DE2540162C3 - Verfahren zur Herstellung eines mineralischen Bindemittels und Vorrichtung zur Herstellung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zu' Herstellung mint-iaiischer Bindemittel und auf ein: ^ orrichtung vnr H<;r'stellung derselben.

Gegenwärtig ist ein thermisches Verfahren zur Gewinnung mineralischer Bindemittel, insbesondere von Portlandzement bekannt, bei dem das mineralische Bindemittel durch Brennen bzw. Sintern einer entsprechenden Rohstoffmischung in einem Brennofen mit nachfolgendem Mahlen des angefallenen Sintergutes gewonnen wird. Die Hauptnachteile dieses Verfahrens sind: seine lange Dauer — in der Regel dauert der Prozeß mindestens einige Stunden — sowie ein bedeutender Brennstoffverbrauch, der zur Erreichung ausreichend hoher Temperaturen in den öfen erforderlich ist Normalerweise beträgt die maximale Temperatur in den öfen 1400- 1500⁰C.

In letzter Zeit wurde ein Verfahren zur Gewinnung mineralischer Bindemittel, insbesondere von Portlandzement, durch Einwirkung ionisierender Strahlung auf eine entsprechende Rolwtoffmischung, z. B. mit einem Elektronenstrom bekannt. Wie aus der DL-PS 68 451 zu ersehen ist, wird dieses Verfahren unter Bedingungen des Hochvakuums bei einer Bewegung des Materials senkrecht zum Elektronenstrom im Selbstfluß auf schief aufgestellten Ebenen ohne ein Vermischen durchgeführt.

Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber dem thermischen besteht darin, daß es keinen Brennstoffaufwand erforderlich macht. Gleichzeitig weist es aber den Nachteil auf, der in der ungleichmäßigen Bearbeitung des Materials sowie darin besteht, daß es nicht möglich ist, die Elektronenenergie vollständig zu nutzen.

Bekannte Vorrichtungen zur Gewinnung mineralischer Bindemittel gemäß dem obengenannten Verfahren enthalten eine hermetisch abgedichtete Kammer, die in ihrem oberen Teil eine Beschickungseinrichtung und im unteren Teil eine Entleerungseinrichtung aufweist. Innerhalb der Kammer sind zwei aneinanderstoßende, schräg aufgestellte Fließrinnen eingebaut, in denen sich das zu bearbeitende Material — Ausgangsrohstoffmischung — im Selbstfluß bewegt. Über den Fließrinnen ist eine Quelle einer ionisierenden Strahlung, meistens eine Quelle eines Elektronenstromes montiert, der vorwiegend senkrecht in bezug auf das zu bearbeitende (d. h. zu bestrahlende) Material emittiert wird(s. DL-PS 68 451).

Der Hauptnachteil dieser Anlagen besteht darin, daß darin kein Vermischen des Materials vorgesehen ist, die Anlage hinsichtlich der Schichtstärke sehr empfindlich ist und die konstruktiven Elemente der zerstörenden Einwirkung der ionisierenden Strahlung ausgesetzt sind.

Bekannt sind ebenfalls Anlagen zur Bearbeitung verschiedener Materialien mit Hilfe der ionisierenden Strahlung, die ebenfalls eine hermetisch abgedichtete Kammer enthalten, innerhalb der ein horizontales Transportband angeordnet wird, das die Fortbewegung des zu bearbeitenden Materials in der Arbeitskammer sichert, sowie eine Quelle eines Stromes beschleunigter Elektronen angeordnet ist, die über dem Transportband derart aufgestellt ist, daß der Elektronenstrom senkrecht zur Arbeitsfläche des Transportbandes gerichtet ist (s. US-PS 28 87 584).

Der Hauptnachteil dieser Anlagen besteht darin, daß das Material in denselben ungleichmäßig bearbeitet wird.

Das Ziel vorliegender Erfindung war die Beseitigung der Nachteile der bekannten Verfahren zur Gewinnung mineralischer Bindemittel und der Anlagen zu ihrer Herstellung.

Dei Frfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung mineralischer Bindemittel

durch Einwirkung eines Strahlenbündels beschleunigter Elektronen zu entwickeln, bei dem eine gleichmäßige Verteilung des Materials mit dem Elektronenstrom über das gesamte Volumen gesichert wird, sowie Anlagen zur Durchführung dieses Verfahrens zu entwickeln.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß bei der Gewinnung minderalischer Sindemittel mittels Einwirkung eines Strahlenbündels beschleunigter Elektronen auf eine vorher zerkleinerte, kontinuierlich zugeführte Rohstoffmischung der Rohstoffstrom entgegen dem Elekironenstrom des Bündels gerichtet und unmittelbar in diesem Strahlenbündel vermischt wird.

