Zusatzmittel für die Mahlung auf Rollenmühlen
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft die Verwendung wenigstens einer Glykolverbindung als Mahlhilfsmittel beim Mahlen eines Feststoffs, insbesondere eines anorganischen und/oder mineralischen Feststoffs. Zudem bezieht sich die Erfindung auf Zusammensetzungen enthaltend Glykolverbindungen sowie auf ein Verfahren zum Mahlen eines Feststoffs.
Stand der Technik
Ein zentraler Schritt und wesentlicher Kostenfaktor bei der Herstellung von mineralischen Bindemitteln, insbesondere Zement, ist das Mahlen der grobkörnigen mineralischen Komponenten zu feinem Pulver. So werden bei der Zement- herstellung beispielsweise Klinker und, abhängig vom herzustellenden Zementtyp gegebenenfalls auch Zusatzstoffe, wie z.B. Hüttensand oder Kalkstein, zu feinen Pulver vermählen. Zement und Zusatzstoffe können dabei grundsätzlich zusammen oder auch getrennt gemahlen werden.
Die Feinheit des mineralischen Bindemittels ist dabei ein wichtiges Qualitäts- merkmal. Beispielsweise weisen ausgehärtete Mörtel- oder Betonmischungen mit fein gemahlenen mineralischen Bindemitteln im Allgemeinen höhere Druckfestigkeiten auf als entsprechende Mischungen auf der Basis von gröber gemahlenen mineralischen Bindemitteln.
Um das Zerkleinern von mineralischen Bindemitteln in Mühlen zu erleichtern und die Agglomeration der resultierenden pulverförmigen Teilchen zu verhindern, können sogenannte Mahlhilfsmittel eingesetzt werden. Sie bewirken eine starke Reduktion des zur Mahlung erforderlichen Energieaufwandes. Als Mahlhilfsmittel haben sich seit den 60er-Jahren organische Substanzen be-
währt, insbesondere Glykole und Aminoalkohole, sowie Mischungen davon. Sie werden in Mengen von bis zu ca. 0.1 %, bezogen auf das Mahlgut, zusammen mit diesem der Zementmühle zugegeben. Dadurch kann bei gleicher Feinheit bzw. identischem Blainewert des Zementes die Mühlendurchsatzleis- tung um 20 bis 30%, bei manchen Anlagen sogar um bis zu 50% erhöht werden.
Die US 5,084,103 (David F. Myers, W.R. Grace & Co.) beschreibt in diesem Zusammenhang beispielsweise Mahlhilfsmittel auf Basis höherer Trialkanola- mine wie Triisopropanolamin, N,N-bis(2-hydroxyethyl)-N-2-hydroxypropyl)amin und Tris(2-hydroxybutyl)amin.
Es existieren verschiedene Mühlentypen, die sich in Aufbau und Wirkungsweise unterscheiden. Es wurde nun festgestellt, dass gewisse Mahlhilfsmittel, welche auf einem Mühlentyp gut funktionieren, auf anderen Mühletypen keine befriedigende Wirkung zeigen. Speziell für Rollenmühlen, bei welchen auf einer im Wesentlichen horizontal rotierbaren Mahlplatte oder Mahlschüssel wenigstens ein Mahlwerkzeug abrollbar angeordnet ist, besteht nach wie vor Bedarf nach verbesserten Mahlhilfsmitteln.
Darstellung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Additiv zum Mahlen von Feststoffen, insbesondere von anorganischen und/oder mineralischen Feststoffen, im Speziellen von zementösen Bindemitteln, in einer Rollenmühle zur Verfügung zu stellen. Das Additiv soll den Mahlprozess in einer Rollenmühle verbessern. Insbesondere soll das Additiv als Mahlhilfsmittel verwendbar sein und die Mahleffizienz oder Produktionsleistung beim Mahlen von Feststoffen, insbesondere mineralischen Bindemitteln, in Rollenmühlen zu steigern.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die erfindungsgemässe Aufgabe gemäss Anspruch 1 gelöst werden kann durch Verwendung wenigstens einer Glykolverbindung als Mahlhilfsmittel beim Mahlen mindestens eines Feststoffs, insbesondere eines anorganischen und/oder mineralischen Feststoffs, in einer
Rollenmühle, wobei die wenigstens eine Glykolverbindung eine Struktur gemäss Formel I aufweist.
