DE102015112401B3

DE102015112401B3 - Verfahren zur Herstellung von Baukalkprodukten

Info

Publication number: DE102015112401B3
Application number: DE102015112401.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Enders
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-07-30

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von mindestens zwei Baukalkprodukten mit unterschiedlichen Hydraulefaktoren ist dadurch gekennzeichnet, dass a. ein kalziniertes und gelöschtes Ausgangsmehl, hergestellt aus einem Zementrohmehl oder einem dolomithaltigen Material bestehenden Ausgangsmaterial, bereitgestellt wird, b. das kalzinierte und gelöschte Ausgangsmehl in eine erste Fraktion und eine zweite Fraktion separiert wird, wobei die erste Fraktion gegenüber der zweiten Fraktion eine geringere Korngröße und eine niedrigere Dichte aufweist und c. die wenigstens zwei unterschiedlichen Baukalkprodukte durch Mischen der beiden Fraktionen mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen gebildet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Baukalkprodukten.
Baukalke sind in der DIN EN 459-1 definiert und umfasst die früher als Luftkalk bezeichneten Bindemittel (Branntkalk, Dolomitkalk, Kalkhydrat und Dolomithydrat), die hydraulischen Kalke (HL) mit oder ohne Zusatz puzzolaner Bestandteile (NH-L) und formulierte Kalke (FL) aus der Mischung mehrerer Komponenten inkl. Zement. Die Luftkalke werden nach der chemischen Zusammensetzung in Klassen (z.B. CL80) eingeteilt. Hydraulische Kalke binden durch Hydratation der Klinkerphasen C2S und C3A ab. Diese reaktiven aus Zementen bekannten Mineralphasen bilden sich, wenn die Anteile SiO₂, AlO₃ und Fe₂O₃ ansteigen. Diese Oxide werden auch als Hydraulefaktoren bezeichnet. Sie sind nach Festigkeitsentwicklung und dem Anteil des verfügbaren Kalks (Ca(OH)₂) in der DIN EN 459-1 in Festigkeitsklassen eingeteilt.
Baukalke werden in thermischen Aggregaten durch Kalzinieren von Kalk oder Mergel bei 900°C bis 1.200°C erzeugt. Die WO 2011/117116 A1 schlägt die Herstellung vom reaktivem Branntkalk durch Wärmebehandlung von Kreide vor, wobei die Kreide zunächst in kompakte Formkörper geformt wird, um anschließend getrocknet, vorgewärmt, vorcalciniert und gebrannt zu werden. Die Herstellung der Kalkprodukte aus stückigem Material schließt eine Optimierung der Rohstoffe und eventueller Sinterprodukte im Sinne einer Mischungsregelung, wie sie aus der Zementherstellung bekannt ist, aus. Aus diesem Grunde können die in der Denkmalpflege geschätzten natürlichen hydraulischen Kalke nur aus den Rohstoffen weniger Lagerstätten gefertigt werden, die hinsichtlich der chemisch/mineralogischen Zusammensetzung den gewünschten Eigenschaften entsprechen (z.B. Hydradur, Fa. Otterbein). Unterschiedliche Produkte aus einem gebrannten Kalksteinvorkommen sind nur durch eine Zudosierung weitere feinkörniger Bindemittelbestandteile in einer Formulierung (FL) oder durch eine Variation der Aufmahlung in dem Zerkleinerungsaggregat herzustellen. Hinsichtlich der Hydraulefaktoren bestehen hingegen keine Korrekturmöglichkeiten.
Aus der WO2015/028115A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kalkprodukten und Puzzolan bekannt, bei dem Zementrohmehl in einem Suspensions-Schwebewärmetauscher zu Heißmehl wärmebehandelt wird, ein im Heißmehl enthaltener Freikalk durch Zugabe vom Wasser gelöscht wird und das Heißmehl nach der Löschung des Freikalks einer Attritionsmahlung unterzogen wird, so dass eine Ca-reiche Fraktion und eine Si-reiche Fraktion entstehen, die durch ein Trennaggregat voneinander getrennt werden,
Die Ca-reiche Fraktion liegt als Calciumhydroxid vor und kann direkt als Feinkalk für Baustoffe, wie Putze oder als Zuschlagstoff für Zement genutzt werden. Die Si-reiche Fraktion besteht aus inerten Phasen und aktiven Phasen, wie Metatonen und Klinkermineralien. Sie können aufgrund der hydraulischen Aktivität der Metatone in Zementen mit synthetischen Puzzolanen, II A/B M-Mischzementen oder II A/B Q-Zementen als aktiver Stoff eingesetzt werden oder aber für die Herstellung von Spezialzementen, z.B. Bodenbinder oder Bergbauzemente, genutzt werden. Im einfachsten Fall wird die Si-reiche Fraktion als Nebenprodukt aus der Klinkerproduktion dem Zement als Nebenbestandteil in Gehalten bis zu 5% zugemischt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, mindestens zwei Baukalkprodukte mit unterschiedlichen Hydraulefaktoren aus einer Lagerstätte (Kalkstein- oder Dolomitvorkommen) herstellen zu können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von mindestens zwei Baukalkprodukten mit unterschiedlichen Hydraulefaktoren ist dadurch gekennzeichnet, dass

