EP2917163A1 - Verfahren zur herstellung eines hydraulischen bindemittels - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines hydraulischen bindemittels

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EP2917163A1
EP2917163A1 EP13786669.5A EP13786669A EP2917163A1 EP 2917163 A1 EP2917163 A1 EP 2917163A1 EP 13786669 A EP13786669 A EP 13786669A EP 2917163 A1 EP2917163 A1 EP 2917163A1
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EP
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silicate
mill
component
containing component
coating
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Application number
EP13786669.5A
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Inventor
Oliver Maier
Viktor Marchuk
Michael Wilczek
Dirk Schefer
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Filing date
Publication date
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    • 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 for producing a hydraulic binder and to a method for producing a binder mixture by processing a silicate-containing component with calcium silicate hydrate and / or belite-containing components.
  • EP 2 243 754 A1 describes a process for the preparation of a hydraulic binder which is based on a calcium silicate compound and has properties similar to those of conventional Portland cement, but in the production of which significantly less CO 2 is liberated.
  • a calcium and silicon-containing starting material is first hydrothermally treated at temperatures of 120-250 ° C, whereby a calcium silicate hydrate-containing intermediate product is formed.
  • the intermediate is reaction-milled alone at a temperature of 100-150 ° C alone or together with another silicate-containing material, whereby under reaction and dehydration at least partially a belitumbles binder is formed, which is highly reactive and a comparable with Portland cement binder low reaction heat and high Medfestmaschine corresponds.
  • the present invention is an object of the invention to provide a method for producing a hydraulic binder, a method for producing a binder mixture and the use of a plant for the two production processes, wherein the proportion of calcium silicate hydrate and / or belitumblen component in Binders can be reduced. According to the invention, this object is achieved by the features of claims 1, 8, 9 and 13.
  • the inventive method for producing a hydraulic binder by processing a silicate-containing component with calcium silicate hydrate and / or belit ambiencen components is characterized by the combination of the following two steps:
  • the silicate-containing component is comminuted in at least one comminution device to particle sizes of ⁇ 100 ⁇ , wherein for surface activation at least partially Si-O-Si bonds and / or hydrogen bonds in the structure of the surface layer of the silicate-containing component are broken, and
  • the silicate-containing component activated in the first step is brought into contact as a silicate-containing carrier with calcium silicate hydrate and / or belite-containing components in a coating device, wherein the calcium silicate hydrate and / or belite-containing components are at least Enrich 50% of the surface of the silicate-containing carrier with a reaction coating.
  • a silicate-containing component eg quartz sand, slag or fly ash
  • a silicate-containing component eg quartz sand, slag or fly ash
  • the basic structure of the silicates is characterized by Si0 4 tetrahedra, whose center consists of a silicon atom and whose four corners each consist of one oxygen atom. Essentially all silicates are built up by linkages of these Si0 4 pyramids.
  • roller mill in particular a pendulum roller mill, and / or a roller mill, but preferably high energy mills such as a jet mill, an impact mill, a ball mill, in particular an agitator ball mill, a vibration mill and / or a magnetic mill and a circuit u nd / or combination of these types of mill in question.
  • high energy mills such as a jet mill, an impact mill, a ball mill, in particular an agitator ball mill, a vibration mill and / or a magnetic mill and a circuit u nd / or combination of these types of mill in question.
  • the thus activated silicate-containing component is then coated as a silicate-containing carrier in a second treatment unit with a calcium silicate hydrate and / or belit ambiencen substance.
  • This coating may also be in at least one mill, for example in a ball mill, in particular an agitator ball mill, a vibration mill, a jet mill and / or impact mill, but preferably in a roller mill, in particular a pendulum roller mill, and / or roller mill, and an interconnection and / or combination of these types of mill.
  • a magnetic coating according to US Pat. No. 6,037,019 and use of a magnetic mill is also conceivable.
  • relatively soft grinding media for example plastic-coated cast iron or magnetic bodies, are used in the coating. The aim of this coating or sheathing is to largely avoid further comminution of the particles and to achieve a coating of the coarser silicate-containing carriers with the calcium silicate hydrate and / or belite-containing components.