Wie sich bei Mahlversuchen in Rollenmühlen überraschend gezeigt hat, kann im Vergleich mit anderen bekannten Additiven mit den erfindungsgemassen Glykolverbindungen eine erhöhte Mahleffizienz oder Produktionsleistung beim Mahlen von Feststoffen erzielt werden. Dies trifft insbesondere bei mineralischen Bindemitteln, im Speziellen zementosen Bindemitteln, zu. Bei gleicher Dosierung und gleicher Produktionsleistung kann mit den Glykolverbindungen beim Mahlen von Feststoffen, insbesondere mineralischen Stoffen, somit ein deutlich feineres Pulver mit wesentlich grösserer spezifischer Oberfläche bzw. grösserem Blainewert erhalten werden. Umgekehrt ist bei gleicher Dosierung eine Erhöhung der Produktionsleistung möglich, wenn die Feinheit des gemahlenen Pulvers konstant bleibt. Weiterhin ist es möglich, dass sowohl die Produktionsleistung als auch die Feinheit des Pulvers erhöht werden. Darüber hinaus kann auch der Siebrückstand signifikant reduziert werden.
Überraschend hat sich auch gezeigt, dass die erfindungsgemäss verwendeten Glykolverbindungen zu einer signifikante Reduktion von Vibrationen in Rollenmühlen führen und darüber hinaus eine Stabilisierung des Mahlbetts bewirken.
Allgemein können die Glykolverbindungen als Additive beim Mahlen von unter- schiedlichen mineralischen Bindemitteln verwendet werden. Dies können im Besonderen zementöse Bindemittel wie z.B. verschiedenste Zementsorten (CEM I, CEM II, CEM III, CEM IV, CEM V, sogenannte "grüne Zemente" und Belit-Zement) für Transport-, Orts-, Fertigteil- und Spritzbeton, sowie Mörtelanwendungen wie Reparaturmörtel, Grouts, Spritzmörtel oder dergleichen sein. Die Verarbeitbarkeit der mineralischen Bindemittel wird durch den Zusatz der erfindungsgemässen Glykolverbindungen kaum oder gar nicht negativ be- einflusst.
Zudem sind die erfindungsgemässen Glykolverbindungen auch kompatibel mit einer Vielzahl von anderen gängigen Additiven und Prozesschemikalien, wel- che beim Mahlen von Feststoffen eingesetzt werden. Die Glykolverbindungen sind somit beim Mahlen von Feststoffen flexibel einsetzbar.
Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand weiterer unabhängiger Ansprüche. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Wege zur Ausführung der Erfindung Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung wenigstens einer Glykolverbindung als Mahlhilfsmittel beim Mahlen mindestens eines Feststoffs, insbesondere eines anorganischen und/oder mineralischen Feststoffs, in einer Rollenmühle, wobei die wenigstens eine Glykolverbindung eine Struktur gemäss Formel I aufweist:
und wobei a) R1, R2, R3 je unabhängig voneinander für H oder eine Alkyl-, Alko- xy- oder Alkanol-Gruppe mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen, insbesondere mit 2 - 4 Kohlenstoffatomen, stehen; und b) X für eine substituierte oder unsubstituierte Alkylengruppe mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen, insbesondere 1 - 4 Kohlenstoffatomen, steht.