a. ein kalziniertes und gelöschtes Ausgangsmehl, hergestellt aus einem Zementrohmehl oder einem dolomithaltigen Material bestehenden Ausgangsmaterial, bereitgestellt wird,
b. das kalzinierte und gelöschte Ausgangsmehl in eine erste Fraktion und eine zweite Fraktion separiert wird, wobei die erste Fraktion gegenüber der zweiten Fraktion eine geringere Korngröße und eine niedrigere Dichte aufweist und
c. die wenigstens zwei unterschiedlichen Baukalkprodukte durch Mischen der beiden Fraktionen mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen gebildet werden.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird das calcinierte und gelöschte Ausgangsmehl aus einem Zementrohmehl einer Zementklinkerproduktion hergestellt. Hierbei wird das Zementrohmehl vorzugsweise in einem Suspension-Schwebewärmetauscher in ein calciniertes Ausgangsmaterial calciniert, dessen enthaltener Freikalk durch Zugabe von Wasser gelöscht wird. Separiert man dann dieses calcinierte und gelöschte Ausgangsmehl nach Korngröße und Dichte in eine erste und zweite Fraktion, beispielsweise durch eine Windsichtung, ergibt sich insbesondere eine Ca-reiche erste Fraktion, die im Wesentlichen aus Portlandit (Ca(OH)₂) besteht und eine zweite Fraktion, welche einen erhöhten Anteil an Hydraulefaktoren (Klinkerphasen, Klinkerstaub) und untergeordnet weitere Nebenminerale aus dem Rohstoff Kalkstein (z.B. calcinierte Tone, Quarz) aufweist. Beide Fraktionen werden nun separat, beispielsweise in Silos, gelagert. Durch das Mischen dieser beiden Fraktionen mit unterschiedlichen Vermischungsverhältnissen besteht die Möglichkeit, Baukalkprodukte mit unterschiedlichen Hydraulefaktoren aus ein und demselben Ausgangsmaterial herzustellen.
Anstelle von Zementrohmehl kann das calcinierte und gelöschte Ausgangsmehl aber auch aus einem dolomithaltigen Material durch Calcination und anschließende Löschung durch Zugabe von Wasser hergestellt werden. Prinzipiell kann die Calcination des Materials in mehlförmiger Form in einem Suspensions-Schwebewärmetauscher oder in stückiger Form beispielsweise in einem Schachtofen erfolgen. Bei Verwendung von stückigem Material, welches calciniert wird, wird das calcinierte Ausgangsmaterial entweder vor oder nach der Löschung des Freikalks gemahlen.
Vorzugsweise erfolgt zwischen der Löschung und der Separierung ohnehin eine Attritionsmahlung in Form einer reibenden Zerkleinerung. Dies hat den Vorteil, dass die Dichteunterschiede der Fraktionen verbessert werden, da insbesondere das calciumhaltige Material durch die Zugabe von Wasser teilweise zerfällt. Die anschließende Separierung der beiden Fraktionen erfolgt vorzugsweise in einem Windsichter, sodass die erste Fraktion gegenüber der zweiten Fraktion eine geringere Korngröße und eine niedrigere Dichte aufweist.
Das Mischen der ersten und zweiten Fraktion erfolgt über Dosieraggregate. Das Mischungsverhältnis der beiden Fraktionen kann dabei in Abhängigkeit einer chemischen und/oder mineralogischen Analyse der erzeugten Baukalkprodukte und/oder der beiden Fraktionen eingestellt werden. Beim Mischen der ersten und zweiten Fraktion kann ferner ein weiteres Additiv zudosiert werden. Bei diesem Additiv handelt es sich beispielsweise um Portlandzementklinker, natürliches, getempertes Puzzolan, Kalkstein oder Hüttensand. Auch Magnesiumhydroxid oder Magnesiumoxid können hinzugegeben werden.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die erste Fraktion und die zweite Fraktion und optionale weitere Additive vor, während und/oder nach dem Mischvorgang getrennt oder gemeinsam zu vermahlen.
Weiterhin kann das Mischungsverhältnis der ersten Fraktion und zweiten Fraktion und optionaler weiterer Additive so gewählt werden, dass das nach dem Mischen entstehende Baukalkprodukt einen Ca(OH)₂-Gehalt von > 15 Gew.-% und einen SO₃-Gehalt < 2 Gew.-% aufweist. Vorzugsweise wird das Mischungsverhältnis der ersten Fraktion und der zweiten Fraktion und optionaler weiterer Additive so gewählt, dass das nach dem Mischen entstehende Baukalkprodukt im Testverfahren nach DIN EN 459-2 eine 28-Tage-Druckfestigkeit im Bereich von 2 bis 15 MPa bzw. im Testverfahren nach ASTM C 141 eine 28-Tage-Druckfestigkeit im Bereich von 1,7 bis 10,3 MPa aufweisen. Das Mischen der ersten Fraktion, der zweiten Fraktion und optionaler weitere Additive erfolgt vorzugsweise mit einem rotierenden Mischaggregat, beispielsweise einem Trommel- oder Rhoenradmischer. Es sind aber auch andere Mischaggregate, beispielsweise ein Pflugscharmischer oder ein Rührwerk denkbar.
