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Verfahren zur Herstellung von Zementen oder Kalken aus Schlämmen Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zementen und Kalken und hat
zum Ziel, diese in bezug auf die Wärmewirtschaft günstiger zu gestalten, betriebs-
und leistungsmäßige Vorteile und qualitätsmäßig bessere Fabrikate zu erzielen.
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Bei der Herstellung von Zementen und Kalken sind grundsätzlich zwei
verschiedene Verfahren möglich, nämlich Naßverfahren und Trockenverfahren. Hinsichtlich
des wärmewirtschaftlichen Verhältnisses beider Verfahren zueinander kann festgestellt
werden, daß im Drehofen im Naßverfahren für Zement etwa 1300 kcal/kg Klinker, für
Branntkalk etwa 2200kcal/kg Kalk, dagegen im Trockenbrennverfahren für Zement nur
730 bis 1100 kcal/kg Klinker und für Branntkalk je nach dem Wassergehalt des Rohmaterials
etwa 1200 bis 1400 kcal/kg Kalk erforderlich sind.
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Das Naßverfahren wird, obwohl es gegenüber dem Trockenverfahren wärmewirtschaftliche
und leistungsmäßige Nachteile mit sich bringt, auch heute noch dort angewendet,
wo die Ausgangsstoffe bereits mit einem relativ hohen Wasseranteil anfallen und
die Ausscheidung von Verunreinigungen nur durch die Naßaufbereitung möglich ist.
Dieses gilt insbesondere für die Zement- und Kalkherstellung auf Kreidebasis, wo
Kreide und Ton mit Wassergehalten von 20 bis 25 °/o abgebaut werden und vorhandene
Flintsteine im Schlämmverfahren ausgeschieden werden.
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Neben den wärmewirtschaftlichen Nachteilen ergeben sich insbesondere
beim Brennen von Kreidekalk im Naßverfahren Nachteile, die sich sowohl auf das Verfahren
selbst als auch auf das erzielte Produkt beziehen.
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Es ist möglich, bei der Herstellung von im Naßverfahren aufbereiteten
Zementen und Kalken wärmewirtschaftliche Ergebnisse und qualitäts- und leistungsmäßige
Vorteile zu erzielen, die denen des Trockenverfahrens in etwa gleichkommen, wenn
man erfindungsgemäß den in bekannter Weise aus den Rohmaterialien mit etwa 30 bis
50 °/o Wasser hergestellten homogenen Schlamm durch mechanische Trennung von Feststoffen
und Wasser in einen festen Zustand überführt, die feste Masse entweder normalen
Drehöfen aufgibt oder nach geeigneter Aufbereitung einem Trockenbrennverfahren unterzieht.
Man erhält also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verarbeitungsgut, welches
sowohl im normalen Drehofen als auch im Trockenverfahren als Ausgangsprodukt verwendbar
ist, dessen Wassergehalt ohne weiteres auf etwa 20 °/o herabgedrückt werden kann.
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Zur Durchführung des Verfahrens kann jede geeignete Vorrichtung zum
Abscheiden von Feststoffen aus Flüssigkeiten verwendet werden. Beispiel für das
kontinuierliche Verfahren ist eine Vollmantelschleuder, die mit einem rotierenden
Trommelmantel und einer im gleichen Sinn, aber mit niedrigerer Drehzahl rotierenden
Förderschnecke arbeitet. Für den diskontinuierlichen Betrieb kommen beispielsweise
Schälzentrifugen oder Druckfilter in Betracht.
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Die erfindungsgemäße Art der mechanischen Trennung von Feststoffen
und Wasser bringt nun ein Problem mit sich, dessen Lösung eine erhebliche Verbesserung
des Verfahrens herbeiführt. Beim Schleudern von Kalk- und Zementrohschlämmen stellt
sich ein Trenneffekt der feinsten Feststoffe ein, der je nach Umdrehungszahl der
Schleuder etwa zwischen 2 und 10 #t liegt. Hierdurch tritt insbesondere bei Zementrohschlämmen
eine Trennung der Gemischbestandteile, die hier kurz als Kalk und Ton bezeichnet
werden, ein, da der aufgeschlämmte Ton in feinstkörniger bis kolloidaler Form vorliegt.