Mit dem Begriff "Mahlen" oder "Mahlprozess" wird insbesondere ein Verfahren verstanden, bei welchem eine mittlere Korngrösse eines Feststoffs oder eines Gemischs von verschiedenen Feststoffen reduziert wird. Dies erfolgt vorlie- gend in einer Rollenmühle beim Mahlen von Klinker, gegebenenfalls zusammen mit inerten und/oder aktiven Zusatzstoffen, wie z.B. mit Gips, Anhydrit, a- Halbhydrat, ß-Halbhydrat, latenthydraulischen Bindemitteln, puzzolanischen Bindemittel und/oder inerten Füllstoffen. Typischerweise wird der Feststoff oder das Gemisch von verschiedenen Feststoffen, insbesondere ein mineralisches Bindemittel, beim Mahlen auf einen Blaine-Wert von wenigstens 500 cm2/g, insbesondere wenigstens 1 Ό00 cm2/g, bevorzugt wenigstens 1 '500 cm2/g,
noch weiter bevorzugt wenigstens 2Ό00 cm2/g, gemahlen. Der Mahlprozess oder das Mahlen des Feststoffs erfolgt insbesondere bei Temperaturen unter 300°C, bevorzugt unter 250°C, weiter bevorzugt unter 150°C. Besonders bevorzugte Temperaturen liegen zwischen 30 - 150°C, insbesondere 60 - 120°C. Ein "Feststoff ist im vorliegenden Zusammenhang insbesondere ein anorganischer und/oder mineralischer Feststoff. Insbesondere ist der Feststoff ein anorganischer Stoff für Bauzwecke, beispielsweise als Bestandteil für Zement-, Mörtel- und/oder Betonzusammensetzungen. Bevorzugt ist der Feststoff ein mineralisches Bindemittel und/oder ein Zusatzstoff für ein mineralisches Bin- demittel. Der Feststoff kann grundsätzlich in grober Form, z.B. als (ungemahlener) Klinker, und/oder bereits teilweise vermählen vorliegen.
Ein "mineralisches Bindemittel" ist dabei im Besonderen ein Bindemittel, insbesondere ein anorganisches Bindemittel, welches in Anwesenheit von Wasser in einer Hydratationsreaktion zu festen Hydraten oder Hydratphasen reagiert. Dies kann beispielsweise ein hydraulisches Bindemittel (z.B. Zement oder hydraulischer Kalk), ein latent hydraulisches Bindemittel (z.B. Schlacke oder Hüttensand), ein puzzolanisches Bindemittel (z.B. Flugasche, Trass oder Reisschalenasche) und/oder ein nicht hydraulisches Bindemittel (Gips oder Weisskalk) sein. Auch Mischungen der verschiedenen Bindemittel sind möglich. Ein "Zusatzstoff für ein mineralisches Bindemittel" ist beispielsweise ein inerter mineralischer Stoff wie z.B. Kalkstein, Quarzmehl und/oder Pigmente.
Unter einem "zementösen Bindemittel" wird vorliegend insbesondere ein Bindemittel oder eine Bindemittelzusammensetzung mit einem Anteil von wenigstens 5 Gew.-%, insbesondere wenigstens 20 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 35 Gew.-%, im Speziellen wenigstens 65 Gew.-%, Zementklinker verstanden.
Eine "Rollenmühle" ist eine Mühle, bei welcher auf einer im Wesentlichen horizontal rotierbaren Mahlplatte oder Mahlschüssel wenigstens ein Mahlwerkzeug abrollbar angeordnet ist. Der Begriff "Rollenmühle" umfasst vorliegend auch "Walzenmühlen", "Vertikalmühlen" und "Vertikal-Rollenmühlen (Engl.: vertical roller mills)". Als Mahlwerkzeug kann z.B. eine zylindrische, keglige oder ball i-
ge Walze, eine Rolle oder eine Kugel verwendet werden. Diese werden insbesondere über spezielle Haltevorrichtungen drehbar gelagert.
Beim Mahlen in der Rollenmühle wird das Mahlgut auf die Mahlplatte gegeben, wo es zwischen Mahlplatte und Mahlwerkzeug gelangt und dabei zerkleinert wird. Bei Rollenmühlen erfolgt die Zerkleinerung des Mahlguts also durch das Überrollen des Mahlwerkzeugs.
