EP2705008A1 - Verfahren und anlage zur herstellung eines hydraulischen bindemittels - Google Patents

Verfahren und anlage zur herstellung eines hydraulischen bindemittels

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Publication number
EP2705008A1
EP2705008A1 EP12724087.7A EP12724087A EP2705008A1 EP 2705008 A1 EP2705008 A1 EP 2705008A1 EP 12724087 A EP12724087 A EP 12724087A EP 2705008 A1 EP2705008 A1 EP 2705008A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cement clinker
calcium carbonate
grinding
containing product
precipitated calcium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12724087.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Sauer
Viktor Marchuk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Resource Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Resource Technologies GmbH filed Critical ThyssenKrupp Resource Technologies GmbH
Publication of EP2705008A1 publication Critical patent/EP2705008A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/36—Manufacture of hydraulic cements in general
    • C04B7/48—Clinker treatment
    • C04B7/52—Grinding ; After-treatment of ground cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
    • F27B7/2016—Arrangements of preheating devices for the charge
    • F27B7/2025—Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones
    • F27B7/2033—Arrangements of preheating devices for the charge consisting of a single string of cyclones with means for precalcining the raw material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the invention relates to a method and a plant for producing a hydraulic binder.
  • the grinding of the cement clinker is carried out in a ball, vertical or high-bed roller mill, the latter being preferred from an energetic point of view.
  • the invention is therefore based on the object to produce a fast hardening binder with low water requirement, which is based on a solely in the good bed, so without downstream ball mill, ground cement clinker and compared to pure Gutbettwalzenmühle grind through a much lower
  • the inventive plant for producing a hydraulic binder has a first process strand for the production of cement clinker and an adjoining second process strand with a cement clinker grinding plant for grinding the cement clinker, the cement clinker grinding plant only a grinding unit in the form of at least one Goodbettwalzenmühle with two pressed against each other, between them comprises a grinding gap having grinding rolls. Also provided is a precipitating aggregate for producing a precipitated calcium carbonate (PCC) product which is in communication with the second process strand before or during or after the bed of material mill for mixing the precipitated calcium carbonate containing product with the cement clinker.
  • PCC precipitated calcium carbonate
  • the precipitated calcium carbonate-containing product is very fine compared to the ground cement clinker and preferably has a specific low surface area particulate structure, preferably BET ⁇ 12 m 2 / g (12 m 2 / g BET specific surface area). These particles increase the packing density and at the same time reduce the specific surface area of the entire cement mixture. By comparison, the use of the widespread BET-specific silica dust of 20-22 m 2 / g leads to a marked increase in the specific surface area of the cement mixture. Thus, the ultrafine particles of the precipitated calcium carbonate-containing product lead to a displacement of the water, which is available for the improvement of the processing or the water requirement to the standard stiffness. The resulting higher packing density also results in an increase in early strength.
  • the fine calcium carbonate-containing particles also chemically affect the interaction between the individual solids of the mixture. On the one hand, this is a possible direct reaction of the calcium carbonate containing particles with the aluminate phase of the Clinker. On the other hand, very fine calcium carbonaceous particles play the role of the reaction nuclei for the rapid formation of CSH phases.
  • the preferred procedure of the method is that preheated in the production of cement clinker cement raw meal, then optionally at least partially precalcined and then finished, while the precipitated calcium carbonate-containing product is prepared by part of the preheated and optionally precalcined cement raw meal before the Firing is discharged from the cement clinker production process and subjected to precipitation to precipitate a Calciumcarbonat successionn product.
  • the precipitation takes place by introducing carbon dioxide into a liquid containing the preheated and possibly at least partially precalcined cement raw meal, which is in particular water.
  • the precipitated calcium carbonate-containing product is preferably prepared with a particle size smaller than 20 ⁇ , in particular in the range of 0.1 to ⁇ .
  • the precipitated calcium carbonate-containing product can also be added as a mixture of calcium carbonate and silicon dioxide, wherein a mass ratio between Si0 2 and CaC0 3 in the range of 1.0 to 0.1 has proved to be advantageous.
  • Pozzolanic Si0 2 particles contribute to the increase in the hardness.