  • the at least one comminution device in the first method step is operated together with a separator which separates a coarser silicate-containing component from a finer silicate-containing component, so that at least the coarser silicate-containing component is again fed to the at least one comminution device. It can also be provided that a part of the finer silicate-containing component is discharged from the process and possibly used elsewhere or further processed.
  • the coating device can intensify the contact between the silicate-containing carriers and the calcium-silicate-hydrate and / or belit ambiencen component loose auxiliary body can be used in the coating device.
  • another substance preferably a fines such as microsilica, may be added up to 20% in at least one of the two process steps.
  • the calcium silicate hydrate and / or belite-containing component is expediently dewatered before the second process step in at least one separate treatment device and / or activated at elevated temperature of preferably greater than 100 ° C.
  • the coating step is expediently likewise carried out at temperatures of at least 100 ° C.
  • the coating device provided for the coating can have guide elements and / or stirring elements and / or loose auxiliary bodies.
  • the material coming from the coating device can optionally be supplied to a separating device 9. This separates the predominantly completely coated substances 1 'from the incompletely coated substances 1 ", which would lead to a return to the coating device or to the discharge of the finished product
  • the finished product could serve as a binder or as an additive for a binder mixture
  • the finished product could be mixed with substances 11, such as fly ash, clinker flour, various types of slag, Portland cement, limestone powder or various mixtures of these substances
  • the substances should have corresponding subtleties, so that the final product can serve as a binder mixture.
  • a further variant could likewise be that the substances listed above, in particular also limestone as inert filler, are fed together with the silicate-containing carriers to the comminuting device (process step 1) and comminuted or ground together. This has the advantage of saving an additional and costly comminution process.
  • Fig. 1 is a block diagram of a plant for producing a hydraulic
  • Binder and / or a binder mixture and Fig. 2 is an X-ray diffractogram of calcium silicate hydrate-containing
  • the plant shown in FIG. 1 for producing a hydraulic binder 1 and / or a binder mixture 12 has a comminution device 2 for comminuting silicate-containing carriers 3 and / or further substances 11 'to particle sizes of ⁇ 100 ⁇ m, and a subsequently arranged coating device 4 with a first feeder 4a for the silicate-containing carrier 3 a comminuted in the comminuting device 2 and a second feed 4b for a calcium silicate-hydrate and / or belite-containing component 5.
  • the comminution device 2 is operated together with a classifier 6 which separates coarser carriers 3b from finer carriers, at least the coarser carriers 3b being fed again to the comminution device 2, while the finer carriers as activated silicate-containing carrier 3a together with the calcium silicate carrier. Hydrate and / or belit ambiencen component 5 of the coating device 4 are supplied.
  • the crushing device 2 and the coating device 4 may each be operated by a (agitator) ball mill, a vibration mill, a magnetic mill, a (shuttle) roller mill, a roller mill, an impact mill or a jet mill or the like. An interconnection and / or combination of these types of mill is conceivable.
  • auxiliary bodies are used both in the comminution device 2 and in the coating device 4, relatively soft auxiliary bodies are used in the coating device 4.
  • auxiliary bodies are used both in the comminution device 2 and in the coating device 4
  • relatively soft auxiliary bodies are used in the coating device 4.
  • further comminution of the silicate-containing carriers is largely avoided and intimate contact with the calcium-silicate-hydrate and / or belit ambiencen component allows to achieve a coating of the surface of the silicate-containing carrier of at least 50%, preferably at least 80%.
  • the coating device 4 can also be fed with a further substance 7, preferably a fine substance, such as microsilica, up to 20%.
  • the coating in the coating device 4 is advantageously carried out at a temperature of at least 100 C.
  • the calcium silicate hydrate and / or belitance component 5 can be dehydrated before being fed into the coating device 4 in at least one separate treatment device 8 and / or activated at elevated temperature of preferably 100 ° C and / or subjected to a heat pressure treatment.
  • the product can be used as a binder.
