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Einrichtung zum elektrostatischen Scheiden von Rohgestein für die
Zementherstellung und von sonstigen Stoffen Die Erfindung betrifft eine bekannte
Einrichtung zum elektrostatischen Scheiden von Rohgestein für die Zementherstellung
und von sonstigen Stoffen, bei welcher das Aufbereitungsgut zwischen mindestens
einem Paar von Elektroden von verschiedener Polarität in unmittelbarer Nähe einer
dieser Elektroden hindurchgeleitet wird.
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Es ist ein Verfahren zur elektrostatischen Scheiden von Stoffen bekannt,
bei dem die Scheidung mit Hilfe einer Gruppe plattenförmiger, im geringen gegenseitigen
Abstand angeordneter Elektroden erfolgt, an der der Stoff vorübergeleitet wird.
Ferner ist es bekannt, die elektrostatische Scheidung von Stoffen mit Hilfe eines
unter elektrischer Spannung stehenden, endlosen Förderbandes herbeizuführen, auf
das der zu behandelnde Stoff aufgebracht wird. Es ist auch bekannt, die elektrostatische
Scheidung von Stoffen mit Hilfe eines zwischen Walzen hervorgerufenen elektrostatischen
Feldes zu erzielen, durch
welches der Stoff hindurchgeleitet wird.
Außerdem ist es bekannt, bei Einrichtungen zum elektrostatischen Scheiden von Stoffen
mehrere elektrostatische Felder übereinander anzuordnen. Alle diese bekannten Einrichtungen
haben den Nachteil, daß sie nicht ohne weiteres verschiedenen Betriebsbedingungen
angepaßt werden können.
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Die Erfindung besteht darin, daß den Elektroden der Scheideeinrichtung
ein Schalter zugeordnet ist, mit dessen Hilfe die Polarität der die elektrostatische
Scheidung des Rohgesteins herbeiführenden Elektroden umgelehrt werden kann. Hierdurch
ist eine walilweise Trennung des Aufgabegutes, insbesondere des Rohgesteins für
die Zementherstellung, mit Hilfe der gleichen Scheideeinrichtung ermöglicht. Nach
der Erfindung kann das Verhältnis der Mineralien für irgendeine gewünschte Rohstoffmischung
geregelt werden, die z. B. für die Herstellung von Portlandzement erforderlich ist.
Es können also durch den mit Hilfe des Schalters bewirkten Polaritätswechsel der
Elektroden Änderungen bezüglich der mineralischen Beschaffenheit des zugeführten
zerkleinerten Rohgesteins ausgeglichen werden.
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Es ist an sich bekannt, bei einem Verfahren der elektrischen Ladung
von zur elektrostatischen Aufbereitung dienenden Scheideeinrichtungen einen Polwender
zu benutzen, jedoch sollen in diesem Fall lediglich den zu ladenden Teilen mit Hilfe
von Umschaltern jeweils gleichzeitig von Polklemmen entnommene Elektrizitätsmengen
entgegengesetzten Vorzeichens zugeführt werden. Demgegenüber soll der beim Erfindungsgegenstand
vorgesehene Schalter dazu dienen, den Elektroden der Scheideeinrichtung wahlweise
eine bestimmte Pblarität zu verleihen, um mit Hilfe der gleichen Scheideeinrichtung
eine wahlweise Trennung des Aufgabegutes zu ermöglichen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Einrichtung zur
Durchführung des neuen Verfahrens dargestellt.
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In den Abb. i bis .I sind in schematischer Darstellung die verschiedenen
Arten der Scheidung gezeigt, die sich bei in entgegengesetzten Richtungen wirksam
werdendem elektrostatischen Feld erzielen lassen.
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In den Abb. 5 bis 8 sind in schematischer Darstellung die verschiedenen
Arten der Scheidung gezeigt, die sich im Falle mehrerer entgegengesetzt zueinander
wirksam werdender elektrostatischer Felder in verschiedenen oder in einem einzigen
Scheider erreichen lassen.
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In Abb. i ist ein Paar von Elektroden X, Y
gezeigt, die in den
durch die Pfeile 18 und ig angedeuteten Richtungen drehbar sind. Die Elektroden
X und Y sind von zylindrischer Form und zweckmäßig verhältnismäßig
lang, beispielsweise i8o bis 245 cm. Die Elektroden X, Y werden durch eine Gleichstromquelle,
z. B. einen magnetischen Gleichrichter 20; unter einer hohen Gleichspannung gehalten.