Das Mahlgut wird insbesondere von oben zentral auf die Mahlplatte gegeben und beispielsweise durch Zentrifugalkräfte in den Bereich der Mahlwerkzeuge gefördert. Das gemahlene Mahlgut kann über einen peripheren Bereich der Mahlplatte weiterbefördert und von dort beispielsweise mit einem Luftstrom abtransportiert werden, z.B. zu einem Sichter.
Die Anpressung der Mahlwerkzeuge auf das Mahlgut (= Mahldruck) kann durch die Schwerkraft der Mahlwerkzeuge oder durch zusätzlichen Druck, z.B. hydropneumatisch, erzeugt oder reguliert werden. Es gibt verschiedene Ausgestaltungen von Rollenmühlen. Insbesondere handelt es sich bei der Rollenmühle um eine Loesche-Walzenmühle, eine Kugelringmühle, eine Raymond-Federrollenmühle, eine MPS-Rollenmühle oder eine Polysius-Rollenmühle. Solche Mühlen sind im Detail beschrieben im "Cement- Data-Handbook" (Walter H. Duda), Band 1 , Internationale Verfahrenstechniken der Zementindustrie, 3. Auflage, Bauverlag GmbH (Wiesbaden und Berlin).
Rollenmühlen sind nicht zu verwechseln mit Mahlkörpermühlen, wie z.B. Kugelmühlen. Bei Mahlkörpermühlen werden in einem Prozessraum Mahlgut und frei bewegliche Mahlkörper umgewälzt. Dabei kommt es zu Stössen zwischen den Mahlkörpern, den Wänden des Prozessraums und dem Mahlgut. Die Zer- kleinerung des Mahlguts erfolgt dabei insbesondere durch Zertrümmerung und nicht durch einen Überrollvorgang.
Der Rollenmühle nachgeschaltet ist insbesondere eine Vorrichtung zur Grös- senseparierung von Feststoffpartikeln, wie beispielsweise ein Windsichter, Zentrifugal kraftsichter, Schwerkraftsichter, Messzyklon, Strahlumlenksichter, Impaktor oder Plansichter. Oftmals befindet sich der Sichter im Inneren des Mühlengehäuses. Bei einem Windsichter werden die Feststoffpartikel anhand
des Verhältnisses von Strömungswiderstand, Schwerkraft und/oder Zentrifugalkraft in einem Gasstrom getrennt.
Mit Vorteil werden dabei Feststoffpartikel, welche eine vorgegebene Grösse oder Trenngrenze überschreiten, aus der Vorrichtung zur Grössenseparierung erneut der Rollenmühle zugeführt. Dies kann insbesondere während dem Betrieb und in kontinuierlicher weise erfolgen. Das Zusammenspiel zwischen Rollenmühle und Vorrichtung zur Grössenseparierung von Feststoffpartikeln ermöglicht somit eine besonders effiziente Produktion von gemahlenen Fest- stoffpartikeln mit definierter Partikelgrössenverteilung. Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die wenigstens eine Glykolverbindung als Mahlhilfsmittel zur Verbesserung der Mahleffizienz beim Mahlen eines mineralischen Stoffs verwendet, insbesondere beim Mahlen eines mineralischen Bindemittels. Als besonders geeignet haben sich die Glykolverbindungen als Mahlhilfsmittel beim Mahlen von zementösen Bin- demitteln oder Zementklinkern erwiesen.
Die wenigstens eine Glykolvebindung bewirkt im Besonderen eine Steigerung der Produktionsleistung der Rollenmühle und/oder eine Erhöhung der Mahlfeinheit. Im Vergleich mit bekannten Additiven kann mit den erfindungsgemäs- sen Glykolverbindungen eine erhöhte Mahleffizienz und/oder Produktionsleis- tung beim Mahlen von Feststoffen erzielt werden. Dies trifft insbesondere bei mineralischen Bindemitteln, im Speziellen zementösen Bindemitteln, zu. Bei gleicher Dosierung kann mit den Glykolverbindungen beim Mahlen von Feststoffen, insbesondere mineralischen Stoffen, somit ein deutlich feineres Pulver mit wesentlich grösserer spezifischer Oberfläche oder grösserem Blainewert erhalten werden. Darüber hinaus kann auch der Siebrückstand signifikant reduziert werden.