Ein derartiges Verfahren erlaubt es, das Material gleichmäßiger zu bearbeiten, die Energie des Elektronenstrahlenbündels vollständiger zu nutzen und die Konstruktionselemente der Anlage vor der zerstörenden Einwirkung der Strahlung zu schützen.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Verwirklichung dieses Verfahrens zur Gewinnung mineralischer Bindemittel, bestehend aus einer hermetisch abgedichteten Reaktionskammer mit einer Quelle für beschleunigte Elektronen und einem Transportband für die Zuführung des Rohstoffgemisches in die Kammer in die Zone der Bestrahlung, weist einen innerhalb der Reaktionskammer am Austritt eine- Transporteinrichtung angeordneten Trichter auf, der Koaxial zur Quelle der beschleunigten Elektronen aufgestellt ist, die seitens der A iirittsöffnung des Trichters angeordnet ist, innerhalb dessen mindestens ein Vermischungselement mit der Möglichkeit der Drehung angeordnet ist, das eine gleichmäßige Verteilung des zu bearbeitenden Gemisches in der Bestrahlungszone sichert. Der Trichter ist vorzugsweise so aufzustellen, daß er mit seinem sich verengenden Teil auf das Strahlenbündel der beschleunigten Elektronen gerichtet ist.

In einer anderen Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Gewinnung mineralischer Bindemittel, bestehend aus einer hermetisch abgedichteten Reaktionskammer, einer Beschickungseinrichtung für die Zuführung des Rohstoffgemisches und aus einer Quelle für beschleunigte Elektronen, besteht erfindungsgemäß die Reaktionskammer aus einer umlaufenden Trommel, die in Richtung von der Beschickungseinrichtung weg zur Quelle der beschleunigten Elektronen hin geneigt ist, wobei die Achse der Quelle derart unter einem Winkel zur Achse der Trommel schräg aufgestellt ist, daß die Elektronen des Strahlenbündels den Materialfluß des zu behandelnden Gemisches entgegengesetzt gerichtet sind. Vorzugsweise sind am Innenteil der Trommel im Bereich der Bestrahlungszone einige spiralenförmige Windungen vorhanden, die derart angeordnet sind, daß sie beim Drehen der Trommel dem Rohstoffgemisch eine entgegengesetzt zur Hanptbewegung gerichtete Bewegung erteilen. Die spiralenföimigen Windungen können mittels Querstegen untereinander verbunden werden. Das Trommelgehäuse ist vorteilhafterweise mit einer Wärmeisolierung zu versehen.

Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus einer konkreten Beschreibung von Ausführungsbeispielen des vorgeschlagenen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm der Verteilung der aufgenom menen Elektronenenergie in der Schichtstärke, wobei auf der

Abszissenachse des Diagramms die Massenstärke der Schicht R in g/cm² angegeben wird und auf der

Ordinatenachse die relative aufgenommene Elektronenenergie £ist.

Die Diagrammkurve zeigt die Abhängigkeit der aufgenommenen Energie von der Schichtstärke des aufnehmenden Materials,

der bchraffierte Abschnitt des Diagramms zeigt die aufgenommene Nutzenergie £

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Anlage zur Gewinnung mineralischer Bindemittel mii einer hermetisch abgedichteten Reaktionskammer und einem Transportband zur Zuführung von Rohstoffgemischen in die Kammer,

Fig. 3 eine Anlage zur Gewinnung mineralischer Bindemittel mit einer umlaufenden Trommel und einer Beschickungseinrichtung, schematisch dargestellt,
Fi g. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der F i g. 3.
Wie auf dem Diagramm (Fig. 1) gezeigt, wird beim Durchgehen eines Elektrons durch einen Werkstoff seine Energie von diesem Stoff nicht gleichmäßig absorbiert. Es gibt dabei eine Zone, in der eine maximale Menge an Energie und eine Zone, in der eine minimale Menge an Energie absorbiert wird.

