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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Materials zumindest aus einem aluminiumhaltigen Rohstoff, vorzugsweise Nephelin, welcher als Rohmehl vorliegt.
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Zur Produktion von Aluminiumoxid aus aluminiumhaltigen Rohstoffen, beispielsweise Nephelin (Na,K)[AlSiO4], wird der aluminiumhaltige Rohstoff, insbesondere Nephelin, mit Kalkstein zermahlen, mit Soda als Additiv zum Herabsetzen der Sintertemperatur beaufschlagt und zu einem homogenen Trockengemisch zusammengeführt. Das homogene Trockengemisch wird anschließend in einem Brennofen zu einem gesinterten Material gebrannt wird, um daraufhin aus dem erzeugten gesinterten Material das Aluminiumoxid unter Zugabe von Laugen oder anderen chemischen Verbindungen in einem nass-chemischen Verfahren auszuwaschen, wobei anschließend in einem hydro-metallurgischem Verfahren das Aluminiumoxid gewonnen wird.
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Ein Verfahren zum Verarbeiten von aluminiumhaltigen Rohstoffen ist beispielsweise aus der WO 2016 / 082 827 A1 bekannt.
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Bekannte Brennanlagen und Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Materials aus einem homogenen Trockengemisch umfassen einen Vorwärmer, der aus mehreren Zyklonstufen zur Erwärmung des homogenen Trockengemisches besteht, einen Kalzinator, in dem das vorgewärmte Trockengemisch teilweise entsäuert wird und der mit einem Kalzinatorbrenner ausgestattet ist, einen Drehrohrofen, in dem das teilweise entsäuerte Trockengemisch zum gesinterten Material gebrannt wird und der mit einem Drehrohrofenbrenner ausgestattet ist, und einen Sinterkühler zur Abkühlung des gebrannten gesinterten Materials. Konkret wird bei der Herstellung von gesintertem Material in nach dem Trockenverfahren arbeitenden Brennanlagen ein aluminiumhaltiger Rohstoff, wie Nephelin, mit einem calciumhaltigen Rohstoff, wie Kalkstein, zu einem Rohmehl zermahlen, mit Soda beaufschlagt und zu einem homogenen Trockengemisch zusammengeführt. Dieses Trockengemisch wird vorgewärmt, restgetrocknet, kalziniert, zum gesinterten Material gebrannt und dann abgekühlt. Die Energiezuführung für die Stoffumwandlung in derartigen Anlagen erfolgt durch Brennstoffzuführung in einen Drehrohrofen und in einen Kalzinator. In einem Sinterkühler erhitzte Luft wird zum Teil als so genannte Sekundärluft dem Drehrohrofen und zum Teil als so genannte Tertiärluft dem Kalzinator zugeführt. Die Abgase des Drehrohrofens werden durch eine Drehrohrofeneinlaufkammer zum Kalzinator geführt, durchströmen diesen und werden zusammen mit den im Kalzinator erzeugten Abgasen in den aus mehreren Zyklonstufen bestehenden Vorwärmer abgeführt. Der Vorwärmer besteht aus mehreren, meist 4, 5 oder 6 Zyklonstufen, die jeweils als Schwebegaswärmetauscher fungieren. Das homogene Trockengemisch wird dem Steigrohr der ersten bzw. obersten Zyklonstufe aufgegeben, durchwandert von oben nach unten die Zyklonstufen und wird aus der vorletzten bzw. zweituntersten Zyklonstufe in den Kalzinator zur teilweisen Entsäuerung geleitet. Hiernach wird das teilweise oder ganz entsäuerte Trockengemisch über die letzte bzw. unterste Zyklonstufe der Drehrohrofeneinlaufkammer des Drehrohrofens aufgegeben. Der Zyklonvorwärmer erwärmt, je nach Anzahl der Zyklonstufen, das Trockengemisch auf 850 bis 880°C. Zwischen dem Drehrohrofen und dem Vorwärmer ist der Kalzinator angeordnet. Das Trockengemisch kann im Kalzinator teilweise bis weit über 90% entsäuert werden. Die Verbrennungsluft wird als Tertiärluft über eine Tertiärluftleitung aus dem Sinterkühler dem Kalzinator zugeführt. Das im Kalzinator entsäuerte Trockengemisch wird mit Hilfe der letzten bzw. untersten Zyklonstufe aus dem Gasstrom abgeschieden und rutscht durch die Drehrohrofeneinlaufkammer in den Drehrohrofen. Der zylinderförmige Drehrohrofen umfasst üblicherweise eine Einlaufzone, eine Kalzinierzone, eine Übergangszone, eine Sinterzone und eine Auslaufzone. Das Drehrohr ist dabei in Längsrichtung leicht geneigt, so dass sich von der Einlaufzone zur Auslaufzone ein leichtes Gefälle ergibt. Das teilweise entsäuerte Trockenmehl wird dem Drehrohrofen in der Einlaufzone aufgegeben und dann aufgrund des Gefälles kontinuierlich durch den rotierenden Drehrohrofen gefördert. In der Kalzinierzone erfolgt dabei die Restentsäuerung des zuvor im Kalzinator teilweise entsäuerten Trockengemisches. Die thermische Umwandlung zum gesinterten Material findet in der Sinterzone statt. Die exakten Prozessdaten sind abhängig von der spezifischen Charakteristik der eingesetzten Rohmehle bzw. der Rohstoffe, der eingesetzten Brennstoffe, sowie der unterschiedlichen Umgebungsbedingungen. Das teilweise im Endbereich des Drehrohrofens, also in der Kühlzone des Drehrohroffens, gekühlte gesinterte Material wird mit einer Temperatur über 1000 °C zwecks Endkühlung einem Sinterkühler zugeführt, vorzugsweise aufgrund der hohen Rekuperation einem modernen Rostkühler.