  • the precipitated calcium carbonate-containing product can be added as a powder, as a suspension or in another form, wherein a solids content in the suspension greater than 30 M .-% has proven to be advantageous.
  • the precipitated calcium carbonate-containing product can also be added as a mixture together with grinding additives such as grinding aids or performance enhancers (eg liquefier).
  • grinding additives such as grinding aids or performance enhancers (eg liquefier).
  • performance enhancers eg liquefier
  • the water consumption and the strength of the hydraulic binder can be influenced.
  • a proportion of 2 to 20% of the precipitated calcium carbonate-containing product has proved to be particularly expedient, resulting in a reduction of the water requirement and an increase in the strengths in the entire area.
  • At least one further main component formed by granulated slag or limestone or fly ash or pozzolan or silica fume or burned slate or mixtures of said components can also be added to the cement clinker before or after grinding.
  • the first process line of the plant for the production of the hydraulic binder may comprise in particular the following process steps: a preheater for preheating cement raw meal, optionally a calciner for at least partially precalcining preheated cement raw meal, an oven for burning the cement raw meal into cement clinker and a cooler for cooling the cement clinker ,
  • a bypass line branching off in front of the furnace is provided for withdrawing part of the preheated and optionally at least partially precalcined cement raw meal, the precipitation unit being connected to the bypass line for producing the precipitated calcium carbonate-containing product.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a plant for producing a hydraulic binder with a precipitated calcium carbonate-containing product
  • Fig. 2 is a diagram showing the water requirement depending on the calcium carbonate-containing product.
  • the plant shown in Fig. 1 for producing a hydraulic binder with a precipitated calcium carbonate product consists essentially of a preheater 1 for preheating cement raw meal 2, possibly a calciner 3 for calcining the preheated cement raw meal, a furnace 4 for firing the cement raw meal to cement clinker 13 and a cooler 5.
  • the preheater 1 is formed, for example, as a floating gas heat exchanger with a plurality of stages arranged one above the other, through which the exhaust gas of the furnace 4 flows in countercurrent to the cement raw meal 2.
  • a bypass line 6 branches off, to which a precipitation unit 8 for producing the precipitated calcium carbonate-containing product is connected with the interposition of a cooling device 7.
  • the branched, preheated and optionally precalcined cement raw meal T is cooled to temperatures below 850 ° C, in particular to temperatures in a range of 30-80 ° C.
  • a flight flow method is suitable.
  • the resulting heat can either directly or indirectly via a heat exchanger 9 the cement production process, in particular the preheater 1, are returned. Alternatively, the drying of the precipitate is conceivable.
  • water is used as a liquid, so that together with the cement raw meal T forms a lime (calcium hydroxide), is introduced into the carbon dioxide, so that the precipitated calcium carbonate-containing product 11 is formed.
  • lime calcium hydroxide
  • the precipitated product has a particle structure with oval-shaped particles and smooth surface. It is also advantageous if grain fractions or particle sizes or grain bands in the order of magnitude of 0.5 ⁇ m to 20 ⁇ m, preferably 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, are produced during the precipitation.
  • additional calcium-containing additives or waste materials or else silicon dioxide 10 can also be fed to the precipitation unit 8.
  • the heat contained in the precipitated calcium carbonate-containing product 11 can be recuperated via a heat recuperation stage 12 and used in the cement production process, for example in the preheater 1 or in any required drying or heating of additives.
  • the cooled cement clinker 13 is then ground in a cement clinker grinding plant 14, which comprises only one grinding unit in the form of a Gutbettwalzenmühle 14a with two mutually pressed, between them a Mahlspalt having grinding rollers and cooperates in a conventional manner as Kreislaufmahlstrom with a classifier 14b.
  • the ground cement clinker 13 ' is then added in a suitable mixing and metering device 15, the precipitated calcium carbonate-containing product 11 to form the hydraulic binder 16.
  • At least one further main component 17 formed by granulated slag or limestone or fly ash or pozzolan or silica fume or burned slate or mixtures of said components can be admixed with the cement clinker before or after the grinding. That too Calcium carbonate-containing product 11 can be added in whole or in part before the grinding of the cement clinker.
