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Verfahren zum Vermindern des Wassergehaltes in Zementrohschlämmen
. Bei der Zementherstellung erhitzt man bekanntlich Gemische aus Kalkstein und Ton
in Drehrohröfen. Hierbei ist es wesentlich für die Erzielung eines guten Zementes,
daß Kalkstein und Ton vor dem eigentlichen Brennen innig miteinander vermischt werden.
Dies erreicht man vorteilhaft durch eine sogenannte Naßvermahlung, die darin besteht,
daß man die Kalkstein-Ton-Gemenge mit einer bestimmten Menge Wasser versetzt, wobei
man einen sogenannten Zementroh-Schlamm erhält. Diese Zementrohschlämme werden dann
einer Naßmahlung zugeführt, wobei eine gute Homogenisierung der Schlämme erzielt
wird.
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Die auf diese Weise homogenisierten Zementrohschlämme führt man nicht
direkt dem Drehrohrofen zu, da ihr hoher Wassergehalt das Zementbrennen unwirtschaftlich
machen würde. Man ist daher bemüht, den Feuchtigkeitsgehalt der Zementrohschlämme,
der im allgemeinen bis zu 40°/o und mehr beträgt, zu reduzieren.
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Nach einem bekannten Verfahren wird der Zementrohschlamm nach der
Naßmahlung zunächst einer Eindickanlage zugeführt, wo er in Absitztanks vorentwässert
wird, bevor er zur weiteren Entwässerung einer Filterpresse oder einer Zentrifuge
zugeführt wird. Für die kontinuierliche Beschickung moderner Zementöfen ist dieses
Verfahren, das für den Schachtofenbetrieb ausgearbeitet wurde, jedoch nicht leistungsfähig
genug. Da außerdem die Tonrohstoffe von Werk zu Werk verschieden sind, müssen die
nötigen Anlagen für jedes Werk gesondert geplant werden. Liegen stark quellfähige
Tone vor, so läßt sich das Verfahren gar nicht anwenden.
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Es ist weiter bekannt, daß man den Wassergehalt von Zementrohschlämrnen
durch Zusätze verschiedener Stoffe reduzieren kann. Solche Zusatzstoffe sind beispielsweise
Soda, Natrium-meta-silikate, Natriumpolyphosphate, Cellulose-Derivate und Ligninsulfonate.
Auch ein Zusatz von Salzen mindestens dreibasischer organischer Säuren ist schon
vorgeschlagen worden. Die Gegenwart dieser Zusatzstoffe erlaubt es, in Zementrohschlämmen
Wasser einzusparen, also eine höhere Einstellung des Feststoffgehaltes zu ermöglichen,
ohne daß hierdurch gleichzeitig die Viskosität der Rohschlämme gesteigert wird.
Jedoch ist dieser Effekt begrenzt. Im allgemeinen gelingt es nur, eine Reduktion
des Wassergehaltes bei gleichbleibender Viskosität von 5 bis 8 % zu erzielen.
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Versucht man den Wassergehalt von Zementrohschlämmen auf mechanischem
Wege, beispielsweise durch Zentrifugieren, zu reduzieren, so zeigt sich, daß sich
nicht wie gewünscht reines Wasser abschleudern läßt, sondern daß das abgeschleuderte
Wasser noch Festbestandteile enthält. An dieser Tatsache ändert sich auch nichts,
wenn man die Umdrehungszahl der verwendeten Zentrifuge steigert. Desgleichen ist
auch die Zentrifugierzeit ohne wesentlichen Einfuß auf diesen Effekt.
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Diese hauptsächlich aus Tonen bestehenden Festbestandteile in dem
nach dem Zentrifugieren überstehenden Wasser werden also dem zu brennenden Gemisch
entzogen, was zur Folge hat, daß die zurückbleibenden Schlämme in ihrer Zusammensetzung
in so erheblichem Maße verändert werden, daß sie für die Herstellung brauchbarer
Zemente nicht mehr in Betracht kommen. Abgesehen von diesem Nachteil liegt auch
der Wassergehalt der so entwässerten Rohschlämme immer noch bei mindestens 30 bis
35 °/o.
