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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker durch Vorwärmen, Vorcalcinieren und Brennen von Zementrohmehl zu Zementklinker, wobei ein Teil des Zementrohmehls durch eine calciumhaltige Korrekturkomponente gebildet wird.
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Üblicherweise werden zur Herstellung von Zementen die Rohstoffe Mergel, Ton, Sand und Eisenerz mit dem Ziel einen reaktiven Zementklinkers zu erzeugen gemischt. Als Regelgröße werden verbreitet der Kalksättigungsfaktor (LSF), das Silikatmodul (SM) und das Aluminatmodul (AL) des Zementklinkers genutzt. Die Rohstoffe für die Zementproduktion sind aber global ungleich verteilt. Abhängig von der Zusammensetzung der Rohstoffe ist es daher häufig erforderlich, Korrekturkomponenten, beispielsweise in Form eines hochwertigen Kalksteins, zur Erhöhung der Ca-Gehalte zuzugeben, um einen Zementklinker ausreichende Qualität produzieren zu können. Im Einzelfall kann es dabei erforderlich sein, das bis zu 35% eines hochwertigen Kalksteins zugegeben werden müssen.
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In manchen Regionen der Welt ist der lokal verfügbare Kalkstein zudem erheblich mit anderen Materialien, beispielsweise Quarz oder Tonmineralien, verunreinigt. In diesen Fällen wird das Rohmaterial nach einer Nassmahlung (semi-dry) flotiert, um einen calciumreichen Rohstoff für die Erzeugung von Zementklinker ausreichender Qualität zu erzeugen.
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Sowohl das Zudosieren von hochwertigem Kalkstein als auch die Nassmahlung des Rohmaterials erhöhen jedoch die Kosten bei der Herstellung des Zementklinkers erheblich. Bei der Nassmahlung in einer Kugelmühle wird zudem ein erheblicher Feuchtigkeitseintrag in das Rohmehl generiert, sodass dann ein zusätzlicher Energieaufwand an Trocknungsleistung bei der nachgelagerten gemeinsamen Vermahlung mit anderen Rohstoffen der Klinkerproduktion entsteht. Werden für die gemeinsame Mahlung Vertikalmühlen eingesetzt, kann es beim Betrieb der Mahlanlage durch wechselnde Materialfeuchten zu unerwünschten Vibrationen kommen. In diesem Fall werden zusätzliche Trocknungsschritte, z. B. eine Filterpresse, vor der Aufgabe auf die Rohmühle, erforderlich, wodurch weitere Kosten entstehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Zementklinker anzugeben, das auch an Standorten mit Rohstoffen unzureichender Qualität (niedrige Ca-Gehalte) die Produktion eines Zementklinkers mit ausreichender Qualität ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Zementklinker durch Vorwärmen, Vorcalcinieren und Brennen von Zementrohmehl zu Zementklinker hergestellt, wobei ein Teil des Zementrohmehls durch eine calciumhaltige Korrekturkomponente gebildet wird, die wie folgt hergestellt wird:
- – Zementrohmehl wird in einem Suspensions-Schwebewärmetauscher zu Heißmehl vorgewärmt und zumindest teilweise kalziniert und kann dann ganz oder teilweise aus dem Prozess ausgeschleust werden;
- – Ein im Heißmehl enthaltender Freikalk wird durch Zugabe von Wasser gelöscht, wobei eine unterstöchiometrische, vorzugsweise eine stöchiometrische und weniger bevorzugt eine überstöchiometrische Zugabe von Wasser erfolgen kann. Die Löschung des im Heißmehl enthaltenden Freikalks kann dabei teilweise oder vollständig durchgeführt werden;
- – Das Heißmehl wird nach der Löschung des Freikalks einer Attritionsmahlung in Form einer reibenden Zerkleinerung unterzogen, sodass sich eine erste Fraktion mit einem erhöhten Calciumanteil und eine zweite Fraktion mit einem erhöhten Siliziumanteil bildet, wobei die erste Fraktion eine geringere Korngröße und eine geringere Dichte als die zweite Fraktion aufweist. Die zweite Fraktion kann dabei auch einen erhöhten Aluminiumanteil aufweisen. Unter dem Begriff Dichte ist in diesem Zusammenhang der Quotient aus der Masse der Fraktion und seinem Volumen (kg/m3) zu verstehen. Jenseits der Standardbedingungen nehmen auch untergeordnet der Ort und die Temperatur auf das Trennverfahren Einfluss (Wichte). In erster Näherung ist aber in den meisten Fällen für da Trennverfahren allein die die spezifische Dichte von Bedeutung.
- – Die erste Fraktion wird von der zweiten Fraktion getrennt und die erste calciumreichere Fraktion wird als calciumhaltige Korrekturkomponente bei der Herstellung des Zementklinkers verwendet.