Die wenigstens eine Glykolverbindung kann bevorzugt auch zur Schwingungsoder Vibrationsreduktion der Rollenmühle verwendet werden. Ebenso kann die wenigstens eine Glykolverbindung mit Vorteil auch zur Stabilisierung des Mahlbetts der Rollenmühle verwendet werden.
Zu Vibrationen kommt es bei Rollenmühlen insbesondere dann, wenn das Mahlgut auf der Mahlplatte ungleichmässig verteilt ist, unüblich harte Verunreinigungen auf die Mahlplatte gelangen oder eine zu grosse Menge an Mahlgut vorliegt. Unter dem "Mahlbett" wird das auf der Mahlplatte liegende Mahlgut verstanden.
Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemässen Glykolverbindungen unerwünschte Vibrationen beim Betrieb der Rollenmühle signifikant reduzieren können. Dies kommt überraschend, da andere Mahlhilfsmittel z.T. zwar die Produktionsleistung oder Mahleffizienz verbessern, aber keine nennenswerte Reduktion der Mühlenvibrationen bewirken.
Ebenso vermögen die erfindungsgemässen Glykolverbindungen das Mahlbett zu stabilisieren. Stabilisierung des Mahlbetts meint dabei insbesondere eine Optimierung der Mahlgutverteilung oder des Mahlbetts auf der Mahlplatte, so dass eine optimale Mahlwirkung erzielt wird. Dies hilft mit, unerwünschte Vibra- tion zu reduzieren. Hierfür wurde bislang meist Wasser eingesetzt. Dies hat aber insbesondere bei der Mahlung von hydraulischen oder zementösen Bindemitteln den Nachteil, dass ein Teil des Mahlguts während dem Mahlen mit dem Wasser unter Ausbildung von Hydratphasen reagiert und nicht mehr als abbindbares hydraulisches oder zementöses Bindemittel funktioniert. Wird hingegen eine erfindungsgemässe Glykolverbindung verwendet, ist es möglich, die zur Mahlbettstabilisierung erforderliche Wassereindüsung zu reduzieren oder ganz einzustellen. Dadurch kann eine Qualitätsverbesserung des Mahlgutes erzielt werden. Dies insbesondere ohne dass die Gefahr von Hydratisierungsreaktionen bei hydraulischen oder zementösen Bindemitteln besteht. Damit werden direkt die Stoffeigenschaften des Feststoffs verbessert.
Zusätzlich wurde gefunden, dass bei einer Verwendung der erfindungsgemässen Glykolverbindungen im Mahlprozess der Pack-Set-Index gemäss Norm ASTM C1565:2009 verbessert werden kann. Entsprechend können die erfindungsgemässen Glykolverbindungen gezielt hierfür verwendet werden.
Ebenso ist es möglich, die wenigstens eine Glykolverbindung zugleich als Mahlhilfsmittel und als Hilfsmittel zur Verbesserung der Stoffeigenschaften des Feststoffs einzusetzen. Dies insbesondere mit zementösen Bindemitteln.