Je nach Mischungsverhältnis der ersten Fraktion und der zweiten Fraktion und optionaler weiterer Additive können wenigstens zwei unterschiedliche Baukalkprodukte nach DIN 459-1 bzw. ASTM hergestellt werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
Die Erfindung zeigt ein Blockschaltbild der Herstellung von wenigstens zwei Baukalkprodukten mit unterschiedlichen Hydraulefaktoren.
Gemäß 1 wird ein Ausgangsmaterial 1, bei dem es sich beispielsweise um Zementrohmehl oder ein dolomithaltiges Material handelt, zunächst in einer Calciniereinrichtung 2 calciniert. Liegt das Ausgangsmaterial bereits in mehlförmiger Form vor, kann die Calciniereinrichtung 2 vorzugsweise durch einen Suspensions-Schwebewärmertauscher gebildet werden, in dem das Material mit Hilfe eines Heißgasstromes calciniert wird. Das dabei entstehende calcinierte Ausgangsmaterial 3 wird anschließend in einem Aggregat 4 durch Zugabe von Wasser 5 gelöscht, sodass ein calciniertes und gelöschtes Ausgangsmehl 6 entsteht.
Handelt es sich um das Ausgangsmaterial 1 um eine dolomithaltiges Material, welches in stückiger Form vorliegt, kann die Calcination auch in stückiger Form erfolgen, wobei als Calciniereinrichtung 2 dann beispielsweise ein Schachtofen zur Anwendung kommt. Auch die Löschung im Aggregat 4 kann in stückiger Form erfolgen. Für die weitere Verarbeitung muss das Ausgangsmaterial jedoch in mehlförmiger Form vorliegen, sodass wahlweise vor oder nach dem Aggregat 4 eine Mühle zur Mahlung des stückigen Materials vorzusehen ist.
Das calcinierte und gelöschte Ausgangsmehl 6 wird entweder direkt oder über ein optionales Attritionsmahlaggregat 7 einem Trennaggregat 8 zugeführt. In dem Attritionsmahlaggregat 7, welches beispielsweise durch eine Kugelmühle, eine Vertikalmühle oder eine Walzenmühle gebildet werden kann, findet eine reibende weitere Zerkleinerung statt, bei der im Wesentlichen nur die leichte mahlbare Komponente, insbesondere das Calciumhydroxid, weiter zerkleinert wird, während die andere, schwerer mahlbaren Partikel (Metatone, Quarz) in ihrer ursprünglichen Korngröße belassen werden. Diese Attritionsmahlung erleichtert die anschließende Trennung des calcinierten und gelöschten Ausgangsmehls 6 im Trennaggregat 8 in eine erste Fraktion 9 und eine zweite Fraktion 10, wobei die erste Fraktion gegenüber der zweiten Fraktion eine geringere Korngröße und eine niedrigere Dichte aufweist. Beide Fraktionen 9, 10 werden in separaten Silos 11, 12 gelagert.
Zur Herstellung eines gewünschten Baukalkprodukts wird die erste Fraktion 9 bzw. die zweite Fraktion 10 aus den entsprechenden Silos 11, 12 über Dosierorgane 13, 14 im gewünschten Mischungsverhältnis abgezogen. Über wenigstens einen zusätzlichen Silo 15 können optionale weitere Additive 16 zugemischt werden. Alle Komponenten, insbesondere die beiden Fraktionen 9, 10 sowie das wenigstens eine optionale Additiv 16 werden in einem Mischaggregat 17 miteinander vermischt. Das Mischaggregat kann insbesondere durch einen Pflugscharmischer oder ein Rührwerk gebildet werden. Es ist auch denkbar, dass während des Mischvorgangs gleichzeitig auch noch eine weitere Zerkleinerung bzw. Vermahlung stattfindet. Hierfür eignet sich beispielsweise eine Kugelmühle.
Über eine Steuereinrichtung 19 können die Dosieraggregate 13 und 14 zur Erzeugung eines bestimmten Baukalkproduktes entsprechend angesteuert werden. Die Ansteuerung kann dabei insbesondere in Abhängigkeit einer chemischen und/oder mineralogischen Analyse der Baukalkprodukte 18 und/oder der beiden Fraktionen 9, 10 erfolgen. Je nach Mischungsverhältnis der dem Mischaggregat 17 zugeführten Komponenten können auf diese Weise Baukalkprodukte 18 hergestellt werden, die sich insbesondere hinsichtlich ihrer Hydraulefaktoren unterscheiden.

