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Anlage zum Patentgesuch der
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Klöckner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft Verfahren zu Herstellung
eines hydraulischen Bindemittels Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines mindestens einen Anteil von Dicalciumsilicat enthaltenden hydraulischen Bindemittels,
insbesondere Zement und dergleichen, aus Schlacke und Zusatzkomponenten.
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Es ist seit langem bekannt, zur Herstellung hydraulischer Bindemittel
wie beispielsweise Zement, Schlacke und insbesondere Hochofenschlacke zu verwenden.
Beispielsweise ist in dem Lehrbuch "ZEMENT", Herstellung und Eigenschaften, von
Fritz Keil, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1971, auf Seite 111 unter
anderem ausgeführt: "Zur Herstellung von Zement dienen neben Zementklinker seit
etwa 90 Jahren die Hochofenschlacke, und zwar in granulierter, glasiger Form als
Hüttensand, ferner die schon im Altertum verwendete Puzzolane, ...
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Auf Se.ito 21 dieses Buches ist weiter erwähnt, daß die Gruppe d Rüttenzementes
als Hauptbestandteil neben dem Zement-Klinker FIUttensand (granulierte Hochofenschlacke)
aufweist, dcn Zusammensetzung die deutsche Industrienorm Nr. 1164 Tolgendermaßen
begrenzt:
| Ca0 + MgO + Al203 |
| - = größer 1 |
| SiO2 |
Verschiedentlich wird Zement auch durch gemeinsames Vermahlen von Zementklinker
und granulierter Hochofenschlacke, gegebenenfalls unter Zumischung von Puzzolane
hergestellt. Mach einer seit 1943 gültigen deutschen baubehördlichen Zulassung ist
ferner das Zusammenmischen von fertigem Portlandzement mit zementfein gemahlenem
Hüttensand an der Baustelle erlaubt.
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Das so hergestellte hydraulische Bindemittel trägt die Bezeichnung
Straßenbauzement.
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Außer beim Hochofenprozeß fallen bei verschiedenen Schmelzprozessen
beträchtliche Mengen an Schlacke an, für welche in einigen Fällen noch keine befriedigende
Verwendung gefunden wurde. So fallen beispielsweise bei der Herstellung des Phosphors
inl Elektroofen erhebliche Mengen von Schlacke an, die vorwiegend aus Calcium-Silikat
besteht. Bei der Erzeugung von 1.000 kg elementarem, gelben Phosphor aus kalziniertem,
amerikanischem Florida-Phosphat fallen zum Beispiel als Nebenprodukte unter anderem
7.700 kg Schlacke mit 90 % CaSiO3 an.
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überhaupt werden bei diesem Herstellungsprozeß des Phosphors im Elektroofen
nur 8,3 % des eingesetzten Materials als Hauptprodukt gewonnen.
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Bei einem so gearteten Produktionsprozeß wird unter anderem als Nachteil
empfunden, daß beispielsweise mit dem Nebenprodukt Schlacke auch der weitaus größte
Teil der in diesen Prozeß eingebrachten Wärmemenge verlorengeht, insbesondere dann,
wenn die Schlacke zwecks Granulierung in Wasser abgeschreckt wird. Bei einigen Schlackensorten
ergeben sich darüberhinaus auch Umweltprobleme durch in der Erde lösliche Schadstoffe,
welche bei der Deponie der Schlacke in der Erde an das Grundwasser abgegeben werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, für das Schlackenaufkommen aus Ofen-
und Schmelzprozessen eine befriedigende Verwendung zu finden. Insbesondere wird
dabei angestrebt, die in den Schlakkensehmelzen enthaltene latente Wärme bei der
Gewinnung eines hydraulischen Bindemittels möglichst weitehend zu nutzen.