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Nachteil an der zuvor beschriebenen Brennanlage bzw. dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Materials aus den genannten Rohstoffen bzw. Rohmehlen bzw. dem homogenen Trockengemisch ist die Gefahr der unkontrollierbaren Ansatzbildung in den Bereichen Kalzinator, Steigrohr, Zyklone der letzten Stufe und Einlaufzone des Drehrohrofens der Brennanlage sehr hoch. Diese Ansatzbildung kann zu Störungen des Brennanlagenbetriebs führen. Deshalb werden solche Ansätze üblicherweise im laufenden Betrieb der Brennanlage manuell entfernt, wobei die vorhandenen hohe Temperaturen nicht ungefährlich für diejenigen Personen sind, die den Ansatz entfernen.
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Der nachfolgenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Ansatzbildung vorrangig durch die hohe Temperatur im Kalzinator bzw. in den Bereichen Steigrohr, Zyklone der letzten Stufe und Einlaufzone des Drehrohrofens der Brennanlage entsteht. Diese Temperatur liegt über dem Schmelzpunkt von Soda, der bei etwa 850 °C liegt. Die Kalzinator-Gastemperstur liegt dagegen bei über 1000 °C.
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Nachteilig ist zudem, dass aufgrund der Ansatzbildung ein vollständiges oder hochgradiges Entsäuern, das auch als Kalzinieren oder Decarbonisieren bezeichnet wird, des genannten Trockengemisches in Kalzinator nicht möglich erscheint, um einen stabilen und stoßfreien Prozess mit hoher Auslaugungsfähigkeit des gesinterten Materials zu erreichen bzw. zu gewährleisten.
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DE 29 33 289 C2 offenbart eine Brennanlage, die einen Vorwärmer, der mehrere Zyklonstufen aufweist, einen Kalzinator, einen Kühler, einen Mischer, einen Drehrohrofen und einen Sinterkühler umfasst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von gesintertem Material zumindest aus einem aluminiumhaltigen Rohstoff, vorzugsweise Nephelin, aus einem calciumhaltigen Rohstoff, vorzugsweise Kalkstein, und aus einem natriumcarbonathaltigen Rohstoff, vorzugsweise Soda, wobei die Rohstoffe als Rohmehle vorliegen, zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gesintertem Material zumindest aus einem aluminiumhaltigen Rohstoff, vorzugsweise Nephelin, aus einem calciumhaltigen Rohstoff, vorzugsweise Kalkstein, und aus einem natriumcarbonathaltigen Rohstoff, vorzugsweise Soda, wobei die Rohstoffe als Rohmehle vorliegen, wobei
- • eine Rohmehlmischung, die sich aus dem aluminiumhaltigen und dem calciumhaltigen Rohstoff, nicht aber aus dem natriumcarbonathaltigen Rohstoff zusammensetzt, in einem Vorwärmer, der mehrere Zyklonstufen aufweist, erwärmt wird,
- • die vorerwärmte Rohmehlmischung aus der vorletzten Zyklonstufe des Vorwärmers in einen Kalzinator überführt wird, wobei die vorerwärmte Rohmehlmischung vorzugsweise bei Temperaturen von über 1000 °C entsäuert wird,
- • die entsäuerte Rohmehlmischung aus dem Kalzinator in einen Zyklonabscheider, der die letzte Zyklonstufe des Vorwärmers bildet, überführt wird, in dem entsäuerte Rohmehlmischung von der Gasphase abgeschieden wird,
- • die entsäuerte Rohmehlmischung aus dem Zyklonabscheider in einen Kühler überführt wird, in dem die entsäuerte Rohmehlmischung auf eine unterhalb der Schmelztemperatur des natriumcarbonathaltigen Rohstoffs liegende Temperatur heruntergekühlt wird,
- • die entsäuerte Rohmehlmischung aus dem Kühler und der natriumcarbonathaltige Rohstoff, der als Additiv, vorzugsweise in Form eines Rohmehls, einem Additivsilo bzw. Rohmehlsilo entnommen wird, einem Mischer zugeführt werden, wobei der Mischer diese zu einem homogenen Gemisch mischt,
- • das homogene Gemisch einem Drehrohrofen aufgegeben wird, in dem das homogene Gemisch zum gesinterten Material gebrannt wird, wobei der Drehrohrofen einen Drehrohrofenbrenner aufweist,
- • das gebrannte gesinterte Material in einen Sinterkühler zur Abkühlung überführt wird.