  • the water requirement of the mixtures was determined according to DIN EN 196 with a Vicat needle device. Strength development was performed on 40x40x160 mm prisms of mortar with the following composition: binder - 1 part; Sand - 3 parts; Water - determined according to the water requirement.
  • the addition of ultrafine calcium carbonate to the ground cement clinker leads to a significant reduction of the water requirement by 1-6%. For example, there is a 3.5% decrease in water demand with a 5% by weight calcium carbonate addition.
  • the 2d strength increases by 26% and the 7d strength by 10% compared to the pure cement.
  • the 28d-strength is at the same level despite different cement content.
  • the addition of the calcium carbonate-containing product significantly increases the early strengths, which can be attributed to the reactivity of the precipitated calcium carbonate.
  • this is a possible direct reaction of the calcium carbonate-containing particles with aluminate-containing phase of the clinker.
  • very fine calcium carbonaceous particles play the role of the reaction nuclei for the rapid formation of CSH phases.
  • Precipitated calcium carbonate-containing product is thus a valuable additive for the optimization of the cement clinker ground only with a high-bed roller mill.
  • the production of fast hardening cements, including CEM I, only with the grinding in a Gutbettwalzenmühlen cycle without downstream ball mill is possible.
  • a reduced water requirement allows the application of a lower water / binder value with all positive for given workability Effects on the hardened concrete properties.
  • Another advantage is the attainability of a particular consistency for high performance concretes using a lesser amount of expensive high performance condenser.

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Abstract

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels wird Zementklinker hergestellt und anschließend ausschließlich im Gutbett mit wenigstens einer Walzenmühle gemahlen und wenigstens 2% eines gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts vor oder nach der Mahlung des Zementklinkers zugegeben. Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels weist einen ersten Prozessstrang zur Herstellung von Zementklinker und einen sich daran anschließenden zweiten Prozessstrang mit wenigstens einer Zementklinkermahlanlage zur Mahlung des Zementklinkers auf, wobei die Zementklinkermahlanlage lediglich ein Mahlaggregat in Form wenigstens einer Gutbettwalzenmühle mit zwei gegeneinander gepressten, zwischen sich einen Mahlspalt aufweisenden Mahlwalzen umfasst. Ferner ist ein Fällungsaggregat zur Herstellung eines gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts vorgesehen, das mit dem zweiten Prozessstrang vor oder nach der wenigstens einen Gutbettwalzenmühle zur Vermischung des gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts mit dem Zementklinker in Verbindung steht.

Description

Verfahren und Anlage zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels.
Im Allgemeinen erfolgt die Mahlung des Zementklinkers in einer Kugel-, Vertikal- oder Gutbettwalzenmühle, wobei letzterer aus energetischer Sicht der Vorzug zu geben ist. Zemente, die durch die Mahlung in einem Gutbettwalzenmühlen-Kreislauf ohne nachgeschalteter Kugelmühle vermählen worden sind, besitzen gegenüber Zementen aus Kugelmühlenmahlanlagen aufgrund eines geringeren Feinanteiles engere Korngrößenverteilungen mit Steigungsmaßen im R SB-Netz > 1 (nach DIN 66145). Dies hat Auswirkungen auf die Produktqualität bzw. auf das
Verarbeitungsverhalten, das durch den Wasserbedarf zur Normsteife charakterisiert ist. Außerdem ist oft nur die Produktion von normal erhärtenden Zementen wegen einer niedrigeren Anfangsfestigkeit möglich.
Die DE 197 52 243 C2 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Zement, wobei angestrebt wird, dass die gesamte Feinmahlung von Zementen und Rohstoffen ausschließlich in Gutbett- Walzenmühlen durchgeführt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein schnell erhärtendes Bindemittel mit niedrigem Wasserbedarf zu fertigen, das auf einem ausschließlich im Gutbett, also ohne nachgeschaltete Kugelmühle, vermahlenen Zementklinker basiert und sich gegenüber reinem Gutbettwalzenmühle-Mahlgut durch einen deutlich niedrigeren
Wasserbedarf und eine erhöhte Frühfestigkeit auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels wird Zementklinker hergestellt und anschließend ausschließlich im
Gutbett gemahlen und wenigstens 2%, vorzugsweise wenigstens 3%, höchstvorzugsweise wenigstens 5%, eines gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts (PCC) vor oder während oder nach der Mahlung des Zementklinkers zugegeben.