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Es wurde nun gefunden, daß der Wassergehalt von Zementrohschlämmen
unter Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile durch mechanische Wasserabscheidung
beträchtlich vermindert werden kann, wenn den Zementrohschlämmen vor der mechanischen
Wasserabscheidung wasserlösliche Halogenide von Alkali-, Erdalkali- oder Erdmetallen<
oder von Schwermetallen oder Formiate oder Nitrate von. Alkali-oder Erdalkalimetallen
oder Alkaliacetate oder die dem Anion der betreffenden Salze entsprechenden Säuren
zugesetzt werden. Hierdurch ist es möglich, Zementrohschlämme mit einem Feststoffgehalt
von 'i0 bis 80 °/o zu erzielen, also den Wassergehalt auf 30 bis 20 °% zu reduzieren.
Enthielt also der anfängliche Zementrohschlamm beispielsweise einen Wassergehalt
von 40°/0, so ist es erfindungsgemäß möglich, denselben um 10 bis 20 % auf
30 bis 20 °/o zu reduzieren.
Der Effekt ist also etwa zwei- bis
viermal größer als bei dem oben angeführten bekannten Verfahren der Reduzierung
des Wassergehaltes mit Hilfe solcher Zusätze, durch die die Viskosität der Schlämme
konstant gehalten wird. Das abgeschleuderte Wasser ist klar und enthält keinerlei
feste Bestandteile.
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Die erfindungsgemäß verwendeten -Salze dürfen auf Tone nicht dispergierend
wirken, weil infolge der hierdurch entstehenden sehr feinen Verteilung der Töne
sich lediglich-=sem:Sedimentationsglechgewicht einstellen würde, '"während das vorliegende
Verfahren gerade die 'Äbtrennung reinen Wassers zum Ziel hat. Aus diesem Grund dürfen
auch Salze, deren Anionen mit Calciumionen schwerlösliche oder suidlösliche Verbindungen
bilden, nicht verwendet werden.
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Unter den vielen Salzen, die sich für das vorliegende Verfahren eignen,
- seien beispielsweise genannt: die Halogenide der Alkali-, Erdalkali- und Erdmetalle,
beispielsweise Natriumchlorid, Kahumchlorid, Lithiumchlorid, Ammoniumchlorid, Calciumbromid,
Cälciumjbdid, Aluminiumchlorid, ferner die Halogenide von Schwermetallen, beispielsweise
Zinkchlorid, Blei(II)-chlorid, Mangan(II)-chlorid, Nickelchlorid, Eisen(III)-chlorid
u. a., ferner Alkali- oder Erdalkalinitrate wie: Natriumnitrat oder Calciumnitrat,
Alkaliacetate wie Natriumacetat,. Alkali- und Erdalkaliformiate usw. Besonders bevorzugt
sind die Halogenide der obengenanuten Metalle, unter denen, im wesentlichen aus
wirtschaftlichen Gründen, wiederum die Chloride eine bevorzugte Rolle spielen. -Die
Mengen, in denen die genannten Salze . den Zementrohschlämmen- zugesetzt werden,
liegen, im allgemeinen im Bereich zwischen etwa 0,2 und 2 Gewichtsprozent, bezogen
auf das Gewicht des Zementrohschlammes, Bevorzugt_ setzt man die Salze in Mengen
zwischen 0,5 und 1,5 Gewichtsprozent hinzu. Selbstverständlich ist es im Prinzip
auch möglich, mehr als 2 Gewichtsprozent an Salzen den Zementrohschlämmen hinzuzusetzen.
Jedoch wird durch den Zusatz so großer Mengen die Reduzierung des Wassergehaltes
im allgemeinen nicht mehr gesteigert, während die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
naturgemäß abnimmt.
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Wünscht man speziell die Einwirkung von Calciumsalzen auf, die Zementrohschlämme,
so ist es auch möglich, an Stelle des betreffenden Calciumsalzes die ihm zugrunde
liegende freie Säure dem Zementrohschlamm hinzuzufügen. Verwendet man beispielsweise
freie Salzsäure als Zusatzstoff, so ist ihre Wirkung derjenigen der äquivalenten
Menge Calciumchlorid gleichzusetzen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß in jedem
Zementrohschlamm Calciumionen zugegen sind.
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Die Reduzierung des Wassergehaltes der Zementrohschlämme auf mechanischem
Wege kann in bekannter Weise erfolgen, beispielsweise durch Abachleudern, Zentrifugieren
oder ähnliche Methoden.
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Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Versuche erläutert: Verwendet
wurde ein Zementrohschlamm mit einem Wassergehalt von 42 bis 450/0. (Die Wassermenge
wechselt .etwas mit der Zusammensetzung der Tonbestandteile des Rohschlammes.) Das
Zentrifugieren erfolgte in einer Laborzentrifuge, die einen Radius von 15 cm hatte.