Zur vollständigen Durchführung des Prozesses im gesamten Materialvolumen ist es erforderlich, daß in der Zone der minimalen Absorption eine ausreichende Menge an Energie freigesetzt wird, dabei ist aber nur die durch den schraffierten Abschnitt des Diagramms angegebene Energie Nutzenergie Die Energie oberhalb dieses Abschnitts wird für eine Überbestrahlung des Materials nutzlos verbraucht, und die Energie rechts neben dem schraffierten Abschnitt greift die Konstruktionselemente der Anlage an. Die Vergrößerung der Materialschicht (Zone der minimalen Absorption verschiebt sich nach rechts) vergrößert den Anteil der Energie, die zur Liberbestrahlung verbraucht wird, die Verringerung der Materialschicht (Zone der minimalen Absorption verschiebt sich nach links) vergrößert die Einwirkung von Elektronen auf die Konstruktionselemente der Anlage.

Bei einer Bewegung des Materials entgegengesetzt dem Elektronenstrom befinden sich die Materialteiichen während der Bestrahlung nicht ständig in irgendeiner bestimmten Zone, sondern durchströmen sämtliche Bestrahlungszonen und absorbieren insgesamt eine Energie, die in ihrer Größe die für den Abschluß des Prozesses erforderliche Energie nicht übersteigt, was den unproduktiven Energieverbrauch für eine Überbestrahlung beseitigt; dabei wird die gesamte Energie des Strahlenbündels der beschleunigten Elektronen an die Materialschicht abgegeben, was die Einwirkung der Bestrahlung auf Konstruktionselemente der Anlage ausschließt.

Die Vorrichtung zur Gewinnung mineralischer Bindemittel (Fig. 2) enthält eine hermetisch abgedichtete Reaktionskammer 1, innerhalb der der Trichter 2 eingebaut ist, der am Austritt der Transporteinrichtung

3 aufgestellt ist, die der Kammer 1 ein Rohstoffgemisch

4 (Material) zuführt, das über die Beschickungseinrichtung 5 eintritt. Es können bekannte Transportvorrichtungen eingesetzt werden. Hier wird eine in ein Gehäuse eingebaute Förderschnecke eingesetzt. Im oberen Teil der Reaktionskammer 1 wird koaxial zum Trichter 2 und über ihm eine Quelle 6 für beschleunigte Elek'.ronen aufgestellt, wodurch sich das \ on der Quelle

6', 6 ausgestrahlte Elektronenstrahlenbündel entgegengesetzt dem Materialstrom bewegt, der aus dem Trichter 2 austritt.

Die Quelle 6 für beschleunigte Elektronen wird mehl

eingehend beschrieben, da diese Apparate bekannt sind und Information über diese leicht zugänglich ist.

Der Trichter 2 kann unterschiedlich in bezug auf die Quelle aufgestellt werden. Zweckmäb,gerweise ist der Trichter 2 mit einem sich am oberen Ende ebenfalls ?· verjüngenden Teil 7 ausgeführt und mit diesem Teil 7 gegenüber dem Strahlenbündel der beschleunigten Elektronen aufgestellt. Zur Vermischung des Materials unmittelbar in der Bestrahlungszone ist innerhalb des Trichters 2 ein Element 8 montiert, das mit einem Antriebsmechanismus 9 versehen ist. Der Antriebsmechanismus 9 ist im konkreten Fall als Kegelradpaar in einem hermetisch abgedichteten Gehäuse ausgeführt. Dabei ist eines der Kegelräder an der Stirnseite der Förderschnecke befestigt, und an der Achse des anderen ist das Element 8 befestigt. Das Element 8 zur Vermischung des Rohstoffgemisches 4 kann z. B. in Form einer Schaufel ausgeführt werden. Die Anzahl der Elemente 8 zum Vermischen kann unterschiedlich sein. Im unteren Teil ist die Reaktionskarnmer 1 mit einer Entleerungseinrichtung 10 verbunden, die zur Aufnahme des bearbeiteten Rohstoffgemisches — des Fertigproduktes — vorgesehen ist.

Zum Absaugen von Gasen, die bei der Bestrahlung des Rohstoffs entstehen, ist die Reaktionskammer 1 mit dem Ableitungsrohr 11 versehen, das mit einer Absaugvorrichtung 12 verbunden ist. Zur Ableitung und Verwertung von Wärme, die dem bearbeiteten Material entnommen wird, ist die Entleerungseinrichtung 10 mit einer Wärmeleitung 13 verbunden.

Die in F i g. 2 abgebildete Anlage hat folgende Funktionsweise.