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Dadurch, dass die Rohmehlmischung im Kalzinator keinen natriumcarbonathaltigen Rohstoff, vorzugsweise kein Soda, enthält, kann eine hochgradige bis vorzugsweise vollständige Entsäuerung der Rohmehlmischung im Kalzinator erreicht werden, ohne dass es zu der genannten Ansatzbildung im Kalzinator oder auch in anderen Bereichen, insbesondere im Steigrohr, in den Zyklonen der letzten Stufe des Vorwärmers oder in der Einlaufzone des Drehrohrofens, der Brennanlage kommt. Dabei kann der Kalzinator weiterhin mit Temperaturen von über 1000 °C, beispielsweise 1030 °C, gefahren werden. Die Gefahr der Ansatzbildung besteht insbesondere nicht mehr, wenn die entsäuerte Rohmehlmischung nach dem Abscheiden in der letzten Zyklonstufe zunächst durch einen Kühler soweit gekühlt wird, dass die Schmelztemperatur des natriumcarbonathaltigen Rohstoffs, vorzugsweise des Sodas, unterschritten wird. Zu der heruntergekühlten und entsäuerten bzw. kalzinierten Rohmehlmischung wird dann der natriumcarbonathaltige Rohstoff, vorzugsweise Soda, in einer vorgegebenen Menge beigemischt. Dieses Gemisch wird dann im Mischer homogenisiert und als homogenes Gemisch dem Drehrohrofen für den Sinterungsprozess zugeführt. Homogen gemischt bedeutet, dass das Gemisch eine möglichst homogene Verteilung der Einzelsubstanzen aufweist, um ein qualitativ hochwertiges gesintertes Material mit hoher Auslaugungsfähigkeit zu erhalten.
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Es kann von Vorteil sein, wenn an der Einlaufzone des Drehrohrofens eine Mehrzahl von so genannten Shock-Blowern verwendet werden, die eingesetzt werden, falls sich an der Einlaufzone des Drehrohrofens unter Umständen Ansätze ausbilden sollten. Die Shock-Blower blasen die Ansätze weg und dienen somit der Reinigung der Einlaufzone des Drehrohrofens.
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Es kann von Vorteil sein, wenn die entsäuerte Rohmehlmischung hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder Korngröße analysiert wird, vorzugsweise on-line und vorzugsweise kontinuierlich während diese eine Analyseeinheit durchläuft.
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Ein solche Analyse ermöglicht eine schnelle Anpassung von Prozessparameter zur Optimierung des Verfahrens und die Berechnung der erforderlichen Zugabemenge des natriumcarbonathaltigen Rohstoffs, vorzugsweise des Sodas, zur besseren Brennbarkeit der Rohmehlmischung bei niedrigerer Sintertemperatur. Zudem können aufgrund der Analyse Anpassungen hinsichtlich der Zusammensetzung der entsäuerten Rohmischung durch Zugabe von Additiven bzw. Zuschlägen, die auch als Zuschlagstoffe bezeichnet werden können, vorgenommen werden.
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Es kann von Vorteil sein, wenn die entsäuerte Rohmehlmischung nach dem Verlassen des Kühlers analysiert wird.