Der mechanische Gleichrichter 20 kann zu seiner Erregung an die Hochspannungswicklung
21 eines Transformators 22 angeschlossen sein, dessen Primärwicklung 23 zu ihrer
Erregung an eine Wechselstromquelle 2.I, wie z. B. einen sechzigperiodigen Stromkreis,
angeschlossen ist. Um die Anschlüsse ztvischen der Primärwicklung 23 und der Wechselstromquelle
24 umkehren zu können, ist ein Umkehrschalter R vorgesehen. Bei der dargestellten
Lage des Umkehrschalters R weist die Elektrode X gegenüber der Elektrode Y ein positives
Potential auf. Die Elektrode X kann also als die positive Elektrode angesehen werden,
während die Elektrode Y die negative Elektrode darstellt. Unter diesen Verhältnissen
fließt die Ladung oder der elektrostatische Strom in der durch den Pfeil 25 angedeuteten
Richtung.
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Die zu scheidenden Zementmineralien werden in einen Trichter 26 eingefüllt,
der sie der Elektrode Y zuführt. Da die Elektrode Y
die Zementmineralien
dem elektrostatischen Feld zwischen den beiden Elektroden zuführt, könnte sie auch
als die das Gut tragende Elektrode bezeichnet «-erden. Wird auf die Elektroden X
und Y mit der angegebenen Polarität eine Spannung von 8ooo bis 20 000 Volt angewendet,
so «-erden die Zementmineralien in zwei Gruppen, die Ca C O.3-Gruppe C und die Si
OZ Gruppe S geschieden. Die Ca C 03-Gruppe wird durch die negative Elektrode Y angezogen,
während die Si O,-Gruppe so stark von ihr abgestoßen wird, daß die beiden Gruppen
durch den Scheider 27 voneinander getrennt werden.
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In Abb.2 ist die gleiche Einrichtung wie in Abb. i, jedoch unter Umlegen
des Umkehrschalters R in seine entgegengesetzte Lage und damit unter Umkehren der
Polarität der Elektroden X und Y gezeigt. In diesem Falle ist die
das Gut tragende Elektrode Y positiv, während die andere Elektrode X negativ ist.
Die Ladung oder der elektrostatische Strom fließt dabei in der durch den Pfeil 28
angedeuteten Richtung. Im Falle einer solchen Lage der Polaritäten ist die Scheidung
der Ca C O3 Gruppe und der Si 02 Gruppe umgekehrt, d. h. die Si 02 Gruppe S wird
durch die positive Elektrode Y angezogen, während die Ca C O.-Gruppe C abgestoßen
wird. Die beiden Gruppen werden also durch den Scheider 27 und die zugeordneten
Hilfseinrichtungen getrennt gesammelt.
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Trotzdem die Ca C 03- und die Si O=-Gruppe
sehr wichtig
sind und den Hauptteil der Zementmineralien bilden, stellen sie doch nicht die gesamten
vorhandenen Bestandteile der Mineralien dar. Es sind vielmehr auch noch zusätzliche
Mineralien, wie A12 03-Gruppen, graphitische Kohle, Aluminiumsilicate o. dgl., vorhanden.
Wie sich gezeigt hat, wird diese letztere Gruppe der Mineralien durch die Umkehrung
der Polarität der Elektroden X und Y nicht beeinflußt.
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Bei « der Anordnung nach Abb. 3 tritt hinsichtlich der Ca C O.- und
der Si 02 Gruppe die gleiche Scheidung auf, wie sie in Abb. 2 gezeigt ist. Die mit
A bezeichnete A1203-Gruppe wird mit ihren zugehörigen Mineralien noch weiter von
der das Gut tragenden Elektrode Y abgestoßen als die Ca C 03 Gruppe. Die drei verschiedenen
Gruppen können, wie dargestellt, durch die Scheider 29, 30 und 31 einzeln
gesammelt werden.
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Wird die Polarität der Elektroden X und Y,
wie in Abb.
4 dargestellt, umgekehrt, so werden die Si O- und die Ca C O-Gruppe, wie in Abb.
i angedeutet, voneinander geschieden, d. h. die Ca C 0-Gruppe verbleibt in der Nähe
der negativen Elektrode Y, während die Si 0-Gruppe genügend weit von dieser abgestoßen
wird, um die beiden Gruppen einzeln sammeln zu können. In. der Lage der Ale 03-Gruppe
und zugehörigen Mineralien tritt dagegen keine Änderung ein. Diese Gruppe kann daher
in der gleichen Weise, wie in Abb. 3 gezeigt, gesammelt werden.