Die Folge ist eine Anreicherung der Kalkkomponente im Feststoffaustrag der Schleuder,
während der Flüssigkeitsaustrag noch große Mengen des sehr feinkörnigen Tones enthält.
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Es wurde nun gefunden, daß man diese Nachteile und Schwierigkeiten
bei der mechanischen Entwässerung der Rohschlämme vermeiden kann, wenn man erfindungsgemäß
den Rohschlamm vor dem mechanischen Entwässern ansteift. Hierdurch kann die Bewegung
der Feststoffpartikelchen untereinander so sehr unterdrückt werden, daß eine Entmischung
von Kalk und Ton vollständig verhindert wird. Es hat sich herausgestellt, daß die
Sedimentationsgeschwindigkeit der Feststoffe in der Schleuder durch das Ansteifen
des Ausgangsproduktes um ein Vielfaches gesteigert werden kann. Es wurde gefunden,
daß zur Verhinderung von Entmischungen Viskositätswerte von mindestens 600 Poise
notwendig sind. Zweckmäßig arbeitet man jedoch in noch höheren Viskositätsbereichen
um 1000 Poise und noch mehr.
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Die im Naßverfahren aufbereiteten Kalk- bzw. Zementrohschlämme mit
Wassergehalten von 30 bis 60 °/o sind dünnflüssiger. Die Viskositäten liegen hier
im allgemeinen unter 400 Poise.
Die Angaben von Viskositätswerten
bedürfen zusätzlicher Erläuterungen Die Viskosität ai [g - cm-' - sec-' = Poise]
ist definiert durch den Quotienten aus Schubspannung z [dyn - cm-2] und Schergefälle
D [sec-'] z/D=Poise.
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Wie allgemein bei den meisten Dispersionen höherer Konzentration ist
auch bei den Zementrohschlämmen der Quotient -r/D nicht konstant, sondern eine Funktion
von z bzw. von D, und wird als scheinbare Viskosität bezeichnet. Sie hat nur dann
einen eindeutigen Aussagewert, wenn die genauen Umstände der Messungen bekannt sind.
Zur Charakterisierung dieser als nicht Newtonsche Flüssigkeiten bezeichneten, mit
Fließanomalien behafteten Stoffe hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Schergefälle
als Funktion der Schubspannung in Form der sogenannten Fließkurve graphisch darzustellen.
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In A b b. 2 sind die Fließkurven von drei Zementrohschlämmen verschiedener
Viskositätsbereiche aufgeführt. Sie zeigen deutlich, daß das hier beanspruchte Viskositätsgebiet
weit außerhalb der bisher in der Zementindustrie gehandhabten Viskositäten liegt.
Kurve I liegt etwa in dem bis heute üblicherweise angestrebten Viskositätsgebiet.
Kurve II, die etwa im unteren Bereich des beanspruchten Viskositätsgebietes liegt,
verläuft, wie ersichtlich, in einem hierzu deutlich unterschiedlichen Gebiet. Noch
deutlicher ist der Unterschied der Kurve III. Die Erfassung exakter Werte ist insbesondere
bei den Zementrohschlämmen mit hoher Viskosität außerordentlich schwierig. Insbesondere
bei Anwendung verschiedener Meßgeräte können die erzielten Werte außerordentlich
verschieden sein und bis zu einer Zehnerpotenz voneinander abweichen. Die in A b
b. 2 dargestellten Fließkurven wurden mit einem Rotationsviskosimeter mit Koaxialzylindermeßeinrichtung
nach dem Couette-Typ, Prüftemperatur 16°C, durchgeführt. Ebenfalls mit einem Rotationsviskosimeter,
jedoch eines anderen Fabrikates, wurden unter sonst gleichen Bedingungen die oben
aufgeführten Werte von 400, 600 bzw. 1000 Poise gefunden. Die Unterschiede weichen
hier um etwa eine Zehnerpotenz voneinander ab. Die Verhältnisse zueinander sind
jedoch gleichgeblieben.