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Und schließlich soll das mit Hilfe der Erfindung aus Schlacke und
Zusatzkomponenten herzustellende hydraulische Bindemittel, insbesondere Zement,
eine möglichst weite, uneingeschränkte Verwendungsmöglichkeit im Hoch- und Tiefbau,
sowie ein hohes Maß an Qualität erreichen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens ein Teil der Zusatzkomponenten
getrennt von der Schlacke aufbereitet, gemahlen, durch Austreiben von Kristallwasser
kalziniert, mindestens teilweise entsäuert und annähernd mit Prozesstemperatur
mit
der schrnelzflüssigen Schlacke, die eine Schlacken3chmelztemperatur zwischen 1.000
0C und 1.800 °C aufweist, zu einer Mischung vereinigt werden, daß die Mischung aufgeheizt
wird, worauf die erhitzte Mischung durch Kühlung unter Zerfall der kri.-stallographischen
Struktur zu einem rieselfähigen Gut umgewandelt wird, welches in einem anschließenden
thermischen Prozeß entsäuert und zu Klinker gebrannt wird, worauf der Klinker in
an sich bekannter Weise gekühlt und gemahlen zum Fertigprodukt verarbeitet wird.
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Mit der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß die latente Warme der
Schlackenschmelze, die aus Hochofen-, Niederschachtofen-, Kupolofen-, Liehtbogenofen-,
Plasma-Schmelz-Prozesen oder einem Ofenprozeß mit Elektrowiderstandsheizung stawanen,
und die eine Schlackenschmelztemperatur zwischen 1.000 und 1.800 °C aufweisen, für
den Prozeß der Herstellung von hydraulischen Binder- oder Mörtelstoffen oder Zementen
annähernd verlustlos genutzt wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Zugabe der Materialzusatzkomponenten
im heißen Zustand zum schmelzflüssigen Schlackenbad eine innige Mischung der Komponenten
erreicht wird.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Mischung
in
der Schmelzphase und/oder in einer Mischphase Fest/Schmelzphase hergestellt wird.
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Eine vorzugsweise Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die
Zusatzkomponenten mit Temperaturen zwischen ca. 700 OC und 1.300 oC mit der schmelzflüssigen
Schlacke vermischt werden.
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Hierdurch ergibt sich mit Vorteil eine optimale Mischung der Zusatzkomponenten
mit der schmelzflüssigen Schlacke und Uberdies eine bestmögliche Nutzung der in
den Prozeß eingebrachten Wärme energie zu einem äußerst ökonomischen'und damit wirtschaftlich
günstigen Verfahrensgang, Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens
nach der Erfindung sieht vor, daß die Mischung auf einen Temperaturbereich zwischen
1.200 0C und 1.500 0C aufgeheizt wird.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer innigen Durchmischung aller
Komponenten in der flüssigen Phase und damit ein homogenes Zwischenprodukt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor,
daß die Mischung auf einen Temperaturbereich zwischen annähernd 900 OC und 400 °C
gekühlt wird, und daß die Kühlung beim
Zerfall der kristallographischen
Struktur nach Maßgabe des Zorrieselungseffektes vorzugsweise im Temperaturbereich
zwischen 750 C und 450 C so langsam durchgeführt wird, daß eine annhernd vollkommene
Zerstörung des Materials herbeigefürt wird.
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Weiter sieht das Verfahren nach der Erfindung vor, daß de Zusatzkomponenten
unter anderem Calcium, Kieselsäure, Aluminium und Eisen, vorzugsweise in oxydischer
Bindung, enthalten.
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Dabei ist es für die Qualität des hydraulischen Binders von Vorteil,
wenn die Mischung einen Anteil von 15 % bis 80 %, voræugsweise von 25 % bis 45 %
Dicalciumsilicat aufweist.
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Eine zweckmäßige, weil energiesparende Arbeitsweise wird mit der Erfindung
dadurch erreicht, daß die Abkilhlung mindestens teilweise unter Verwendung von Luft
und/oder einer Zusatzkomponente als Kühlmittel vorgenommen wird.
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Eine zweckmäßige und insbesondere energiesparende Ausgestaltung der
Erfindung sieht darüber hinaus vor, daß die Zusatzkomponente aufbereitet und gemahlen,
jedoch vorzugsweise nicht kalziniert und/oder entsä.ueft wird.
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Weiter ist vorgesehen, daß die zur Kühlung verwendete Komponente
der
Mischung erst gegen Ende des Abkühlungsvorganges zugegeben wird.
