt. Für die nachfolgenden Brennversuche wurden aus den Rohmehlen Tabletten mit konstantem Gewicht von 4 g, konstantem Durchmesser von 20 mm bei konstantem Pressdruck von 200 bar hergestellt. Die gepressten Tabletten wurden in einem Laborelektroofen bei 1450°C auf folgende Weise gebrannt:
Für jedes Brennen wurden von jedem Rohmehl 2 Tabletten in den auf 700°C vorläufig aufgeheizten Laborofen eingestellt. Anschließend wurden die Tabletten von 700°C bis zu 1450°C mit einer gleichmäßigen Aufheizgeschwindigkeit von 30°C/min aufgeheizt und abschließend jeweils 35 min isotherm gehalten. Danach wurden die gebrannten Tabletten aus dem Ofen geholt und rasch auf Raumtemperatur mit Pressluft abgekühlt.
Die Qualität des Brennens wurde nasschemisch nach dem freien CaO-Gehalt beurteilt. Jeweils eine Tablette eines Rohmehls wurde auf notwendige Feinheit zerkleinert und der Gehalt an Freikalk nach Nasschemie bestimmt.

Die Massenverhältnisse der Rohstoffe in den vorbereiteten Rohmehlen, die chemischen Charakteristika der Rohmischungen, der in Abhängigkeit von eingesetzten Mahlverfahren entstehende Gehalt an Quarzkörner gröber 80 μm im Unterkorn der Rohmehle, der Energieaufwand für das Rohstoffmahlen und der Freikalkgehalt im Brenngut sind in Tabellen 3 angegeben. Daraus folgt, dass die Rohstoffverhältnisse in beiden Rohmehlen identisch sind. Die Rohmehle unterscheiden sich hinsichtlich des Quarzgehaltes im Oberkornbereich des Rohmehls oberhalb von 80 μm nach den verwendeten Mahlverfahren.

Roh mehl -Nr.	Zusammensetzung des Rohmehls [%]					KSt II	SM	Verhältnis der < 80 μm zur > 80 μm Fraktion der Kreide (Rückstand auf dem 80 μm-Sieb des Rohmehls [%]	Freikalkgehalt [%]	Quarzgehalt im über 80 μm Oberkor n [%]	Sp. Energieaufw and für das Rohmehlmahlen [kWh/t]
	Kalkstein	Ton	Pyritabb rände
Referenzrohmehle nach dem bekannten Verfahren
1	29,35	69,15	1,50	97	2,7	1:1 (50)	1,94	3,25	4,0
Rohmischungen nach dem neuen Verfahren
2	29,35	69,15	1,50	97	2,7	1:1 (50)	0,52	0,95	4,1

Tabelle 3: Brennverhalten der Rohmehle in Abhängigkeit von dem Quarzgehalt im über 80 μm Oberkorn.

Die in der Tabelle 3 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass nach dem neuen Verfahren durch die nach dem Vorzerkleinern der Rohstoffe durchgeführte Abtrennung und nachfolgende Vermahlung des an Quarz angereicherten Unterkornanteils und dadurch erreichte Verringerung des Quarzgehaltes im Oberkornbereich des Rohmehls oberhalb von 80 μm der Freikalkgehalt im Brenngut sinkt. Es lässt sich daraus folgern, dass die Reaktionsfähigkeit des Rohmehls dabei erhöht wird.
Das neue Verfahren kann besonders effektiv sein, falls die Vorzerkleinerung des Kalksteins mit den in Toneinschlüssen und im beigemischten Ton anwesenden groben Quarzkörnern in einer autogenenen Mahlanlage wie Hydrofall oder Aerofall durchgeführt wird. Effiziente Ergebnisse können beim Einsatz der Mahlanlagen erreicht werden, die nach dem Druckprinzip funktionieren.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Zementklinker durch Vorzerkleinern, Mahlen, Mischen, Trocknen und stufenweise thermische Behandlung eines aus basischen und sauren Rohmaterialien bestehenden Rohmehls mittels Vorwärm-, Kalzinier-, Sinter- und Kühlstufe, dadurch gekennzeichnet, • dass nach dem gemeinsamen Vorzerkleinern der basischen und sauren Rohmaterialien, • das vorzerkleinerte Material bei einer Korngröße im Bereich von über 0,5 bis über 15 mm in ein Oberkorn und ein Unterkorn aufgeteilt wird • und anschließend das Oberkorn und das Unterkorn getrennt gemahlen werden, wobei das Oberkorn so gemahlen wird, dass es auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 0,090 mm einen Rückstand von 10 bis 90% aufweist und das Unterkorn so gemahlen wird, dass es kleiner 0,2 mm ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterkorn auf unter 0,08 mm gemahlen wird.