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Es wurde ferner gefunden, daß Sedimentationshilfen, wie sie z. B.
zum Klären wäßriger Suspensionen mannigfaltig Verwendung finden, hier nicht zum
Erfolg führen. Während nämlich diese Suspensionen nur relativ geringe Feststoffanteile
enthalten, liegen die Feststoffanteile bei den Kalk- und Zementrohschlämmen bei
etwa 1000 g/1. Bei diesen hohen Konzentrationen wirken die obenerwähnten Hilfsmittel
statt als Sedimentierhilfen als Schutzkolloide und erschweren die Konglomeration
des Sedimentes.
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Andere bekannte Flockungsmittel, wie Calciumhydroxyd, Eisen- und Aluminiumsalze
oder Zellulosederivate, wirken versteifend und führen zu einem mehr oder weniger
guten Erfolg. Der Nachteil dieser Stoffe liegt jedoch darin, daß die notwendigen
Mengen groß sind, wodurch die Wirtschaftlichkeit in Frage gestellt wird. Zudem wird
die Zusammensetzung des fertiggebrannten Produktes durch die anorganischen Zusatzstoffe
beeinflußt.
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Es wurde ferner gefunden, daß eine Zugabe von Öl in den Rohschlamm
ebenfalls eine Ansteifung bewirkt. Man kann nun die versteifende Wirkung des Öles
dadurch steigern, daß man das Öl in Form von Emulsionen zugibt. Auf diese Weise
kann man den Rohschlamm so weit versteifen, daß keine Entmischung zwischen Ton und
Kalk auftritt. Diese Emulsionen können mit dem Rohschlamm leicht in jedem Verhältnis
vermischt werden, wenn sie ihrem Charakter nach hydrophil sind, also Öl-in-Wasser-Emulsionen
darstellen. Zur Herstellung dieser Emulsionen sollen vorzugsweise Schweröle, die
eine hohe Viskosität aufweisen, verwendet werden. Diese billigen Schweröle machen
das Verfahren besonders wirtschaftlich.
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In ähnlicher Weise wie die Öl-in-Wasser-Emulsionen wirken Kohlesuspensionen
oder Mischungen von Ölemulsionen und Kohlesuspensionen. Diese Suspensionen bewirken
ebenfalls eine Ansteifung und verhindern so die Entmischung.
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Der wirtschaftliche Vorteil dieses Verfahrens liegt auch darin, daß
schon Zuteilungen von nur 2 Gewichtspromille Öl bzw. Kohle genügen, um den erforderlichen
Effekt zu erzielen. Ein Teil des Öles und der Kohle wird im Ofen verbrannt, so daß
die Heizenergie zum Teil noch ausgenutzt werden kann. Das Einbringen dieser Suspensionen
bzw. Emulsionen gestaltet sich einfach, da sie leicht mit dem Rohschlamm gemischt
werden können.
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Die Zuteilung der Emulsionen bzw. Suspensionen in den Rohschlamm kann
auf verschiedene Weise vorgenommen werden 1. Die Zuteilung erfolgt in einem Rührbehälter
vor der Schleuder. Der angesteifte Rohschlamm wird dann aus dem Rührbehälter in
die Schleuder gepumpt.
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2. Die Zusätze können ebenfalls mit Hilfe einer Lanze direkt in die
Schleuder eingespritzt werden. Die Durchmischung mit dem Rohschlamm erfolgt in der
Schleuder.