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Und schließlich ergeben sich weitere Möglichkeiten zur Energieeinsparung
dadurch, daß die fühlbare Wärme der Abgase aus dem thermischen Prozeß mindestens
teilweise zur Trocknung, Erwärmung, Kalzinierung und/oder Entsäuerung der Zusatzkomponenten
verwendet wird.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines im Blockschaltbild dargestellten
Ausführungsbeispieles beschrieben und dabei die Funktion näher erläutert.
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Die Zusatzkomponentenon, Sand und Erz werden aus einer Vorratssilogruppe
1 mit Hilfe von gravimetrisch dosierenden Abzugsorganen 2 einer Mühle 3 aufgegeben.
Aus dem'Mühlenkreislauf mit dem Sichter 4 und dem Umluftventilator 5 wird mit Hilfe
des Abscheiders 6 das gemahlene Gut mit Hilfe einer Transportleitung 7 an das Homogenisiersilo
8 abgegeben. Als weitere Zusatzkomponente wird Kalkstein aus einem separaten Vorratssilo
9 über ein gravimetrisch dosierendes Abzugsorgan 10 der Mühle li aufgegeben. Der
Mühlenkreislauf mit dem Ventilator 12 scheidet über den Sichter 13 und den Abscheider
14 das Kalkstein-Mehl aus, welches im Zwischenbunker 15 siliert
wird.
Aus dem Zwischenbunker 15 wird ein Teil des Kalkmehles über eine gravimetrisch dosierende
Zuteilvorrichtung 16 delll Warmetauschersystem 17 einer Brennanlage für das hydraulische
Bindemittel aufgegeben, und der übrige Teil des Kalkmehles durch die Leitung 18
in das Homogenisiersilo 8 eingeleitet.
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In dem Wärmetauschersystem 17 wird das Kalkmehl vorgewärmt, und mindestens
teilweise kalziniert. Das kalzinierte Gut wird durch die Leitung 19 einem Drehrohrofen
20 aufgegeben und darin innig mit heißer Schlackenschmelze gemischt, welche durch
den Einfülltrichter 21 zugegeben wird, wie dies durch den Pfeil 22 rein schematisch
angedeutet ist. Das Gemisch aus Kalkmehl und Schlackenschmelze wird im Drehrohrofen
20 mit Hilfe des Brenners 23 auf einen Temperaturbereich zwischen 1200 0C und 1500
0C aufgeheizt, wonach die Mischung zur Abkühlung in das Kühlrohr 24 gelangt. Als
Kühlmittel wird dem Kühlrohr 24 Luft zugeführt, wie durch den Pfeil 25 angedeutet.
Ferner wird dem Kühlrohr 24 am Aufgabekopf 26 frisches, kaltes Kalkmehl ebenfalls
als Kühlmittel zugesetzt, welches mit Hilfe des gravimetrisch dosierenden Abzugsorganes
27 und der Zweigleitung 28 dem Zwischenbunker-15 entnommen wurde.
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Das im Kühlrohr 24 befindliche Gemisch aus schmelzflüsiger Schlacke,
kalziniertem sowie unkalziniertem Kalkstein-Mehl und/oder gegebenenfalls anderen
Zusatzkomponenten wird durch geregelte Ablcühlung auf einen Temperaturbereich zwischen
annähernd 900 OC und 400 OC, vorzugsweise zwischen 75 OC und 450 °C, unter Zerfall
der kristallografischen Struktur, ZU
einem rieselfähigen Gut umgewandelt.
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Dabei kann zur äußeren Kühlung der Manteltemperatur des Kühirohres
24 eine zusätzliche Wasserbebrausungsanlage 29 vorgesehen sein.
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Der hierbei stattfindende sogenannte Zerrieselungseffekt ist auf eine
Umbildung der kristallografischen Struktur des Dicalciumsilicates von der Beta-Modifikation
zur Gamma-Modifikation zurückzuführen, wobei der uebergang zur Gamma-Modjfikation
eine Raumzunahme von annähernd 12 % zur Folge hat, durch welche der bekannte Zerrieselungseffekt
ausgelöst wird, welcher eine vollkommene Zerstörung des Materialgefüges herbeiführen
kann.