Durch die Trennung des calcinierten und gelöschten Ausgangsmehls in die erste und zweite Fraktion und das anschließende Vermischen dieser beiden Fraktionen mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen wird die Herstellung von Baukalkprodukten ermöglicht, die sich insbesondere hinsichtlich der Hydraulefaktoren, aber beispielsweise auch hinsichtlich des Calciumhydroxidgehalt und andere Bestandteile unterscheiden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht daher nun die Möglichkeit aus einer Lagerstätte mit einem bestimmten Rohstoffvorkommen Baukalkprodukte mit unterschiedlichen Hydraulefaktoren herzustellen. So lassen sich beispielsweise aus einer Lagerstätte durch ein geeignetes Mischungsverhältnis der ersten und zweiten Fraktion und optionaler weiterer Additive Weißkalk der Art CL90, CL80 und CL70 herstellen. Die chemische Zusammensetzung dieser drei Arten ergibt sich dabei wie folgt:

Art von Weißkalk	Chemische Zusammensetzung als Massenanteil in Prozent
Art von Weißkalk	CaO + MgO	MgO	CO₂	SO₃	Verfügbarer Kalk
CL 90	≥ 90	≤ 5	≤ 4	≤ 2	≥ 80
CL 80	≥ 80	≤ 5	≤ 7	≤ 2	≥ 65
CL 70	≥ 70	≤ 5	≤ 12	≤ 2	≥ 55

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch verschiedene Arten von natürlichem, hydraulischem Kalk (NHL 2, NHL 3,5 und NHL 5) herstellen. Dabei ergeben sich im Wesentlichen folgende unterschiedliche Zusammensetzungen

Art von Natürlichem Hydraulischem Kalk	SO₃	Verfügbarer Kalk als Ca(OH)₂, nach EN 459-2:2010, 5.8
Art von Natürlichem Hydraulischem Kalk	Werte als Massenanteil in Prozent
NHL 2	≤ 2	≥ 35
NHL 3,5	≤ 2	≥ 25
NHL 5	≤ 2	≥ 15

Bei Verwendung eines dolomithaltigen Ausgangsmaterials können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere die nachfolgend angeführten Arten von Dolomitkalk hergestellt werden