Wie sich gezeigt hat, ist die Verwendung der wenigstens einen Glykolverbin- dung insbesondere vorteilhaft, wenn der Feststoff ein hydraulisches Bindemittel, bevorzugt Zement und/oder Zementklinker, umfasst oder daraus besteht. Als Zement ist ein Zement mit einem Zementklinkeranteil von > 35 Gew.-% besonders bevorzugt. Insbesondere ist der Zement vom Typ CEM I, CEM II und/oder CEM INA (gemäss Norm EN 197-1 ). Ein Anteil des hydraulischen Bin- dem ittels am gesamten Feststoff beträgt mit Vorteil wenigstens 5 Gew.-%, insbesondere wenigstens 20 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 35 Gew.-%, im Speziellen wenigstens 65 Gew.-%. Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht der Feststoff zu > 95 Gew.-% aus hydraulischem Bindemittel, insbesondere Zementklinker. Es sind aber beispielsweise auch Verwendungen möglich, bei welchen der Feststoff andere Bindemittel enthält oder daraus besteht. Dies sind insbesondere latent hydraulische Bindemittel und/oder puzzolanische Bindemittel. Geeignete latenthydraulische und/oder puzzolanische Bindemittel sind z.B. Schlacke und/oder Flugasche. In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält der Feststoff 5 - 95 Gew.-%, insbesondere 5 - 65 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 - 35 Gew.-%, latenthydraulische und/oder puzzolanische Bindemittel. Auch möglich sind > 95 Gew.-% latenthydraulische und/oder puzzolanische Bindemittel im Feststoff.
Ebenso kann die Glykolverbindung auch beim Mahlen von inerten Feststoffen, z.B. mineralischen Stoffen, insbesondere Kalksteinmehl, Quarzmehl und/oder Pigmenten eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist insbesondere auch die Verwendung der Glykolverbindung mit Feststoffen, welche ein Gemisch aus einem hydraulischen Bindemittel, insbesondere Zementklinker, und einem latenthydraulischen und/oder puzzolani- sehen Bindemittel, bevorzugt Schlacke und/oder Flugasche, umfassen. Der Anteil des latenthydraulisches und/oder puzzolanisches Bindemittel beträgt dabei insbesondere 5 - 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 - 65 Gew.-%, ins-
besondere bevorzugt 15- 35 Gew.-%, während wenigstens 35 Gew.-%, im Speziellen wenigstens 65 Gew.-%, des hydraulischen Bindemittels vorliegen. Des Weiteren kann im Gemisch zusätzlich ein inerter Stoff, z.B. Kalkstein, vorliegen. Solche Mischungen lassen sich nach dem Mahlen beispielsweise als Bindemittelkomponenten in Mörtel- und Betonmischungen einsetzen.
Die Glykolverbindung wird vor und/oder während eines Mahlprozesses des Feststoffs zum Feststoff zugegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zugabe vor dem Mahlprozess.
Die Glykolverbindung kann z.B. als Reinsubstanz, insbesondere mit einer Reinheit von > 95 Gew.-%, eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise wird die Glykolverbindung in flüssiger Form verwendet, insbesondere als Lösung oder Dispersion. Bevorzugt sind wässrige Lösungen und/oder Dispersionen mit einem Anteil der Glykolverbindung von 5 - 99 Gew.- %, bevorzugt 20 - 80 Gew.-%, insbesondere 30 - 70 Gew.-%. Damit wird eine optimale Vermischung mit dem Mahlgut erreicht.
Grundsätzlich kann die Glykolverbindung aber auch in fester Form eingesetzt werden, z.B. auf einem festen Trägermaterial aufgebracht oder, soweit möglich, in Form von Pulver, Pellets oder Schuppen.
In Bezug auf die wenigstens eine Glykolverbindung steht der Ausdruck "substi- tuierte oder unsubstituierte Alkylengruppe mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen" oder X in Formel I vorliegend insbesondere für eine Alkylengruppe der Formel -(CH2)n- mit n = 1 - 8, wobei optional ein oder mehrere Wasserstoffatome, unabhängig voneinander, mit einer Alkyl-, Alkoxy- oder Alkanol-Gruppe substituiert sein können. Bevorzugt als Substituenten sind Alkylgruppen. Die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome der substituierten oder unsubstituierten Alkylengruppe liegt dabei im Bereich von 1 - 8, insbesondere 1 - 4, speziell 1 - 2.