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Hierüber wird beispielsweise in der Fachzeitschrift "7ement-Kalk-Gips",
Heft 9, 1968, September "Existenzbereiche und Stabilisierung von Hochtemperatur-Modifikationen
des Dicalciumsilicates" insbesondere auf Seite 359 ff. berichtet.
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Das zerrieselte Gut wird aus dem Kühlrohr 24 in einen Streutellersichter
30 eingeleitet, welcher Mehl und Grieß scheidet.
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Der Grießanteil wird mit der Leitung 31 in die Mühle 3 rezirkuliert,
während das Mehl mit der Förderleitung 32 dem Homogenisiersilo 8 zugeleitet wird.
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Das Homogenisiersilo 8 enthält demnach einerseits mehlfeine Anteile
der Zusatzkomponenten Ton, Sand, Erz, sowie Kalkrtein-Mehl und schließlich das mehlfeine
Zerrieselungsprodukt- des
Dicalziumsilikates. Dem Homogenisiersilo
8 ist das Vorratssilo 33 nachgeschaltet, aus welchem über eine Zelleriradschleuse
34 und ein gravimetrisch dosierendes Zuteil- und Fördergeråt 35 durch die Förderleitung
36 homogenisiertes Rohmehl-Gemisch über das Zuteilorgan 37 dem Schwebegaswärmetauscher-System
38 einer Zementbrennanlage 39 aufgegeben wird.
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Diese umfasst - wie an sich bekannt - unter anderem eine mit einer
Zweitfeuerung ausgestattete Kalzinierstufe 40 sowie die Sinterstufe 41 mit dem Brenner
42 und ferner einen nachgeschalteten Kühler 43.
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Zur optimalen Verwertung von Wärme aus den Gaslçreislaufen der beiden
integrierten Brennanlagen ist eine Leitung 44 angeordnet, welche heißes Abgas aus
der Sinterstufe 41 über eine Zusatzfeuerung 45 in die Kalzinierstufe des Wärmetauschersystems
17 überleitet.
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abgas aus den Mühlen 3 und 11 wird mit Hilfe der Abgasleitungen 46
und 47 einer dem Anlagesystem zugeordneten Gasentstaubungs-Einrichtung 48 zugeleitet.
Abgas aus den Wärmetauschersystemen 17 und 38 wird huber die Abgasleitungen 49 und
30 mit Hilfe der Exhaustoren 51 und 52 ebenfalls in die AbÜTaS.
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Entstaubungsanlage 48 eingeleitet, wonach das entstaubt Abvas, wie
durch den Pfeil 53 angedeutet, einem Abgaskamin zuzuleitet wird.
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Der in der Abgas-Entstaubungsanlage anfallende Staub wird mit der
Austragsvorrichtung 54 abgezogen und durch die Leitung 55 in die bereits erwähnte
Leitung 7 aufgegeben, durch welche der niedergeschlagene Staub in das Homogenisiersilo
gelangt.
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Das beschriebene Beispiel gibt lediglich eine der vielfältigen Möglichkeiten
zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wieder. Das Verfahren ist ausdrücklich
nicht an eine bestimmte Art von Brennanlage gebunden, vielmehr kann das Verfahren
in jeder bekannten und üblichen Brennanlage mit den verschiedensten Ofentypen durchgeführt
werden. Art und Menge der Zusatzkomponenten sowie Art und Menge der verwendeten
Schlacke können darüberhinaus in weiten Grenzen variiert werden, sofern damit die
erfindungsgemäße Bedingung erfüllt ist, daß die Mischung dieser Komponenten mit
der Schlacke einen entsprechenden Gehalt an Dicalziumsilicat ergibt.
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Das Verfahren ist - wie gesagt - nicht an eine bestimmte Anlage zu
dessen Durchführung gebunden, sondern kann in jeder beliebigen Produktionsanlage
durchgeführt werden, sofern diese über die entsprechenden Aggregate zur Durchführung
der mechanischen und thermischen Prozeßschritte verfügt.