Das Rohstoffgemisch 4 kommt bei normaler Temperatur bzw. vorher angewärmt durch die Beschickungseinrichtung 5 auf die Transporteinrichtung 3, die, wie oben erwähnt, als Förderschnecke ausgeführt ist. Das Rohstoffgemisch 4 wird mit der Förderschnecke zum Trichter 2 gefördert, der an ihrem Ende montiert ist. Die Fördergeschwindigkeit des Rohstoffgemisches 4 wird in Abhängigkeit von der Strahlungstärke so gewählt, daß während des Verweilens des Rohstoffgemisches 4 in der Zone der Einwirkung des Elektronenstromes dieses Gemisch 4 eine für die Erreichung der erforderlichen Eigenschaften genügende Energiedosis bekommt. Im Trichter 2 bewegt sich das Rohstoffgemisch 4 entgegengesetzt dem Strom der beschleunigten Elektronen, die von der Quelle 6 emittiert werden. Im Prozeß der Bestrahlung wird das Rohstoffgemisch 4 durch das Element 8 vermischt. Die im Prozeß der Bestrahlung entstehenden Gase werden durch das Rohr ,11 abgeleitet. Das bearbeitete Material tritt aus dem Trichter 2 im Selbstfluß in die Entleerungseinrichtung 10 ein, wo ihm die Wärme entnommen wird, die durch die Wärmeleitung 13 zum vorläufigen Anwärmen des auf das Transportband 3 anfallenden Rohstoffgemisches 4 zugeführt wird.

Das vorgeschlagene Verfahren kann ebenfalls mit Hilfe einer Anlage (Fig.3) durchgeführt werden, die eine hermetisch abgedichtete Reaktionskammer — eine umlaufende Trommel 14 — enthält, die schräg in Richtung von der Beschickungseinrichtung 15 weg zur Quelle 16 der beschleunigten Elektronen hin aufgestellt ist Das Drehen der Trommel 14 erfolgt vom Antrieb 17, einer beliebigen bekannten Antriebsvorrichtung. Die Beschickungseinrichtung 15 ist zur Zufuhr des Rohstoffgemisches 4 zur Trommel 14 gedacht, mit der sie kommuniziert.

Eine der Ausführungsvarianten der Trommel 14 sieht

das Vorhandensein an ihrer Innenoberfläche in der Bestruhlungszone von einigen spiralenförmigen Windungen 18 vor. die zur Beförderung des Rohstoffgemisches 4 entgegengesetzt zu seiner Hauptbewegung geeignet sind.

Zweckmäßigerweise sind die Windungen 18 mit Stegpkmen 19 zu verbinden, die das Vermischen des Materials verbessern.

Die Windungen 18 und die Stegplatten 19 müssen solche Ausmaße aufweisen, daß sie lediglich die den Wänden der Trommel 14 am nächsten liegenden Schichten des Materials mitreißen, auf die das Strahlenbündel der Elektronen nicht einwirkt, die von der Quelle 16 emittiert werden.

Die Quelle 16 wird so angeordnet, daß ihre Achse derart zur Achse der Trommel 14 geneigt ist, daß die Elektronen des Strahlenbündels entgegengesetzt dem Materialfluß des zu behandelnden Gemisches (4) gerichtet sind.

In den Innenraum der umlaufenden Trommel 14 ist ein Absaugrohr 20 eingeführt, das mit der Absaugvorrichtung 21 kommuniziert, die zur Beseitigung und Verwertung von Gasen vorgesehen ist, die bei der Bestrahlung des Rohstoffgemisches 4 entstehen.

Eine der Varianten der Vorrichtung sieht die Ausführung einer Wärmeisolierung 22 am Gehäuse der Trommel 14 zwecks einer vollständigeren Nutzung von Wärme vor, die bei der Bestrahlung des Rohstoffgemisches 4 entsteht.

Die Trommel 14 ist mit einer Entleerungseinrichtung 23 verbunden, zu der das bearbeitete Rohstoffgemisch — das Fertigprodukt — gelangt. Die Entleerungseinrichtung 23 ist mit einer Wärmeleitung 24 verbunden, die zur Ableitung der Wärme dient, die dem bearbeiteten Material entnommen wird.