Die -meisten Versuche wurden bei einer Tourenzahl von- 40.00 durchgeführt.
In diesem Fall errechnet sich eine Umfangsgeschwindigkeit von etwa 3800: Die Versuchsergebnisse
sind in den Tabellen 1 bis 5 dargestellt. In diesen Tabellen bedeuten U die Anzahl
der Umläufe der Zentrifuge pro Minute, u die Umfangsgeschwindigkeit der Zentrifuge
in Metern pro Minute, t die Zentrifugierdauer in Minuten. Am Ende der Tabelienr
2 bis 5 ist das Verhalten des Schlammes bei Einbringen des Zusatzes und bzw. oder
das Verhalten des während des Zentrifugierens ent4eüeifdeh--eedzmentes bei seiner
Entnahme an-.g@,geben.
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`bie zugegebenen Salze sollen möglichst wenig oder gar nicht verdicken.
Die entwässerte Masse soll eine pastöse oder krümelige Konsistenz haben, die ein
leichtes Austragen erlaubt.
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Tabelle 1 gibt Versuche ohne Salzzusätze wieder. Man sieht, daß das
durch Zentrifugieren abgeschiedene Wasser stets mehr oder weniger größere Mengen
an Feststoffgehalten aufweist. Diese lassen sich weder durch Steigerung der Tourenzahl
noch durch Steigerung der Zentrifugierdauer beseitigen.
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Aus den Tabellen 2 bis 5 ist dagegen zu ersehen, daß die als Zusätze
verwendeten Salze, insbesondere diejenigen starker Säuren, den Zentrifugiervorgang
stark unterstützen, zu hochprozentigen Sedimenten führen und bewirken, daß das über
dem Sediment stehende Wasser frei von Feststoffen ist.
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Tabelle 2 gibt die Wirkung der Chloride einwertiger Kationen wieder,
wobei man sieht, daß auch Salzsäure durchaus als geeignet bezeichnet werden kann.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß auch nach Zugabe der Salzsäure der Zementrohschlamm
einen pH-Wert von 7 bis 8 aufwies, also keine Veränderung des pH-Wertes eingetreten
war.
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Tabelle 3 gibt den Einfuß der Chloride zweiwertiger Metalle wieder.
Es. zeigt sich, daß Calciumchlorid für den gewünschten Zweck sehr geeignet ist,
da Calciumverbindungen naturgemäß im Rohschlamm vorkommen und bei der Verwendung
von Calciumchlorid keine Fremdionen in den fertigen Klinker eingebracht werden.
Weiter wird bei der Zugabe von Calciumchlorid zum Rohschlamm nur eine geringe Verdickung
beobachtet (im Gegensatz beispielsweise bei Zugabe von Ammoniumchlorid) und .ein
gut plastisches Sediment erhalten. -Den Ergebnissen dieser Tabelle ist aber zu entnehmen,
daß auch die Chloride anderer Metalle gut geeignet sind.
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Tabelle 4 gibt die Wirkung der Chloride dreiwertiger Metalle wieder,
wobei zu bemerken ist, daß bei der Zugabe von Aluminiumchlorid eine starke Verdickung
des Rohschlammes auftritt und nach Beendigung des Versuchs der Rohschlamm eine trockene,
krümelige Konsistenz aufweist. Da ein Rohschlamm dieser Konsistenz sich nur schwer
aus der Zentrifuge entfernen läßt, ist Aluminiumchlorid für das vorliegende Verfahren
nicht so geeignet wie andere Salze, die dem Rohschlamm diese Eigenschaft nicht verleihen.
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Tabelle 5 zeigt den Einfuß verschiedener Anionen. Bei Betrachtung
der Ergebnisse dieser Tabelle in Verbindung mit den Ergebnissen der Tabelle 2 und
3 zeigt sich, daß die Halogenide die höchsten Festgehalte im Sediment ergeben. Die
Nitrate ergeben niedrigere, aber ebenfalls noch gute Werte. Die Sulfate sind für
das Verfahren weniger geeignet, da durch die augenblickliche Bildung von unlöslichem
CaS04 die Wirkung des löslichen Sulfates beseitigt wird. Auch Natriumacetat erweist
sich als geeignet, wenn es auch nicht so wirksam wie die Halogemde ist. Die Wirkung
von Bromiden und Jodiden ist praktisch gleich derjenigen der Chloride.