  • the coater may be followed by a mixing or screening device. In this then hydraulic and / or latent hydraulic substances, such as clinker, fly ash, steel mill and / or blast furnace slag, OPC or mixtures of these substances are mixed, so that a binder mixture with low C0 2 emissions.
  • inert fillers especially limestone flour, is possible.
  • quartz sand is activated as a silicate-containing carrier by grinding and then reaction-coated with aC 2 SH as a calcium silicate hydrate component.
  • aC 2 SH as a calcium silicate hydrate component.
  • other substances such as, for example, slag and / or fly ash can be added to the grinding process together with quartz sand and activated.
  • Quartz sand was used with a particle size fraction of 90 ⁇ to 250 ⁇ .
  • the silicate-containing carrier activated after treatment in a disk-vibrating mill had, according to analysis with a laser diffraction spectrometer, an average particle size of about 6 ⁇ m.
  • aC 2 SH with a mean particle size of less than 20 ⁇ m was reaction-coated together with the activated quartz in a mass ratio of 2: 1 in a disk vibration mill. From the Analysis with the laser diffraction spectrometer, a mean particle size of about 5 ⁇ was determined for the resulting hydraulic binder.
  • Table 1 shows the results of the quantitative X-ray diffraction analyzes.
  • the calcium silicate hydrate component contained 81% aC 2 SH, some portlandite and calcite, further CSH phases (kilchoanite, foshagite) and a calcium aluminate phase (katoite, 9%).
  • the hydraulic binder obtained after the reaction coating was determined to be 60% amorphous, 7% crystalline aC 2 SH and 33% quartz.
  • the X-ray diffractogram of FIG. 2 shows for the calcium silicate hydrate component signals of the aC 2 SH, which is present as a main component. After reaction coating with activated quartz in the disk vibratory mill, the reflections of the aC 2 SH decrease markedly, while at the same time the background signal rises sharply due to the formation of amorphous phases.

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels durch Verarbeitung einer silikathaltigen Komponente mit Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponenten ist durch die Kombination der folgenden beiden Verfahrensschritte gekennzeichnet: Im ersten Verfahrensschritt wird die silikathaltige Komponente in wenigstens einer Zerkleinerungseinrichtung auf Partikelgrößen von <100µm zerkleinert, wobei zur Oberflächenaktivierung wenigstens teilweise Si-O-Si-Bindungen und/oder Wasserstoffbrücken in der Struktur der Oberflächenschicht der silikathaltigen Komponente aufgebrochen werden, und Im zweitem Verfahrensschritt wird die im ersten Schritt aktivierte silikathaltige Komponente als silikathaltiger Trägerstoff mit Calcium-Silikat- Hydrat- und/oder belithaltigen Komponenten in einer Beschichtungseinrichtung in Kontakt gebracht, wobei sich die Calcium- Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponenten auf wenigstens 50% der Oberfläche des silikathaltigen Trägerstoffs anreichern.

Description

Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelmischung durch Verarbeitung einer silikathaltigen Komponente mit Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponenten.
Bei der Herstellung von Zementklinker wird kalkhaltiges Rohmehl zunächst vorgewärmt, dann kalziniert und schließlich fertiggebrannt. Bei der Kalzination des Kalksteins werden enorme Mengen an C02 freigesetzt. Man ist daher bemüht, die C02-Emissionen zu reduzieren.