Art von Dolomitkalk	Chemische Zusammensetzung als Massenanteil in Prozent
Art von Dolomitkalk	CaO + MgO	MgO	CO₂	SO₃
DL 90-30	≥ 90	≥ 30	≤ 6	≤ 2
DL 90-5	≥ 90	> 5	≤ 6	≤ 2
DL 85-30	≥ 85	≥ 5	≤ 9	≤ 2
DL 80-5	≥ 80	> 5	≤ 9	≤ 2

Claims

Verfahren zur Herstellung von mindestens zwei Baukalkprodukten (18) mit unterschiedlichen Hydraulefaktoren, wobei a. ein kalziniertes und gelöschtes Ausgangsmehl (6), hergestellt aus einem Zementrohmehl oder einem dolomithaltigen Material bestehenden Ausgangsmaterial (1), bereitgestellt wird, b. das kalzinierte und gelöschte Ausgangsmehl (6) in eine erste Fraktion (9) und eine zweite Fraktion (10) separiert wird, wobei die erste Fraktion (9) gegenüber der zweiten Fraktion (10) eine geringere Korngröße und eine niedrigere Dichte aufweist und dadurch gekennzeichnet, dass c. die wenigstens zwei unterschiedlichen Baukalkprodukte (18) durch Mischen der beiden Fraktionen (9, 10) mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellung des kalzinierten und gelöschten Ausgangsmehls (6) folgende Verfahrensschritte umfasst: – das aus einem Zementrohmehl oder einem dolomithaltigen Material bestehenden Ausgangsmaterial (1) wird zu einem kalzinierten Ausgangsmaterial (3) kalziniert und – ein im kalzinierten Ausgangsmaterial (3) enthaltener Freikalk wird durch Zugabe von Wasser gelöscht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dolomithaltige Material in stückiger Form kalziniert wird und vor oder nach der Löschung des Freikalks gemahlen wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Löschung und der Separierung eine Attritionsmahlung in Form einer reibenden Zerkleinerung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Separieren des kalzinierten und gelöschten Ausgangsmehls (6) in die erste Fraktion (9) und die zweite Fraktion (10) mittels einer Windstromsichtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen der ersten und der zweiten Fraktion (9, 10) über Dosieraggregate (13, 14) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die erzeugten Baukalkprodukte (18) und/oder die beiden Fraktionen (9, 10) einer chemischen und/oder mineralogischen Analyse unterzogen werden und das Mischungsverhältnis der beiden Fraktionen (9, 10) in Abhängigkeit der chemischen und/oder mineralogischen Analyse eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Mischen der ersten und der zweiten Fraktion (9, 10) wenigstens ein weiteres Additiv (16) zudosiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fraktion und die zweite Fraktion (9, 10) und optionale weitere Additive (16) vor, während und/oder nach dem Mischvorgang getrennt oder gemeinsam vermahlen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis der ersten Fraktion (9) und der zweiten Fraktion (10) und optionaler weitere Additive (16) so gewählt wird, dass eines der nach dem Mischen entstehenden Baukalkprodukte einen Ca(OH)₂-Gehalt von >15 Gew.-% und einen SO₃-Gehalt < 2 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis der ersten Fraktion (9) und der zweiten Fraktion (10) und optionaler weitere Additive (16) so gewählt wird, dass das nach dem Mischen entstehende Baukalkprodukt (18) im Testverfahren nach DIN EN 459-2 eine 28-Tage-Druckfestigkeit im Bereich von 2 bis 15 MPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis der ersten Fraktion (9) und der zweiten Fraktion (10) und optionaler weitere Additive (16) so gewählt wird, dass das nach dem Mischen entstehende Baukalkprodukt (18) im Testverfahren nach ASTM C141 eine 28-Tage-Druckfestigkeit im Bereich von 1.7 bis 10.3 MPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen der ersten Fraktion (9), der zweiten Fraktion (10) und optionaler weitere Additive (16) durch ein rotierendes Mischaggregat (17) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die wenigstens zwei unterschiedlichen Baukalkprodukten (18) als Baukalkprodukte nach DIN 459-1 hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die wenigstens zwei unterschiedlichen Baukalkprodukten (18) als Baukalkprodukte nach ASTM hergestellt werden.