Die erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels weist einen ersten Prozessstrang zur Herstellung von Zementklinker und einen sich daran anschließenden zweiten Prozessstrang mit einer Zementklinkermahlanlage zur Mahlung des Zementklinkers auf, wobei die Zementklinkermahlanlage lediglich ein Mahlaggregat in Form wenigstens einer Gutbettwalzenmühle mit zwei gegeneinander gepressten, zwischen sich einen Mahlspalt aufweisenden Mahlwalzen umfasst. Ferner ist ein Fällungsaggregat zur Herstellung eines gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts (PCC) vorgesehen, das mit dem zweiten Prozessstrang vor oder während oder nach der Gutbettwalzenmühle zur Vermischung des gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts mit dem Zementklinker in Verbindung steht.
Das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt ist im Vergleich zum gemahlenen Zementklinker sehr fein und besitzt vorzugsweise eine spezielle Partikelstruktur mit niedriger spezifischer Oberfläche, vorzugsweise < 12 m2/g nach BET (12 m2/g - spezifische Oberfläche des Zementes nach BET). Diese Partikel sorgen für eine Erhöhung der Packungsdichte und gleichzeitig für die Senkung der spezifischen Oberfläche der gesamten Zementmischung. Vergleichsweise führt die Verwendung von dem weit verbreiteten Silika-Staub mit spezifischer Oberfläche nach BET von 20-22 m2/g zu deutlicher Erhöhung der spezifischen Oberfläche der Zementmischung. Somit führen die ultrafeinen Partikel des gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts zu einer Verdrängung des Wassers, das für die Verbesserung der Verarbeitung bzw. des Wasserbedarfs zur Normsteife zur Verfügung steht. Durch die sich ergebende höhere Packungsdichte resultiert auch eine Steigerung der Frühfestigkeit. Außerdem beeinflussen die feinen calciumcarbonathaltigen Partikel auch chemisch die Wechselwirkung zwischen den einzelnen Feststoffen der Mischung. Dabei handelt sich einerseits um eine mögliche direkte Reaktion der calciumcarbonathaltigen Partikel mit aluminathaltiger Phase des Klinkers. Andererseits spielen sehr feine calciumcarbonathaltige Partikel die Rolle der Reaktionskeime für die schnelle Bildung von CSH-Phasen.
Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unter anspräche.
Der bevorzugte Ablauf des Verfahrens besteht darin, das bei der Herstellung des Zementklinkers Zementrohmehl vorgewärmt, dann ggf. wenigstens teilweise vorcalciniert und anschließend fertig gebrannt wird, während das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt dadurch hergestellt wird, dass ein Teil des vorgewärmten und ggf. vorcalcinierten Zementrohmehls vor dem Brennen aus dem Zementklinkerherstellungsprozess ausgeschleust und einer Fällung zur Ausscheidung eines calciumcarbonathaltigen Produkts unterzogen wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die Fällung durch Einleiten von Kohlenstoffdioxid in eine das vorgewärmte und ggf. wenigstens teilweise vorcalcinierte Zementrohmehl enthaltende Flüssigkeit, bei der es sich insbesondere um Wasser handelt. Das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt wird vorzugsweise mit einer Korngröße kleiner 20μιη, insbesondere im Bereich von 0,1 bis ΙΟμιη hergestellt.
Das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt kann auch als Mischung aus Calciumcarbonat und Siliciumdioxyd zugegeben werden, wobei sich ein Massenverhältnis zwischen Si02 und CaC03 im Bereich von 1,0 bis 0,1 als vorteilhaft erwiesen hat. Puzzolanisch reagierende Si02-Partikel tragen zur Erhöhung der Frähfestigkeit bei.
Das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt kann als Pulver, als Suspension oder in anderer Form zugegeben werden, wobei sich ein Feststoffgehalt in der Suspension größer als 30 M.-% als vorteilhaft erwiesen hat.