In der EP 2 243 754 AI wird ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels beschrieben, welches auf einer Calcium- Silikat- Verbindung basiert und ähnliche Eigenschaften aufweist, wie herkömmlicher Portland-Zement, aber bei dessen Herstellung deutlich weniger C02 freigesetzt wird. Dort wird zunächst ein calcium- und siliziumhaltiges Ausgangsmaterial bei Temperaturen von 120-250 °C hydrothermal behandelt, wodurch ein Calcium-Silikat-Hydrat-haltiges Zwischenprodukt entsteht. Anschließend wird das Zwischenprodukt bei einer Temperatur von 100-150 °C alleine oder gemeinsam mit einem anderen silikathaltigen Material in einer Mühle reaktionsvermahlen, wodurch unter Reaktion und Entwässerung zumindest teilweise ein belithaltiges Bindemittel entsteht, das hochreaktiv ist und einem mit Portland-Zement vergleichbaren Bindemittel mit niedriger Reaktionswärme und hoher Füllfestigkeit entspricht.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels, ein Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelmischung sowie die Verwendung einer Anlage für die beiden Herstellungsverfahren anzugeben, wobei der Anteil der Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponente im Bindemittel verringert werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 8, 9 und 13 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels durch Verarbeitung einer silikathaltigen Komponente mit Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponenten ist durch die Kombination der folgenden beiden Verfahrensschritte gekennzeichnet:
• Im ersten Verfahrensschritt wird die silikathaltige Komponente in wenigstens einer Zerkleinerungseinrichtung auf Partikelgrößen von < 100 μιη zerkleinert, wobei zur Oberflächenaktivierung wenigstens teilweise Si-O-Si-Bindungen und/oder Wasserstoffbrücken in der Struktur der Oberflächenschicht der silikathaltigen Komponente aufgebrochen werden, und
• Im zweitem Verfahrensschritt wird die im ersten Schritt aktivierte silikathaltige Komponente als silikathaltiger Trägerstoff mit Calcium-Silikat- Hydrat- und/oder belithaltigen Komponenten in einer Beschichtungseinrichtung in Kontakt gebracht, wobei sich die Calcium- Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponenten auf wenigstens 50 % der Oberfläche des silikathaltigen Trägerstoffs durch eine Reaktionsbeschichtung anreichern.
Die in der EP 2 243 754 AI beschriebene Reaktionsmahlung wird bei der vorliegenden Erfindung also in zwei voneinander getrennte Verfahrensschritte aufgelöst. So wird im ersten Verfahrensschritt eine silikathaltige Komponente (z.B. Quarzsand, Schlacke oder Flugasche) auf Partikelgrößen kleiner 100 μιη zerkleinert. Bei dieser Zerkleinerung wird die kristalline oder auch amorphe Struktur der silikathaltigen Komponente aufgebrochen, wodurch zusätzliche, aktivierte Oberflächen entstehen. Die grundlegende Struktur der Silikate zeichnet sich durch Si04-Tetraeder aus, deren Zentrum aus einem Silizium- Atom und deren vier Ecken aus je einem Sauerstoffatom bestehen. Im Wesentlichen sind alle Silikate durch Verknüpfungen dieser Si04-Pyramiden aufgebaut. An den Sauerstoffatomen der Ecken des Tetraeders knüpfen bei Stoffen mit einem hohen Silikatanteil hauptsächlich Siliziumatome an. Diese Si-O-Si-Bindungen haben einen großen kovalenten Anteil, woraus u.a. die große Härte von Quarz resultiert. Neben Siliziumatomen können an diesen Stellen aber auch beliebige andere Atome anknüpfen.
Durch eine mechanische Beanspruchung der silikathaltigen Komponente kommt es zur Bildung zusätzlicher Oberflächen mit zahlreichen freien Valenzen an den Silicium- und Sauerstoffatomen auf den Oberflächen. Diese freien Valenzen (ungesättigte Bindungen, engl, „dangling bonds") führen zu energiereichen Oberflächenstrukturen, was wiederum zu einer hohen Reaktivität an den Oberflächen führt. Dadurch werden Folgereaktionen wie die Beschichtung der silikathaltigen Komponente mit der Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponente unter Bildung neuer Bindungen begünstigt. Konkurrenzreaktionen wären z.B. Rekombinationen mit freien Wassermolekülen. Sowohl Mahlung (Verfahrensschritt 1) als auch Reaktionsbeschichtung (Verfahrensschritt 2) sollten daher zweckmäßig bei erhöhten Temperaturen von mind. > 100 °C erfolgen. Als Zerkleinerungseinrichtungen für den Verfahrensschritt 1 kommen eine Rollenmühle, insbesondere eine Pendel-Rollenmühle, und/oder eine Walzenmühle, bevorzugt aber Hochenergiemühlen wie eine Strahlmühle, eine Prallmühle, eine Kugelmühle, insbesondere eine Rührwerks-Kugelmühle, eine Vibrationsmühle und/oder eine Magnetmühle sowie eine Verschaltung und/oder Kombination dieser Mühlentypen in Frage.