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Die Herstellung einer calciumhaltigen Korrekturkomponente ist prinzipiell aus der
DE 10 2013 109 324 B3 bekannt. Bisher wurde die auf diese Weise hergestellte Careiche Fraktion als Baustoff oder als Zuschlagsstoff für Zement verwendet. Erfindungsgemäß wird diese Fraktion nun als Teil des Zementrohmehls bei der Herstellung des Zementklinkers eingesetzt. Dies ermöglicht die Herstellung eines Zementklinkers ausreichender Qualität auch an Standorten, die die über keinen ausreichenden Calciumgehalt in den Rohstoffen verfügen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es daher nicht notwendig, hochwertigen Kalkstein zuzukaufen oder das Rohmaterial nach einer Nassmahlung aufwendig aufzubereiten.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
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Zweckmäßigerweise erfolgt das Vorwärmen und Vorcalcinieren des Zementrohmehls für die Herstellung des Zementklinkers und das Vorwärmen und Vorcalcinieren des Zementrohmehls für die Herstellung der calciumhaltigen Korrekturkomponente in ein und derselben Anlage. Dabei ist es denkbar, die Anlage alternierend für die Herstellung des Zementklinkers und die Herstellung der calciumhaltigen Korrekturkomponente zu verwenden oder während der Herstellung des Zementklinkers einen Teilstrom des calcinierten Heißmehls vor dem Brennen auszuschleusen und zur Herstellung der calciumhaltigen Korrekturkomponente zu verwenden.
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Das Zementrohmehl für die Herstellung des Zementklinkers wird durch Mahlen von Zementrohmaterial gebildet, wobei die zuvor erzeugte calciumhaltige Korrekturkomponente dem Zementrohmehl vor oder nach dem Mahlen zugegeben wird.
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Die Menge der zugegebenen calciumhaltigen Korrekturkomponente erfolgt zweckmäßigerweise in Abhängigkeit des im Zementrohmehl vorhandenen Calciumanteils. Dabei kann insbesondere der Calciumanteil im Zementrohmehl beispielsweise mittels Röntgenfluoreszenzspektrometer oder Röntgendiffraktometer, ermittelt werden und zur Dosierung der calciumhaltigen Korrekturkomponente verwendet werden. Zur Bestimmung der Menge der zuzugebenden calciumhaltigen Korrekturkomponente können außerdem der Kalksättigungsfaktor (LSF), das Silikatmodul (SM) und das Aluminatmodul (AL) des Zementklinkers berücksichtigt werden.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Körnung der zuzugebenden calciumhaltigen Korrekturkomponente zu 60% feiner als 90 µm, vorzugsweise zu 82% feiner als 90 µm und höchstvorzugsweise zu 85% feiner als 90 µm ist.
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Außerdem ist es wünschenswert, wenn die zuzugebende calciumhaltige Korrekturkomponente einen Calcium-Anteil von wenigstens 60 Gew.-% CaO, vorzugsweise 60–80 Gew.-% und höchstvorzugsweise 80–99 Gew.-% CaO, jeweils bezogen auf die glühverlustfreie Analyse, aufweisen.
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In der Zeichnung zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur erfindungsgemäßen Herstellung von Zementklinker und der calciumhaltigen Korrekturkomponente und
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2 ein Blockschaltbild einer Anlage zur Herstellung der calciumhaltigen Korrekturkomponente aus dem Heißmehl.
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Die in 1 dargestellt Anlage zur Herstellung von Zementklinker 16 besteht in herkömmlicher Art und Weise aus einen Vorwärmer 1, der als mehrstufiger Suspensions-Schwebewärmertauscher ausgebildet ist, einem optionalen Calcinator 2, einem Ofen 3 und einem Kühler 4.
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Zementrohmaterial 5 gelangt aus einem Rohmateriallager 6 zunächst in die Rohmühle 7, die beispielsweise durch eine Vertikalrollenmühle gebildet wird. Das gemahlene Zementrohmaterial wird in einem Rohmehlsilo 9 zwischengelagert, bevor es dem Vorwärmer 1 aufgegeben wird. Der Vorwärmer 1 wird in bekannter Art und Weise im Gegenstrom zum Material mit den Abgasen des Drehrohrofens 3 bzw. Calcinators 2 betrieben. Anschließend gelangt das vorgewärmte Zementrohmaterial in den Calcinator 2, wo es weiter calciniert wird, bevor es schließlich im Ofen 3 zu Zementklinker gebrannt und im Kühler 4 abgekühlt wird. Bei Anlagen ohne separatem Calcinator 2 findet zumindest eine teilweise Calcination bereits im Vorwärmer 1 statt.
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Das im Calcinator 2 entstehende, zumindest teilweise calcinierte Heißmehl 10 wird zumindest teilweise zwischen Calcinator 2 und Ofen 3 ausgeschleust und einer Einrichtung 11 zur Herstellung einer calciumhaltigen Korrekturkomponente 12 zugeführt. Die Einrichtung 11 zur Herstellung der calciumhaltigen Korrekturkomponente 12 wird im Folgenden anhand der 2 näher erläutert. Sie besteht im Wesentlichen aus einem Löschaggregat 110 zur Löschung des im Heißmehl 10 enthaltenen Freikalks durch Zugabe von Wasser 111. Bei dem Löschaggregat 110 handelt es sich vorzugsweise um ein Trockenlöschaggregat, dass bei einer überstöchiometrischen Wasserzugabe im Bereich von 1 bis 3.5 bezogen auf den Freikalkgehalt, vorzugsweise im Bereich von 2 +/– 0,5 bezogen auf den Freikalkgehalt arbeitet. Durch die Löschung des Freikalks wird Wärme freigesetzt, die gleich zur Trocknung des gelöschten Heißmehls 10 dient. Sollte die Wärme für die Trocknung nicht ausreichen, kann dem Löschungsaggregat 110 eine optionale Trocknungseinrichtung 112 nachgeschaltet sein.