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Es kann von Vorteil sein, wenn die Menge des der entsäuerten Rohmehlmischung zugesetzten natriumcarbonathaltigen Rohstoffs in Abhängigkeit der vorzugsweise von der Analyseeinheit gelieferten Analysendaten festgelegt wird.
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Es kann von Vorteil sein, wenn ein oder mehr als ein weiterer vorzugsweise in einem oder mehreren Rohmehlsilos gelagerter Zuschlagstoff, der auch verkürzt als Zuschlag bezeichnet werden kann, beispielsweise ein aluminiumhaltiger Zuschlag, vorzugsweise Nephelin, oder ein calciumhaltiger Zuschlag, vorzugsweise Kalkstein, vorzugsweise jeweils als Rohmehl, der entsäuerten Rohmehlmischung zur Herstellung des homogenen Gemisches, das eine vorgegebene Zusammensetzung und Körnung aufweisen soll, zugesetzt sind, wobei die Art und die Menge des Zuschlages vorzugsweise in Abhängigkeit der vorzugsweise von der Analyseeinheit gelieferten Analysendaten festgelegt wird.
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Es kann von Vorteil sein, wenn der Kühler mittels einer Entstaubungsanlage entstaubt wird, wobei der abgeschiedene Staub vorzugsweise direkt der den Kühler verlassenden entsäuerten Rohmehlmischung zugeführt wird, um zu gewährleisten, dass die chemische Eigenschaft der entsäuerten Rohmehlmischung nahezu unverändert bleibt. Vorzugsweise wird eine Entstaubungsanlage mit einem Schlauchfilter zum Abscheiden des Staubes verwendet.
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Es kann von Vorteil sein, wenn als Kühler ein Direktkühler und/oder Indirektkühler verwendet wird, wobei verschiedene Kühlmittel, beispielsweise Wasser und/oder Luft, direkt oder indirekt eingesetzt werden.
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Es kann von Vorteil sein, wenn als Kühler ein Schneckenförderer mit doppelwandigem Mantel verwendet wird, wobei das Kühlmittel, beispielsweise Luft oder Wasser oder Mischungen verschiedener Kühlmittel, durch den Mantel strömt, so dass die entsäuerte Rohmehlmischung im Innenraum des Schneckenförderers bis zur gewünschten Temperatur gekühlt wird.
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Es kann von Vorteil sein, wenn die Rohmehlmischung bis zu 100% im Kalzinator entsäuert wird.
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Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Brennanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben, die in der Zeichnung dargestellt ist. In dieser zeigen schematisch:
- 1a eine schematische Ansicht eines ersten Teils einer Brennanlage, und
- 1b eine schematische Ansicht eines an den in 1a dargestellten ersten Teil anschließenden zweiten Teils der Brennanlage.
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Die in den 1a und 1b dargestellte Brennanlage 10 bildet eine Einheit. 1b schließt ersichtlich auf der rechten Seite der 1a an. Die Brennanlage 10 dient zur Herstellung von gesintertem Material aus Nephelin, Kalkstein und Soda, welche als Rohmehle eingesetzt werden.
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Die Brennanlage 10 umfasst einen Vorwärmer, der mehrere Zyklonstufen 12, 14 zur Erwärmung einer Rohmehlmischung, die sich aus Nephelin und Kalkstein, nicht aber aus Soda zusammensetzt, aufweist. Die Rohmehlmischung wird über eine hier nicht dargestellte Rohmehlaufgabe auf die erste oder oberste hier nicht dargestellte Zyklonstufe des Vorwärmers 14 aufgegeben. Im Vorwärmer wird die Rohmehlmischung auf 800 °C und mehr erwärmt. Die vorgewärmte Rohmehlmischung der vorletzten Zyklonstufe, vorliegend mit dem Pfeil 12 angedeutet, wird einem Kalzinator 16 aufgegeben. Im Kalzinator 16 wird die Rohmehlmischung durch die Abgase aus einem Drehrohrofen 28 sowie durch einen oder mehrere Kalzinatorbrenner 18 weiter auf Temperaturen von über 1000 °C erhitzt und dabei nahezu vollständig entsäuert bzw. decarbonisiert. Die benötigte Verbrennungsluft wird als Tertiärluft über eine Tertiärluftleitung 46 aus dem Auslauf des Drehrohrofens 28 und somit aus dem Sinterkühler 32 in den Kalzinator 16 geführt. Aus dem Kalzinator 16 wird die entsäuerte Rohmehlmischung in die letzte Zyklonstufe 14, die vorliegend als Zyklonabscheider bezeichnet wird, gefördert, wo entsäuerte Rohmehlmischung vom Gasstrom abgeschieden und anschließend einem Kühler 20 zugeführt wird.