Die so aktivierte silikathaltige Komponente wird anschließend als silikathaltiger Trägerstoff in einer zweiten Behandlungseinheit mit einem Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Stoff beschichtet. Diese Beschichtung kann ebenfalls in wenigstens einer Mühle, beispielsweise in einer Kugelmühle, insbesondere einer Rührwerks-Kugelmühle, einer Vibrationsmühle, einer Strahlmühle und/oder Prallmühle, bevorzugt aber in einer Rollenmühle, insbesondere einer Pendel- Rollenmühle, und/oder Walzenmühle, sowie einer Verschaltung und/oder Kombination dieser Mühlentypen erfolgen. Auch eine magnetische Beschichtung gemäß der US 6,037,019 und Verwendung einer Magnetmühle ist denkbar. Im Gegensatz zum ersten Verfahrensschritt werden bei der Beschichtung relativ weiche Mahlkörper, beispielsweise kunststoffummantelte Guss- oder Magnetkörper, eingesetzt. Ziel dieser Beschichtung bzw. Ummantelung ist, eine weitere Zerkleinerung der Partikel weitgehend zu vermeiden und eine Beschichtung der gröberen silikathaltigen Trägerstoffe mit dem Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponenten zu erreichen.
Bei der Reaktionsmahlung gemäß der EP 2 243 754 AI, bei der beide Komponenten gemeinsam vermählen werden, findet zwar auch eine Umhüllung statt, die jedoch immer wieder aufgebrochen wird, sodass auch die Partikel immer weiter zerkleinert werden. Dieser Nachteil kann durch die Trennung des Zerkleinerungsschrittes des silikathaltigen Trägerstoffs von der Beschichtung mit der Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponente vermieden werden, wodurch auch der Anteil der Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponente reduziert werden kann.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die wenigstens eine Zerkleinerungseinrichtung im ersten Verfahrensschritt zusammen mit einem Sichter betrieben, der eine gröbere silikathaltige Komponente von einer feineren silikathaltige Komponente trennt, sodass zumindest die gröbere silikathaltige Komponente erneut der wenigstens einen Zerkleinerungseinrichtung zugeführt wird. Dabei kann auch vorgesehen werden, dass ein Teil der feineren silikathaltige Komponente aus dem Prozess ausgeschleust und ggf. anderweitig verwendet oder weiter verarbeitet wird.
Zur Intensivierung des Kontakts zwischen den silikathaltigen Trägerstoffen und der Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponente können lose Hilfskörper in der Beschichtungseinrichtung eingesetzt werden. Außerdem kann ein weiterer Stoff, vorzugsweise ein Feinstoff, wie Mikrosilica, bis zu 20 % bei wenigstens einem der beiden Verfahrensschritte zugegeben werden. Die Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltige Komponente wird zweckmäßigerweise vor dem zweiten Verfahrensschritt in wenigstens einer separaten Behandlungseinrichtung entwässert und/oder bei erhöhter Temperatur von vorzugsweise größer 100 °C aktiviert. Der Beschichtungsschritt erfolgt zweckmäßigerweise ebenfalls bei Temperaturen von mindestens 100 °C.
Die für die Beschichtung vorgesehene Beschichtungseinrichtung kann zur Begünstigung der Beschichtung Leitelemente und/oder Rührelemente und/oder lose Hilfskörper aufweisen. Das aus der Beschichtungseinrichtung kommende Material kann optional einer Trenneinrichtung 9 zugeführt werden. Diese trennt die überwiegend vollständig beschichteten Stoffe 1 ' von den unvollständig beschichteten Stoffen 1 ", was eine Rückführung zur Beschichtungseinrichtung oder zur Ausschleusung des Fertigproduktes zur Folge hätte. Das Fertigprodukt könnte als Bindemittel oder als Zusatz für eine Bindemittelmischung dienen. In einem optional nachgeschalteten Mischer oder Sichter 10 könnte das Fertigprodukt mit Stoffen 11 , wie beispielsweise Flugasche, Klinkermehl, verschiedene Schlackearten, Portlandzement, Kalksteinmehl oder auch verschiedene Mischungen dieser Stoffe, gemischt werden. Für einen solchen Mischvorgang müssten die Stoffe entsprechend Feinheiten aufweisen, damit das Endprodukt als Bindemittelmischung dienen kann.