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Das trockengelöschte Heißmehl gelangt nach dem Löschaggregat 110 entweder in die Trocknungseinrichtung 112 oder direkt in ein Attritionsmahlaggregat 113, welches beispielsweise durch eine Kugelmühle, eine Vertikalmühle oder eine Walzenmühle gebildet werden kann. Das Attritionsmahlaggregat wird so betrieben, dass es zu einer reibenden Zerkleinerung kommt, bei der im Wesentlichen nur die leichter mahlbaren Calciumhydroxid-Partikel zerkleinert werden, während die anderen, schwerer mahlbaren Partikel in ihrer ursprünglichen Korngröße belassen werden. Auf diese Weise entsteht eine erste Fraktion mit einem erhöhten Calciumanteil, welche die calciumhaltige Korrekturkomponente 12 bildet und eine zweite Fraktion 115 mit einem erhöhten Siliziumanteil, wobei die erste Fraktion eine geringere Korngröße und eine geringere Dichte als die zweite Fraktion aufweist. In Einzelfällen wird das Material bereits durch den Löschprozess mechanisch so aufgelockert, dass eine weitere Attritionsmahlung vor der späteren Sichtung nicht erforderlich ist.
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Diese beiden Fraktionen lassen sich durch ihre unterschiedlichen Eigenschaften (Korngröße und Dichte) auf einfache Weise in einem nachfolgenden Trennaggregat 114 voneinander trennen. Hierfür kommt insbesondere ein Windsichter in Betracht.
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Anstelle eines separaten Löschaggregats 110 und einen separaten Attritionsmahlaggregat 113 ist es auch denkbar, beide Aggregate zusammenzuführen, sodass in einem gemeinsamen Aggregat sowohl die Löschung des Freikalks, die Trocknung und die Attritionsmahlung stattfindet. Für ein solches Aggregat eignet sich beispielsweise eine Kugelmühle.
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Die auf die oben beschriebene Art und Weise hergestellte calciumhaltige Korrekturkomponente 12 stellt einen adäquaten Ersatz für eine hochreine Kalkkomponente dar, die bei Standorten mit unzureichender Kalksteinqualität bisher immer zugekauft werden musste. Erfindungsgemäß wird jedoch diese calciumhaltige Korrekturkomponente als Teil des Zementrohmehls 8 verwendet. Hierzu kann die calciumhaltige Korrekturkomponente 12 entweder vor oder nach dem Mahlen dem Zementrohmehl an geeigneter Stelle (Rohmateriallager 6, Rohmehlsilo 9, Vorwärmer 1) in der gewünschten Menge zudosiert werden.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Heißmehl 10 jeweils in einer Teilmenge während des laufenden Prozesses der Zementklinkerherstellung ausgeschleust wird. Alternativ kann die Anlage aber auch alternierend betrieben werden, indem in einer Phase Zementklinker und in der anderen Phase die calciumhaltige Korrekturkomponente erzeugt wird. Selbstverständlich ist auch ein Mischbetrieb denkbar.
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Die Menge der zuzugebenden calciumhaltigen Korrekturkomponente 12 erfolgt in Abhängigkeit des im Zementrohmehls 8 vorhandenen Calciumanteils. Hierzu wird von dem Zementrohmehl 8 an geeigneter Stelle, beispielsweise zwischen Rohmühle 7 und Rohmehlsilo 9 eine Probe genommen, die in einer Analyseeinrichtung 13, insbesondere hinsichtlich des Calciumanteils, untersucht wird. Diese Analyseeinrichtung 13 kann beispielsweise durch ein Röntgenfluoreszenzspektrometer oder ein Röntgendiffraktometer gebildet werden. Über eine Steuereinrichtung 14 wird dann in Abhängigkeit des Analyseergebnisses die dem Zementrohmaterial 5 zuzudosierende Menge der calciumhaltigen Korrekturkomponente 12 ermittelt. Die konkrete Einstellung erfolgt über eine Ansteuerung der Dosierorgane, die den Abzug des Zementrohmaterials 5 aus dem Rohmateriallager 6 bzw. dem Abzug der calciumhaltigen Korrekturkomponente 12 aus einen Silo 15 ermöglichen. Natürlich kann die Steuereinrichtung 14 auch noch die Ergebnisse weitere Untersuchungen, insbesondere von Untersuchungen am erzeugten Zementklinker 16 für die Dosierung der calciumhaltigen Korrekturkomponente verwenden. Hierzu kann der Zementklinker 16 beispielsweise hinsichtlich seines Kalksättigungsfaktors, seines Silikatmoduls oder seines Aluminatmoduls untersucht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013109324 B3 [0008]