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Durch eine entsprechende Kombination dieser verschiedenen Scheidungsarten
läßt sich eine äußerst anpassungsfähige Regelung der Zementherstellung erreichen;
gleichzeitig kann durch eine entsprechende Kombination jede gewünschte Zusammensetzung
der Mineralien erzielt werden, um auf diese Weise jede gewünschte Zementart herstellen
zu können. Nachdem die verschiedenen Scheidungsvorgänge einmal vorgenommen sind,
ist es für den Zementchemiker ein leichtes, die- verschiedenen Einzelgruppen in
der gewünschten Weise zu vermischen, um auf diese Weise die vorgeschriebenen besonderen
Bedingungen zu erfüllen.
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Auf der Zeichnung ist als Hochspannungsquelle zur Erregung der Elektroden
X und Y
mit entgegengesetzter Polarität ein mechanischer Gleichrichter
2o dargestellt. Im Bedarfsfalle- könnte auch irgendeine andere Stromquelle, wie
beispielsweise die Kombination einer Wechselstromquelle und eines Gleichrichters,
wie bekannt, angewendet werden.
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Wie bereits weiter oben ausgeführt ist, ändert sich die auf die Mineralgruppe
A ausgeübte Wirkung bei einer Umkehrung der Polarität der' Elektroden
X und Y nur wenig, wogegen hinsichtlich der auf die Gruppen S und
C ausgeübten Wirkungen ein sehr starker Unterschied besteht. Werden die in Abb.4
gezeigten Polaritäten angewendet, so genügt zur Erzielung eines gleichen Grades
den Scheidung eine niedrigere Spannung als im Falle der in Abb. 3 angedeuteten Polarität;
d. h. im Falle der Polarität nach Abb. 3 müssen zur Erzielung des gleichen Scheidegrades
3ooo bis 5ooo Volt mehr angewendet werden als im Falle der Polarität nach Abb. 4.
Für gewisse Zusammensetzungen ist es jedoch trotzdem zweckmäßiger, die in Abb.3
dargestellten Polaritäten zu wählen.
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Unter Anwendung der Polaritäten nach Abb. 4 läßt sich eine gute Scheidung
zwischen freier Kieselerde (Quarz) und ihren Silicaten erreichen. Dies ist insofern
von Vorteil, als sich freie Kieselerde (Quarz) im Gegensatz zu ihren . Silicaten
beim Verschlacken mit Kalk nur schwer verbindet. Das freie Si 02 Erzeugnis (harter
Quarz) kann abgesondert oder vor seinem erneuten Vermischen mit der den Brennöfen
zugeführten Rohgutmischung zu der gewünschten Feinheit gemahlen werden.
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Für gewöhnlich sind zur Erzielung des gewünschten Scheidegrades mehr
als ein Paar Elektroden X und Y erforderlich, d: h. der während eines
Durchgangs der Mineralien zwischen einem einzigen Paar Elektroden X und Y aus den
ursprünglichen Zementmineralien abgeschiedene Hundertsatz der ganzen in diesen enthaltenen
Si 02-Menge ist verhältnismäßig gering. Werden die Zementmineralien dagegen aufeinanderfolgend
zwischen mehreren Elektrodenpaaren hindurchgeführt, so steigt der Grad der Scheidung
und damit die aus den rohen Zementmineralien ausgeschiedene Si 02- oder Ca C 03-Menge
an.
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Zu diesem Zwecke kann die schematisch in Abb.5 dargestellte Einrichtung
angewendet werden. Die Einrichtung nach dieser Abbildung besteht aus mehreren Paaren
von Elektroden X und Y, die so geschaltet sind, daß die X-Elektroden
negativ und die Y-Elektroden positiv sind. Hierbei wird das Produkt von den positiven
Elektroden Y abgestoßen und durch entsprechende Scheider von den übrigen Teilen
der Mineralien getrennt. Hierauf wird der Rest des Gutes unter Fortsetzung des Scheidevorgangs
über die nächste positive Elektrode hinweggeführt, indem sich bei dem aufeinanderfolgenden
Durchgang des Gutrestes zwischen den nachfolgenden Elektrodenpaaren immer mehr und
mehr von dem Ca C 03 Gehalt abscheidet. Um die voneinander getrennten Mineralien
einzeln sammeln und abführen zu können, sind unter den einzelnen Elektrodenpaaren
X, Y
entsprechende Förderer 31 und 32 vorgesehen.