Eine weitere Variante könnte ebenfalls sein, dass die oben aufgeführten Stoffe, insbesondere auch Kalkstein als inerter Füllstoff, gemeinsam mit den silikathaltigen Trägerstoffen der Zerkleinerungseinrichtung (Verfahrensschritt 1) zugeführt und gemeinsam zerkleinert bzw. vermählen werden. Dieses hat den Vorteil, dass man einen zusätzlichen und kostenintensiven Zerkleinerungsprozess einspart.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Blockschaltbild einer Anlage zur Herstellung eines hydraulischen
Bindemittels und/oder einer Bindemittelmischung und Fig. 2 ein Röntgendiffraktogramm der Calcium-Silikat-Hydrat-haltigen
Komponente und des erhaltenen hydraulischen Bindemittels.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels 1 und/oder einer Bindemittelmischung 12 weist eine Zerkleinerungseinrichtung 2 zur Zerkleinerung von silikathaltigen Trägerstoffen 3 und/oder weiteren Stoffen 11 ' auf Partikelgrößen von < 100 μιη auf, sowie eine nachfolgend angeordnete Beschichtungseinrichtung 4 mit einer ersten Zuführung 4a für den in der Zerkleinerungseinrichtung 2 zerkleinerten silikathaltigen Trägerstoff 3 a und einer zweiten Zuführung 4b für eine Calcium- Silikat-Hydrat- und/oder belithaltige Komponente 5.
Die Zerkleinerungseinrichtung 2 wird zusammen mit einem Sichter 6 betrieben, der gröbere Trägerstoffe 3b von feineren Trägerstoffen trennt, wobei zumindest die gröberen Trägerstoffe 3b erneut der Zerkleinerungseinrichtung 2 zugeführt werden, während die feineren Trägerstoffe als aktivierter silikathaltiger Trägerstoff 3 a zusammen mit der Calcium- Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponente 5 der Beschichtungseinrichtung 4 zugeführt werden. Die Zerkleinerungseinrichtung 2 und die Beschichtungseinrichtung 4 können jeweils durch eine (Rührwerks-)Kugelmühle, eine Vibrationsmühle, eine Magnetmühle, eine (Pendel-)Rollenmühle, eine Walzenmühle, eine Prallmühle oder eine Strahlmühle oder dergleichen betrieben werden. Auch eine Verschaltung und/oder Kombination dieser Mühlentypen ist denkbar. Werden sowohl in der Zerkleinerungseinrichtung 2 als auch in der Beschichtungseinrichtung 4 Hilfskörper eingesetzt, kommen in der Beschichtungseinrichtung 4 relativ weiche Hilfskörper zum Einsatz. Dadurch wird eine weitere Zerkleinerung der silikathaltigen Trägerstoffe weitgehend vermieden und dafür ein inniger Kontakt mit der Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponente ermöglicht, um eine Beschichtung der Oberfläche des silikathaltigen Trägerstoffs von wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 80 % zu erreichen. Über eine dritte Zuführung 4c kann der Beschichtungseinrichtung 4 auch ein weiterer Stoff 7, vorzugsweise ein Feinstoff, wie Mikrosilica, bis zu 20 % zugegeben werden. Die Beschichtung in der Beschichtungseinrichtung 4 erfolgt vorteilhafter Weise bei einer Temperatur von mindestens 100 C.