Das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt kann auch als Mischung zusammen mit Mahladditiven wie Mahlhilfen oder auch Performance Enhancer (z. B. Verflüssiger) zugegeben werden. Je nach Menge des zugegebenen calciumcarbonathaltigen Produkts können der Wasserverbrauch und die Festigkeit des hydraulischen Bindemittels beeinflusst werden. Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen hat sich ein Anteil von 2 bis 20% des gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts als besonders zweckmäßig erwiesen wird, wobei sich im gesamten Bereich eine Verringerung des Wasserbedarfs und eine Erhöhung der Festigkeiten ergeben.
Neben dem gefällten calciumcarbonathaltigen Produkt kann auch wenigstens eine durch Hüttensand oder Kalkstein oder Flugasche oder Puzzolan oder Silikastaub oder gebrannten Schiefer oder Mischungen der genannten Komponenten gebildete weitere Hauptkomponente dem Zementklinker vor während oder nach der Mahlung zugemischt werden.
Der erste Prozessstrang der Anlage zur Herstellung des hydraulischen Bindemittels kann insbesondere folgende Prozessstufen aufweisen: einen Vorwärmer zum Vorwärmen von Zementrohmehl, ggf. einen Calcinator zum wenigstens teilweisen Vorcalcinieren von vorgewärmtem Zementrohmehl, einen Ofen zum Brennen des Zementrohmehls zu Zementklinker und einen Kühler zum Kühlen des Zementklinkers .
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ist eine vor dem Ofen abzweigende Bypassleitung zum Abziehen eines Teils des vorgewärmten und ggf. wenigstens teilweise vorcalcinierten Zementrohmehls vorgesehen, wobei das Fällungsaggregat zur Herstellung des gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts an die Bypassleitung angeschlossenen ist.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels mit einem gefällten calciumcarbonathaltigen Produkt und
Fig. 2 ein Diagramm, dass den Wasserbedarf in Abhängigkeit des calciumcarbonathaltigen Produkts zeigt.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels mit einem gefällten calciumcarbonathaltigen Produkt besteht im Wesentlichen aus einem Vorwärmer 1 zum Vorwärmen von Zementrohmehl 2, ggf. einem Calcinator 3 zum Calcinieren des vorgewärmten Zementrohmehls, einem Ofen 4 zum Brennen des Zementrohmehls zu Zementklinker 13 und einem Kühler 5. Der Vorwärmer 1 ist beispielsweise als Schwebegaswärmetauscher mit mehreren, übereinander angeordneten Stufen ausgebildet, die vom Abgas des Ofens 4 im Gegenstrom zum Zementrohmehl 2 durchströmt werden. Vor dem Ofen 4 zweigt eine Bypassleitung 6 ab, an die unter Zwischenschaltung einer Kühleinrichtung 7 ein Fällungsaggregat 8 zur Herstellung des gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts angeschlossen ist.
In der Kühleinrichtung 7 wird das abgezweigte, vorgewärmte und ggf. vorcalcinierte Zementrohmehl T auf Temperaturen unter 850°C, insbesondere auf Temperaturen in einem Bereich von 30-80°C abgekühlt. Hierfür eignet sich insbesondere ein Flugstromverfahren. Die dabei entstehende Wärme kann entweder direkt oder indirekt über einen Wärmetauscher 9 dem Zementherstellungsprozess, insbesondere dem Vorwärmer 1, zurückgeführt werden. Alternativ ist die Trocknung des Präzipitats denkbar.
Für die Fällung im Fällungsaggregat 8 wird üblicherweise Wasser als Flüssigkeit verwendet, sodass sich zusammen mit dem Zementrohmehl T eine Kalkmilch (Calciumhydroxid) bildet, in die Kohlendioxid eingeleitet wird, sodass das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt 11 entsteht. Über verschiedene Parameter, wie Temperatur, Verweildauer und Konzentration der Kalkmilch, können, je nach gewünschtem Endprodukt, unterschiedliche Kristallmodifikationen erzeugt werden.