In
Abb.6 ist die gleiche Einrichtung wie in Abb. 5 unter Umkehrung der Polarität der
Elektroden X und Y schematisch gezeigt. Hierbei sind die Elektroden
X positiv und die Elektroden Y negativ. Dies hat eine umgekehrte Scheidung zur Folge,
d. h. das Si 0z Erzeugnis wird hier von der negativen Elektrode Y abgestoßen und
in dem Förderer 32 gesammelt, während das Ca C 03-Erzeugnis für sich gesammelt und
mit Hilfe des Förderers 31 abgeführt wird.
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Für die meisten der untersuchten Zementgesteine und anderen Stoffen,
die zur Herstellung von Portlandzement anwendbar sind, ist die aus der Abb. 6 ersichtliche
Polaritätsverteilung am vorteilhaftesten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn
eine hohe Anreicherung an Al. O. erwünscht ist. Ferner wirkt sich diese Anordnung
infolge der geringen Anzahl an Elektrodenpaaren . in einer Vereinfachung der ganzen
Abscheidung aus. Dies führt zu einer Verminderung der Behandlungskosten für eine
gegebene Menge an Zementmineralien.
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Unter Umständen ist es vorteilhaft, die Zementmineralien in einem
aus zwei oder mehr Gruppen von Elektrodenpaaren bestehenden Scheider zu behandeln,
wobei zwischen den Elektroden der einen Gruppe ein in der einen Richtung wirksames
elektrostatisches Feld angelegt ist, während die Elektroden der anderen Gruppe in
der Weise erregt sind, daß das zwischen ihnen angelegte elektrostatische Feld in
der anderen Richtung wirksam ist.
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In der Abb. 7 ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen Einrichtung
dargestellt. Wie aus dieser Abbildung hervorgeht, sind die ersten vier Elektrodenpaare
in der Weise erregt, daß die X-Elektroden negativ und die das Gut tragenden Y-Elektroden
S positiv sind. Innerhalb dieser ersten vier Elektrodenpaare wird ein erheblicher
Teil des Si 0z Erzeugnisses aus den Zementmineralien abgeschieden und durch den
Förderer 33 nach einer Abfallstelle o. dgl. abgeführt werden, ,,v ährend der Rest
der Mineralien aufeinanderfolgend durch vier weitere Elektrodenpaare hindurch bewegt
wird. Die X-Elektroden dieser Elektrodenpaare sind positiv, -%vährend die das Gut
tragenden Y-Elektroden negativ sind. Hierbei wird ein Gut mittlerer Anreicherung
abgestoßen werden, während sich die Konzentrate oder die Erzeugnisse hohen Kalkgehaltes
in dem Förderer 31 ansammeln. Das Gut mittlerer Konzentration wird in dem Förderer
32 gesammelt und zu seiner nochmaligen Behandlung in den Trichter 25 zurückgeführt.
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In Abb.8 ist die gleiche Einrichtung wie in Abb. 7 unter Umkehrung
der Polarität der Elektroden X und Y schematisch dargestellt. Die ersten vier Elektrodenpaare
sind in der Weise erregt, daß die X-Elektroden positiv und die das Gut tragenden
Y -Elektroden negativ sind. In diesem Falle sammelt sich das Zementgut in dem Förderer
33 an, während das restliche Gut aufeinanderfolgend den Elektroden des nächsten
Satzes ausgesetzt wird. Die Elektroden dieses Satzes sind in der Weise erregt, daß
die X-Elektroden negativ und die das Gut tragenden I'-Elektroden positiv sind. Hierbei
werden die diesem zweiten Scheidevorgang unterworfenen restlichen Zementmineralien
in Rückstände und Erzeugnisse mittlerer Anreicherung geschieden. Die Rückstände
werden durch den Förderer 31 aufgefangen und weggeführt, während die Teile mittlerer
Anreicherung in den Förderer 32 gelangen, durch den sie zu ihrer nochmaligen Behandlung
vorzugsweise in den Trichter 25 zurückgebracht werden.
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Bei der im Falle der Abb. 7 gewählten Polarität der Elektroden ist
hiernach die Scheideeinrichtung beispielsweise zur Trennung eines Zementgesteins
gut geeignet, das einen hohen L`berschuß von Kieselerde hat. In der ersten Elektrodengruppe
werden Kalk, Tonerde und Eisen zurückgetrieben, da die den Stoff fördernden Elektroden
Y positiv geladen sind. In der zweiten Elektrodengruppe werden die zurückgebliebene
Kieselerde und ebenso die Tonerdeminerale zurückgetrieben, da die den Stoff fördernden
Elektroden Y negativ geladen sind. Es verbleibt ein angereichertes Gut, welches
arm an Kieselerde, Tonerde und Eisen und für bestimmte Zusammensetzungen gut geeignet
ist. Irgendein Teil des erzielten :Mittelgutes kann mit dem angereicherten Gut vereinigt
werden.