| Ausführungsbeispiele |
| A. Beispiele einer Entwässerung |
| von Zementrohschlamm |
| in einer Vollmantelschleuder |
| 1. Zusatz Emulsion ............. kein Zusatz |
| Aufgabegut ................. Zement- |
| rohschlamm |
| Feststoffgehalt im Aufgabegut 1000 g/1 |
| Zusammensetzung des Aufgabe- |
| gutes ..................... 77,50 °/o Kalk |
| 22,5 °/o Ton |
| Wassergehalt im Aufgabegut . . 38,40/, |
| Viskosität des Aufgabegutes ... 360 Poise |
| Feuchtigkeitsgehalt im Feststoff |
| austrag ................... 23,30/0 |
| Zusammensetzung im Feststof |
| austrag ................... 86,2 °/o Kalk |
| 13,8 °/o Ton |
| Feststoffgehalt im Flüssigkeits- |
| austrag ................... 487 g/1 |
| 2. Zusatz Emulsion ............. 0,5°/o |
| Aufgabegut ................. Zement- |
| rohschlamm |
| Feststoffgehalt im Aufgabegut 1008 g/1 |
| Zusammensetzung des Aufgabe- |
| gutes ..................... 77,65 °/o Kalk |
| 22,35 °/o Ton |
| Wassergehalt im Aufgabegut . . 38,70/0 |
| Viskosität des Aufgabegutes ... 620 Poise |
| Feuchtigkeitsgehalt im Feststoff= |
| austrag ................... 22,70/, |
| Zusammensetzung im Feststoff= |
| austrag ................... 77,84% Kalk |
| 22,16 % Ton |
| Feststoffgehalt im Flüssigkeits- |
| austrag ................... 59,0 g/1 |
| 3. Zusatz Emulsion ............. 1,011/0 |
| Aufgabegut ................. Zement- |
| rohschlamm |
| Feststoffgehalt im Aufgabegut 1021 g/1 |
| Zusammensetzung des Aufgabe- |
| gutes ..................... 77,54% Kalk |
| 22,46 % Ton |
| Wassergehalt im Aufgabegut . . 38,10/0 |
| Viskosität des Aufgabegutes ... 970 Poise |
| Feuchtigkeitsgehalt im Feststoff |
| austrag ................... 22,031)/o |
| Zusammensetzung im Feststoff- |
| austrag ................... 77,56 % Kalk |
| 22,44% Ton |
| Feststoffgehalt im Flüssigkeits- |
| austrag ................... 4,5 g/1 |
| B. Beispiele einer Entwässerung |
| von Zementrohschlamm in einem Druckfilter |
Der leistungsmäßige Gewinn beim Entwässern in Druckfilterpressen, der sich aus dem
erfindungsgemäßen Verfahren des Ansteifens der Zement- oder Kalkrohschlämme ergibt,
wird durch die Filtrationskurven in A b b . 1 dargestellt. Sie wurden mit einer
Filterpresse mit vier Kammern, 570 - 570 .30 mm, Füllinhalt
38,7 1, erhalten.
Preßdruck: 11 atü.
| Erläuterungen zu den Kurven |
| Kurve 1 a |
| Filtrationsauslaufgeschwindigkeit des nicht ange- |
| steiften Zementrohschlammes: |
| FeststoffgehaltimAufgabe- |
| gut ................. 1008 g/1 |
| Wassergehalt im Aufgabe- |
| gut ................. 38,4 Gewichtsprozent |
| Zusatz an Emulsion ..... kein Zusatz |
| Viskosität des Schlammes 380 Poise |
| Kurve 2a |
| Filtrationsauslaufgeschwindigkeit des angesteiften |
| Zementrohschlammes: |
| Feststofl'gehaltimAufgabe- |
| gut ................. 1008 g/1 |
| Wassergehalt im Aufgabe- |
| gut ................. 30,4 Gewichtsprozent |
| Zusatz an Emulsion ..... 1,2 Gewichtsprozent |
| Viskosität des Schlammes 1120 Poise |
| Kurve 1 b |
| Additive Filtratmenge des nicht angesteiften Zement- |
| rohschlammes; Ausgangsschlamm wie bei la: |
| Additive Filtratmenge nach |
| 30 Minuten Filtrations- |
| dauer ................. 14,21 |
| Kuchengewicht nach 30 Mi- |
| nuten Filtrationsdauer ... 72,1 kg |
| Wassergehalt des Kuchens |
| nach 30 Minuten Filtra- |
| tionsdauer ............. 26,4 Gewichtsprozent |
| Feststoffgehalt des Kuchens |
| nach 30 Minuten Filtra- |
| tionsdauer ............. 53,04 kg |
| Kurve 2 b |
| Additive Filtratmenge des angesteiften Zementroh- |
| schlammes; Ausgangsschlamm wie bei 2a: |
| Additive Filtratmenge nach |
| 11 Minuten Filtrations- |
| dauer ................. 22,61 |
| Kuchengewicht nach 11 Mi- |
| nuten Filtrationsdauer ... 77,2 kg |
| Wassergehalt des Kuchens |
| nach 11 Minuten Filtra- |
| tionsdauer ............. 21,2 Gewichtsprozent |
| Feststoffgehalt des Kuchens |
| nach 11 Minuten Filtra- |
| tionsdauer ............. 60,9 kg |