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Im Kühler 20 wird die entsäuerte Rohmehlmischung auf eine unterhalb der Schmelztemperatur von Soda liegende Temperatur, vorzugsweise auf unter 850 °C, heruntergekühlt. Der Kühler 20 ist mit einer Entstaubungsanlage 44 zur Entstaubung des Kühlers 20 verbunden.
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Die heruntergekühlte, entsäuerte Rohmehlmischung verlässt als nächstes den Kühler 20 und durchläuft eine Analyseeinheit 34. Zuvor kann der in der Entstaubungsanlage 44 abgeschiedene Staub der heruntergekühlten, entsäuerten Rohmehlmischung nach Verlassen des Kühlers 20 wieder zugemischt werden. Dies hat keinen Einfluss auf die nachfolgende Analyse. In der Analyseeinheit 34 wird die heruntergekühlte, entsäuerte Rohmehlmischung hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder Korngröße analysiert, vorzugsweise on-line und vorzugsweise kontinuierlich während des Durchlaufens der heruntergekühlten, entsäuerten Rohmehlmischung durch die Analyseeinheit 34.
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In Abhängigkeit der von der Analyseeinheit 34 gelieferten Analysedaten wird der heruntergekühlten, entsäuerten Rohmehlmischung nunmehr eine vorgegebene Menge an Soda 24 als Additiv, vorzugsweise in Form eines Rohmehls, aus einem Additivsilo bzw. Rohmehlsilo 26 zugeführt. In Abhängigkeit der von der Analyseeinheit 34 gelieferten Analysedaten können Abweichungen in der gewünschten Zusammensetzung durch verschiedene Korrekturmittel 48 ausgeglichen werden. Als Korrekturmittel 48 können in Rohmehlsilos 36, 38 gelagerte Zuschläge vorgesehen sein, insbesondere Nephelin 40 oder Kalkstein 42, die dann in vorgegebenen Mengen als Zuschlag der heruntergekühlten, entsäuerten Rohmehlmischung nebst Soda 24 zugeführt werden.
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Die heruntergekühlte, entsäuerte Rohmehlmischung wird dann mit dem Soda 24 und ggf. weiteren Zuschlägen 40, 42 in einem Mischer 22 zu einem homogenen Gemisch gemischt. Homogen gemischt bedeutet, dass das Gemisch eine möglichst homogene Verteilung der Einzelsubstanzen aufweist, um ein qualitativ hochwertiges gesintertes Material zu erhalten.
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Das homogene Gemisch wird anschließend der Drehrohrofeneinlaufkammer des Drehrohrofens 28 aufgegeben. Im Drehrohrofen 28 wird das homogene Gemisch zum gesinterten Material gebrannt. Die erforderliche thermische Energie wird dabei von einem Drehofenbrenner 30 bereitgestellt. Das gebrannte den Drehrohrofen verlassende gesinterte Material wird anschließend im Sinterkühler 32 abgekühlt, der mit einem Sinterkühlerfilter, vorliegend mit einem Pfeil 50 als Weg zum Sinterkühlerfilter dargestellt, verbunden ist. Im Bereich des Sinterkühlers 32 ist der Drehohrofenkopf so konstruiert, dass die Gasgeschwindigkeit unter der Schwebegeschwindigkeit der Sinterstaubpartikeln gehalten und dadurch die Staubbeladung der Tertiärluft minimiert wird. Dadurch wird vorteilhaft die Staubzirkulation unterbunden, welche den Sinterprozess sonst negativ beeinflussen könnte.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Brennanlage
- 12
- vorletzte Zyklonstufe
- 14
- letzte bzw. unterste Zyklonstufe bzw. Zyklonabscheider
- 16
- Kalzinator
- 18
- Kalzinatorbrenner
- 20
- Kühler
- 22
- Mischer
- 24
- natriumcarbonathaltiger Rohstoff, vorzugsweise Soda
- 26
- Rohmehlsilo
- 28
- Drehrohrofen
- 30
- Drehrohrofenbrenner
- 32
- Sinterkühler
- 34
- Analyseeinheit
- 36
- Rohmehlsilo
- 38
- Rohmehlsilo
- 40
- aluminiumhaltiger Zuschlag
- 42
- calciumhaltiger Zuschlag
- 44
- Entstaubungsanlage
- 46
- Tertiärluftleitung
- 48
- Korrekturmittel
- 50
- Sinterkühlerfilter bzw. Weg dorthin