Die oben beschriebene Vorrichtung hat folgende Funktionsweise. Das Rohstoffgemisch 4 wird bei normaler Temperatur bzw. vorher etwas angewärmt aus der Beschickungseinrichtung 15 der umlaufenden Trommel 14 zugeführt. Infolge der Neigung und Drehung der Trommel 14 bewegt sich das Gemisch 4 entgegengesetzt dem Strom der beschleunigten Elektronen und vermischt sich gleichzeitig. Die spiralenförmigen Windungen 18, verbunden durch die Stegplatten 19, reißen die unteren Schichten des Rohstoffgemisches 4 mit, heben sie hoch und versetzen sie gleichzeitig nach hinten, was die Vermischung des Rohstoffgemisches 4 verbessert und den Austritt des nicht bearbeiteten Materials aus der Trommel 14 verhindert

Infolge der entgegengesetzten Bewegung des Mate rials und seiner Vermischung ist es nach dem Durchgehen der Bestrahlungszone gleichmäßig bearbeitet und hat die für den Abschluß des Prozesses erforderliche Menge an Energie absorbiert Die aus dem Rohstoffgemisch 4 bei seiner Bestrahlung abgesonderten Gase werden aus der Trommel 14 unter Zuhilfenahme des Absaugrohres 20 und der Absaugvorrichtung 21 abgeleitet

Die Quelle 16 für beschleunigte Elektronen wird außerhalb der umlaufenden Trommel 14 so angeordnet, daß die Gegenstrombewegung des Rohstoffgemisches 4 gegenüber dem Elektronenstrom gegeben ist, was die Notwendigkeit ausschließt, die Höhe der Materialschicht in der Trommel 14 zu regela

Das bearbeitete Rohstoffgemisch gelangt aus der Trommel 14 im Selbstfluß zur Entleerungseinrichtung 23, wo die Wärme abgezogen wird, die durch die Wärmeleitung 24 zur vorherigen Anwärmung des

Rohstoffgemisches 4 verwendet wird, mit dem die umlaufende Trommel 14 beschickt wird.

Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann jedes mineralische Bindemittel gewonnen werden, darunter alle Abarten von Portlandzement und tonerdehaltigem Zement, Gips- und Dolomitbindemittel.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   J. Verfahren zur Herstellung eines mineralischen Bindemittels durch Einwirkung eines Strahlenbündels beschleunigter Elektronen auf die vorher zerkleinerte, kontinuierlich zugeführte Rohstoffmischung, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß des Rohstoffgemisches (4) gegen den Elektronenstrom des Strahlenbündels gerichtet wird und daß das Rohstoffgemisch in diesem Strahlenbündel vermischt wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines mineralischen Bindemittels nach Anspruch 1, bestehend aus einer hermetisch abgedichteten Reaktionskammer mit einer Quelle für beschleunigte Elektronen und einer Trani;porteinnchtung zur Zuführung von Rohstoffgemischen in die Kammer in die Bestrahlungszone, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Reaktionskammer (1) am Austritt der Transporteinrichtung (3) ein Trichter (2) koaxial zur Quelle (6) für beschleunigte Elektronen aufgestellt ist, die seitens der Austrittsöffnung des Trichters (2) angeordnet ist, wobei innerhalb des Trichters (2) drehbar mindestens ein Vermischungselement (8) derart angeordnet ist, daß eine gleichmäßige Verteilung des zu bearbeitenden Gemisches (4) am Austritt des Trichters (2) in der Bestrahlungszone gesichert ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trichter (2) dem Strahlenbündel der beschleunigten Elektronen mit einem verengten Teil (7) zugewandt ist.
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer hermetisch abgedichteten Reaktionskammer, einer Beschikkungseinrichtung zur¹ Zufuhr von Rohstoffgemischen in die Kammer und einer Quelle für beschleunigte Elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer aus einer umlaufenden Trommel (14) besteht, die in Richtung von der Beschickungseinrichtung (15) weg zur Quelle (16) der beschleunigten Elektronen hin geneigt ist, wobei die Achse der Quelle (16) derart unter einem Winkel zur Achse der Trommel (14) geneigt ist, daß die Elektronen des Strahlenbündels entgegengesetzt dem Materialfluß des zu behandelnden Gemisches (4) gerichtet sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innenligende Teil der Trommel (14) in der Bestrahlungszone einige spiralförmige Windungen (18) aufweist, die derart angeordnet sind, daß sie beim Drehen der Trommel (14) das Rohstoffgemisch (4) entgegengesetzt zu seiner Hauptbewegung fördern.
6. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralenförmigen Windungen (18) miteinander durch Stegplatten (19) verbunden sind.
7. 7. Anlage nich Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Trommel (14) eine Wärmeisolierung (22) aufweist.