Für die hier vorgesehene Vermischung mit Zementklinker hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das gefällte Produkt eine Partikelstruktur mit ovalförmigen Partikeln und glatter Oberfläche aufweist. Auch ist es vorteilhaft, wenn bei der Fällung Kornfraktionen oder Korngrößen oder Kornbänder in der Größenordnung von 0,5 μιη bis 20 μιη, vorzugsweise 0,5 μιη bis 10 μιη erzeugt werden.
Neben dem Zementrohmehl können außerdem zusätzliche calciumhaltige Zusatzoder Abfallstoffe oder auch Siliziumdioxid 10 dem Fällungsaggregat 8 zugeführt werden. Die im gefällten calciumcarbonathaltigen Produkt 11 enthaltene Wärme kann über eine Wärmerekuperationsstufe 12 rekuperiert und im Zementherstellungsprozess, beispielsweise im Vorwärmer 1 oder bei einer etwa erforderlichen Trocknung oder Erwärmung von Zusatzstoffen verwendet werden.
Der gekühlte Zementklinker 13 wird anschließend in einer Zementklinkermahlanlage 14 gemahlen, die lediglich ein Mahlaggregat in Form einer Gutbettwalzenmühle 14a mit zwei gegeneinander gepressten, zwischen sich einen Mahlspalt aufweisenden Mahlwalzen umfasst und in üblicher Art und Weise als Kreislaufmahlanlage mit einem Sichter 14b zusammenwirkt. Dem gemahlenen Zementklinker 13' wird anschließend in einer geeigneten Misch- und Dosiereinrichtung 15 das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt 11 zugegeben, um das hydraulische Bindemittel 16 zu bilden. Weiterhin können natürlich geeignete Zwischensilos für das calciumcarbonathaltige Produkt 11 und/oder den Zementklinker 13/13' vorgesehen werden.
Außerdem kann noch wenigstens eine durch Hüttensand oder Kalkstein oder Flugasche oder Puzzolan oder Silikastaub oder gebrannten Schiefer oder Mischungen der genannten Komponenten gebildete weitere Hauptkomponente 17 dem Zementklinker vor oder nach der Mahlung zugemischt werden. Auch das calciumcarbonathaltige Produkt 11 kann bereits vor der Mahlung des Zementklinkers ganz oder teilweise zugegeben werden.
Die Überprüfung der Erfindung wurde mit Zementklinker der Sorte CEM I und gefälltem Calciumcarbonat durchgeführt.
Der Wasserbedarf der Mischungen wurde nach DIN EN 196 mit einem Vicat- Nadelgerät ermittelt. Die Festigkeitsentwicklung wurde an Prismen 40x40x160 mm aus Mörtel mit folgender Zusammensetzung: Bindemittel - 1 Teil; Sand - 3 Teile; Wasser - entsprechend dem Wasserbedarf ermittelt.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, führt der Zusatz von ultrafeinem Calciumcarbonat zum gemahlenen Zementklinker zu einer deutlichen Absenkung des Wasserbedarfs um 1 - 6%. Beispielsweise tritt eine Verringerung des Wasseranspruchs um 3,5 % bei einem Calciumcarbonat-Zusatz von 5 M.-% auf. Die 2d-Festigkeit steigt dabei um 26 % und die 7d-Festigkeit um 10 % gegenüber dem puren Zement an. Die 28d- Festigkeit befindet sich trotz unterschiedlichem Zementgehalt auf gleichem Niveau. Es findet durch die Zugabe des calciumcarbonathaltigen Produkts in jedem Fall eine deutliche Erhöhung der Frühfestigkeiten statt, was sich auf die Reaktionsfähigkeit des gefällten Calciumcarbonats zurückführen lässt. Dabei handelt sich einerseits um eine mögliche direkte Reaktion der calciumcarbonathaltigen Partikel mit aluminathaltiger Phase des Klinkers. Andererseits spielen sehr feine calciumcarbonathaltige Partikel die Rolle der Reaktionskeime für die schnelle Bildung von CSH-Phasen.
Gefälltes calciumcarbonathaltiges Produkt ist somit ein für die Optimierung des lediglich mit einer Gutbettwalzenmühle gemahlenen Zementklinkers wertvoller Zusatzstoff. Damit ist die Herstellung von schnell erhärtenden Zementen, auch CEM I, nur mit der Mahlung in einem Gutbettwalzenmühlen-Kreislauf ohne nachgeschalteter Kugelmühle möglich.