Die Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltige Komponente 5 kann vor der Zuführung in die Beschichtungseinrichtung 4 in wenigstens einer separaten Behandlungseinrichtung 8 entwässert und/oder bei erhöhter Temperatur von vorzugsweise 100 °C aktiviert und/oder einer Wärmedruckbehandlung ausgesetzt werden. Nach dem Beschichtungsprozess kann das Produkt als Bindemittel genutzt werden. Um die C02-Emmissionen bei üblich hergestellten Zementen, wie beispielsweise OPC oder Hochofenzemente, weiter zu senken, kann der Beschichtungseinrichtung eine Misch- oder Sichteinrichtung nachgeschaltet sein. In dieser werden dann hydraulische und/oder latent hydraulische Stoffe, wie beispielsweise Klinker, Flugasche, Stahlwerks- und/oder Hochofenschlacke, OPC oder Mischungen von diesen Stoffen gemischt, sodass eine Bindemittelmischung mit niedrigen C02-Emissionen entsteht. Auch die Zumischung inerter Füllstoffe, insbesondere Kalksteinmehl, ist möglich.
Anhand der folgenden Beschreibung wird das Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels und/oder einer Bindemittelmischung näher beschrieben, wobei im ersten Verfahrensschritt Quarzsand als silikathaltiger Trägerstoff durch Mahlung aktiviert und anschließend mit a-C2SH als Calcium-Silikat-Hydrat- Komponente reaktionsbeschichtet wird. Ebenfalls zum ersten Verfahrensschritt können andere Stoffe wie beispielweise Schlacke und/oder Flugasche gemeinsam mit Quarzsand dem Mahlprozess zugegeben und aktiviert werden.
Verwendet wurde Quarzsand mit einer Korngrößenfraktion von 90 μιη bis 250 μιη. Der nach Behandlung in einer Scheibenschwingmühle aktivierte silikathaltige Trägerstoff wies gemäß Analyse mit einem Laserbeugungsspektrometer eine mittlere Korngröße von ca. 6μιη auf. Im zweiten Verfahrensschritt wurde a-C2SH mit einer mittleren Korngröße von kleiner 20 μιη zusammen mit dem aktivierten Quarz im Massenverhältnis 2: 1 in einer Scheibenschwingmühle reaktionsbeschichtet. Aus der Analyse mit dem Laserbeugungsspektrometer wurde für das resultierende hydraulische Bindemittel eine mittlere Korngröße von ca. 5 μιη ermittelt.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der quantitativen Röntgenbeugungsanalysen. Die Calcium-Silikat-Hydrat-Komponente enthielt neben 81 % a-C2SH, etwas Portlandit und Calcit noch weitere CSH-Phasen (Kilchoanit, Foshagit) sowie eine Calcium- Aluminat-Phase (Katoit, 9 %). Das nach der Reaktionsbeschichtung erhaltene hydraulische Bindemittel wurde bestimmt zu 60 % amorphem Anteil, 7 % kristallinem a-C2SH und 33 % Quarz.
Tabelle 1 : Quantitative Röntgenbeugungsanalyse (Rietveld-Bestim
Das Röntgendiffraktogramm der Fig. 2 zeigt für die Calcium-Silikat-Hydrat- Komponente Signale des a-C2SH, welches als Hauptbestandteil vorliegt. Nach der Reaktionsbeschichtung mit aktiviertem Quarz in der Scheibenschwingmühle nehmen die Reflexe des a-C2SH deutlich ab, während das Untergrundsignal gleichzeitig aufgrund der Bildung amorpher Phasen stark ansteigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels (1) durch Verarbeitung einer silikathaltigen Komponente (3) mit Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponenten (5), gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden beiden Verfahrensschritte:
• Im ersten Verfahrensschritt wird die silikathaltige Komponente (3) in wenigstens einer Zerkleinerungseinrichtung (2) auf Partikelgrößen von < 100 μιη zerkleinert, wobei zur Oberflächenaktivierung wenigstens teilweise Si-O-Si-Bindungen und/oder Wasserstoffbrücken in der Struktur der Oberflächenschicht der silikathaltigen Komponente aufgebrochen werden, und