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Die im Falle der Abb. 8 gewählte Polarität der Elektroden ist günstig,
wenn ein Zementgestein getrennt werden soll, welches sehr reich an Kalk ist, und
wenn es ferner erwünscht ist, den Gehalt an Kieselerde zu verringern, jedoch den
Tonerde- und Eisengehalt beizubehalten. Es empfiehlt sich also, die Polaritäten
entsprechend Abb. 8 zu wählen, wenn eine Rohmischung für Brennzwecke gewonnen werden
soll, welche reich an Kalk, Tonerde und Eisen, jedoch arm an Kieselerde ist.
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Bei der Wahl der Polaritäten nach Abb. 8 werden in der ersten Elektrodengruppe
die Kieselerde, die Tonerde und das Eisen zurückgetrieben, da die den Stoff fördernden
Elektroden Y negativ geladen sind. In der zweiten Elektrodengruppe werden der übrig
gebliebene Kalk, die Tonerde und das Eisen zurückgetrieben, und es verbleibt reine
Kieselerde. Es kann wieder irgendein Teil des Mittelgutes mit dem angereicherten
Gut vereinigt «-erden.
toi dem Trennvorgang nach Abb. 7 strömt die
Tonerde nur über vier zur Förderung des Stoffes dienende Elektroden, und der Kalk
strömt über acht zur Förderung des Stoffes dienende Elektroden, wodurch der höchste
Grad von angereichertem Kalk mit dem höchsten Gewinn von Kalk erzielt wird.
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Bei dem Trennvorgang nach Abb. 8 strömt der Kalk nur über vier zur
Förderung des Stoffes dienende Elektroden und ist nicht so angereichert wie beim
Vorbeiströmen an acht Elektroden. Die Tonerde gelangt über acht Elektroden und ist
nicht nur rein, sondern wird mit dem höchsten Gewinn von Kalk zurückgetrieben.
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Die voraufgehend gemachten Angaben zeigen die verschiedenen, erfindungsgemäß
erreichbaren Ergebnisse sowie die hohe Anpassungsfähigkeit der Einrichtung nach
der Erfindung. Dabei können sowohl zwei oder mehr Sätze an Elektrodenpaaren als
auch eine größere oder kleinere Anzahl an Elektrodenpaaren je Satz angewendet werden.
In ähnlicher Weise kann jeder einzelne Elektrodensatz unter Zwischenschaltung von
Umkehrschaltern zum etwaigen Umkehren der Polarität der Elektroden von je einer
besonderen Gleichspannungsstromquelle aus erregt werden. Bei einer solchen Einrichtung
ist die Möglichkeit gegeben, den gewünschten Grad der Scheidung wahlweise entweder
durch Ändern der Polarität oder der zur Anwendung gelangenden Spannung wunschgemäß
einzustellen. Die jeweils erforderliche Kombination zwischen Polarität und Spannung
kann dabei für jeden besonderen Anwendungszweck und jede gewünschte Beschaffenheit
des Zements leicht den jeweiligen Sonderverhältnissen angepaßt werden. Die einzelnen
Gruppen der Elektrodenpaare sind zweckmäßig übereinander anzuordnen, um auf diese
Weise unter genauer Regelung der Abscheidung ein ununterbrochenes Fließen der zu
behandelnden Mineralien erreichen zu können.
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Nach der Erfindung ist eine äußerst anpassungsfähige Trockenbehandlung
für die Zementherstellung geschaffen. Die Mischvorgänge sind aus praktischen Gründen
von den Anreicherungsvorgängen getrennt. Das von der Grube kommende Gestein -kann
dabei fortlaufend behandelt werden, indem der Staub und die angereicherten CaCO3-,
S'02-und A12 03 Erzeugnisse einzeln aufgespeichert werden. Da man die Menge und
Zusammensetzung jedes dieser Erzeugnisse kennt, ist ihre richtige Mischung zur Erzielung
der gewünschten Zementsorten für den Zementchemiker nur noch eine Frage der Übung.
Wie leicht zu erkennen ist, lassen sich nach der Erfindung die Betriebskosten der
meisten Anlagen erheblich vermindern, die zur Herstellung von Zement auf trockenem
Wege dienen. Außerdem können erfindungsgemäß auch leicht die verschiedensten Zementsorten
erreicht werden. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, Anlagen, die infolge zu
hoher Betriebskosten stillgelegt worden sind, wieder in Betrieb zu nehmen bzw. minderwertigere
Zementsteinlager auszubauen.