Ein verringerter Wasseranspruch erlaubt bei vorgegebener Verarbeitbarkeit die Anwendung eines niedrigeren Wasser/Bindemittel- Wertes mit allen positiven Auswirkungen auf die Festbetoneigenschaften. Ein weiterer Vorteil ist die Erreichbarkeit einer bestimmten Konsistenz für Hochleistungsbetone unter Einsatz einer geringeren Menge an teurem Hochleistungsverflüssiger.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels (16), wobei Zementklinker (13) hergestellt und anschließend ausschließlich im Gutbett, mit mindestens einer Gutbettwalzenmühle gemahlen wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 2% eines gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts (11) vor oder während oder nach der Mahlung des Zementklinkers (13) zugegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Zementklinkers (13) Zementrohmehl (2) vorgewärmt, dann ggf. wenigstens teilweise vorcalciniert und anschließend fertig gebrannt wird, und das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt (11) dadurch hergestellt wird, dass ein Teil des vorgewärmten und ggf. vorcalcinierten Zementrohmehls (2') vor dem Brennen aus dem Zementklinkerherstellungsprozess ausgeschleust und einer Fällung zur Ausscheidung eines calciumcarbonathaltigen Produkts unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fällung durch Einleiten von Kohlenstoffdioxid in eine das vorgewärmte und ggf. wenigstens teilweise vorcalcinierte Zementrohmehl (2') enthaltende Flüssigkeit erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gefällte calciumcarbonathaltige Produkt (11) mit einer Korngröße kleiner 20μιη verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 2 bis 20% des gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts (11) vor oder während oder nach der Mahlung des Zementklinkers (13) zugegeben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt (11) als Pulver oder als Suspension oder in anderer Form zugegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt (11) als Mischung mit Mahladditiven zugegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine durch Hüttensand und/oder Kalkstein und/oder Flugasche und/oder Puzzolan und/oder Silikastaub und/oder gebrannten Schiefer gebildete weitere Hauptkomponente (17) dem Zementklinker (13) vor oder nach der Mahlung zugemischt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gefällte calciumcarbonathaltige Produkt (11) als Mischung aus Calciumcarbonat und Siliciumdioxyd zugegeben wird.
10. Anlage zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels (16) mit einem ersten Prozessstrang zur Herstellung von Zementklinker (13) und einem sich daran anschließenden zweiten Prozessstrang mit einer Zementklinkermahlanlage (14) zur Mahlung des Zementklinkers (13), wobei die Zementklinkermahlanlage lediglich ein Mahlaggregat in Form wenigstens einer Gutbettwalzenmühle (14a) mit zwei gegeneinander gepressten, zwischen sich einen Mahlspalt aufweisenden Mahlwalzen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Fällungsaggregat (8) zur Herstellung eines gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts (11) vorgesehen ist, das mit dem zweiten Prozessstrang vor oder nach der Gutbettwalzenmühle (14a) zur Vermischung des gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts (11) mit dem Zementklinker (13) in Verbindung steht.
11. Anlage nach Anspruch 10, wobei der erste Prozessstrang folgende Prozessstufen aufweist: a. einen Vorwärmer (1) zum Vorwärmen von Zementrohmehl (2), b. ggf. einen Calcinator (3) zum wenigstens teilweisen Vorcalcinieren von vorgewärmtem Zementrohmehl, c. einen Ofen (4) zum Brennen des Zementrohmehls zu Zementklinker (13) und d. einen Kühler (5) zum Kühlen des Zementklinkers (13).
12. Anlage nach Anspruch 11, gekennzeichnet, durch eine vor dem Ofen (4) abzweigende Bypassleitung (6) zum Abziehen eines Teils des vorgewärmten und ggf. wenigstens teilweise vorcalcinierten Zementrohmehls (2'), wobei das
Fällungsaggregat (8) zur Herstellung des gefällten calciumcarbonathaltigen Produkts (11) an die Bypassleitung (6) angeschlossenen ist.
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