• Im zweitem Verfahrensschritt wird die im ersten Schritt aktivierte, silikathaltige Komponente als silikathaltiger Trägerstoff (3a) mit Calcium- Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponenten (5) in einer Beschichtungseinrichtung in Kontakt gebracht, wobei sich die Calcium- Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponenten (5) auf wenigstens 50 % der Oberfläche des silikathaltigen Trägerstoffs (3 a) durch eine Reaktionsbeschichtung anreichern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zerkleinerungseinrichtung (2) im ersten Verfahrensschritt zusammen mit einem Sichter (6) betrieben wird, der eine gröbere silikathaltige Komponente (3b) von einer feineren silikathaltigen Komponente (3 a) trennt und zumindest die gröbere silikathaltige Komponente (3b) erneut der wenigstens einen Zerkleinerungseinrichtung (2) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der feineren silikathaltigen Komponente (3 a) aus dem Prozess ausgeschleust wird.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Intensivierung des Kontakts zwischen den silikathaltigen Trägerstoffen (3a) und der Calcium- Silikat-Hydrat- und/oder belithaltigen Komponente (5) lose Hilfskörper in der Beschichtungseinrichtung eingesetzt werden.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Stoff (7), vorzugsweise ein Feinstoff, wie Mikrosilica, bis zu 20 % bei wenigstens einem der beiden Verfahrensschritte zugegeben wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltige Komponente (5) vor dem zweiten Verfahrensschritt in wenigstens einer separaten Behandlungseinrichtung (8) entwässert und/oder bei erhöhter Temperatur aktiviert wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Verfahrensschritt bei einer Temperatur von mindestens 100 °C stattfinden.
8. Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelmischung (12), wobei das nach dem Anspruch 1 hergestellte hydraulische Bindemittel nach dem zweiten Verfahrensschritt einem Misch-/Sichtaggregat (10) aufgegeben wird und mit hydraulischen und/oder latent hydraulischen Stoffen und/oder einem inertem Füllstoff vermischt wird.
9. Verwendung einer Anlage mit:
• wenigstens einer Zerkleinerungseinrichtung (2) zur Zerkleinerung einer silikathaltigen Komponente (3) auf Partikelgrößen von < 100 μΐϊΐ υηά
• wenigstens einer nachfolgend angeordneten Beschichtungseinrichtung (4) mit einer ersten Zuführung (4a) für die in der Zerkleinerungseinrichtung (2) zerkleinerte silikathaltige Komponente (3') und einer zweiten Zuführung für eine Calcium-Silikat-Hydrat- und/oder belithaltige Komponente (5) zur Herstellung eines hydraulischen Bindemittels (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
10. Verwendung der Anlage nach Anspruch 9, wobei die wenigstens eine Zerkleinerungseinrichtung (2) eine Rollenmühle und/oder eine Walzenmühle, bevorzugt aber eine Hochenergiemühle wie eine Strahlmühle, eine Prallmühle, eine Kugelmühle, eine Vibrationsmühle und/oder eine Magnetmühle und/oder eine Verschaltung und/oder Kombination dieser Mühlentypen ist.
11. Verwendung der Anlage nach Anspruch 9, wobei die wenigstens eine Beschichtungseinrichtung durch wenigstens eine Mühle gebildet wird.
12. Verwendung der Anlage nach Anspruch 9, wobei die wenigstens eine Beschichtungseinrichtung (4) eine Kugelmühle, eine Vibrationsmühle, eine Strahlmühle und/oder eine Prallmühle, bevorzugt aber eine Rollenmühle, eine Walzenmühle und/oder eine Magnetmühle und/oder eine Verschaltung und/oder Kombination dieser Beschichtungseinrichtungen ist.
13. Verwendung der Anlage nach Anspruch 9, wobei die Beschichtungseinrichtung (4) zur Begünstigung der Beschichtung Leitelemente und/oder Rührelemente und/oder lose Hilfskörper aufweist.
14. Verwendung der Anlage nach Anspruch 9 zur Herstellung einer Bindemittelmischung (12) nach Anspruch 8, wobei der Beschichtungseinrichtung wenigstens ein Aggregat zum Mischen und/oder Sichten (10) nachgeschaltet ist.
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