X kann auch für eine Oxyalkylengruppe oder eine Alkoxygruppe stehen, insbesondere für -(O-CH2-CH2)n- oder -(O-CH(CH3)-CH2)n- oder -(O-CH2- CH(CH3)n-, im Besonderen mit n = 1 - 4, speziell 1 - 2. Insbesondere ist X eine substituierte oder unsubstituierte Alkoxygruppe mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen.
Falls es sich bei X um eine substituierte Alkylengruppe handelt, ist X bevorzugt eine Alkylengruppe basierend auf der Formel -(CH2)n- mit n = 1 - 2, wobei ein oder zwei der Wasserstoffatome unabhängig voneinander mit einer Alkylgrup- pe substituiert sind. Die Alkylgruppe beinhaltet dabei vorzugsweise 1 - 4 oder 1 - 2 Kohlenstoffatome.
Bei vorteilhaften Glykolverbindungen sind R1 und R2 in Formel I jeweils unabhängig voneinander gleich H, CH3 oder C2H4OH, insbesondere gleich H oder CH3.
Bevorzugt ist R3 in Formel I gleich H, C3H6OH oder C4H9. Besonders bevorzugt ist die wenigstens eine Glykolverbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Butyldiglykol, Neopentylglykol und Hexylenglykol.
Propylenglykol weist insbesondere eine Struktur gemäss Formel II auf:
Formel II entspricht dabei Formel I mit R = H, R2 = CH3, R3 = H, X = CH2. Dipropylenglykol kann insbesondere in Form von Strukturen gemäss den Formeln III, IV und/oder V vorliegen:
Formel III entspricht dabei Formel I mit F^ = H, R2= CH3, R3 = CH(CH3)CH2OH, X = CH2.
Formel IV entspricht dabei Formel I mit R^ = H, R2= CH3, R3=CH2CH(CH3)OH, X = CH2 Formel V entspricht dabei Formel I mit R^ = H, R2 = H, R3 = CH(CH3)CH2OH, X = CH(CH3).
Butyldiglykol, Neopentylglykol und Hexylenglykol verfügen im Besonderen über Strukturen gemäss den Formeln VI (Butyldiglykol), VII (Neopentylglykol) und VIII (Hexylenglykol):
Formel VI entspricht Formel I mit R = C2H4OH, R2= H, R3= C4H9, X = CH2.
Formel VII entspricht dabei Formel I mit Ri = H, R2 = H, R3 = H,
X = C(CH3)2CH2.
Formel VIII entspricht dabei Formel I mit R-ι = H, R2 = CH3, R3 = H,
X = CH2C(CH3)2.
Besonders vorteilhaft ist die wenigstens eine Glykolverbindung ausgewählt aus Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Butyldiglykol, Neopentylgly- kol und Hexylenglykol. Im Besonderen handelt es sich um Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Butyldiglykol. Ganz besonders bevorzugt sind Propylenglykol, Dipropylenglykol und Butyldiglykol.
Im Speziellen ist die wenigstens eine Glykolverbindung ausgewählt aus Dipropylenglykol und Butyldiglykol.
Wie sich überraschenderweise gezeigt hat, wird mit diesen Substanzen eine besonders effektive Schwingungsreduktion der Rollenmühle erreicht. Prinzipiell können aber auch andere Glykolverbindungen verwendet werden.
Mit Vorteil wird die wenigstens eine Glykolverbindung in einer Menge von 0.001 - 1 Gew.-%, insbesondere 0.02-0.5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffs, verwendet. Dabei haben sich Anteile von 0.005 - 0.4 Gew.-%, insbesondere 0.02 - 0.3 Gew.-%, als besonders geeignet erwiesen. Wie sich gezeigt hat, wird bei derartigen Anteilen die Produktionsleistung und/oder Mahleffizienz signifikant verbessert bzw. die Stoffeigenschaften des gemahlenen Feststoffs können markant gesteigert werden. Andere Anteile sind aber grundsätzlich auch möglich.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die wenigstens eine Glykolverbindung in Kombination mit wenigstens einem weiteren Additiv eingesetzt. Das wenigstens eine weitere Additiv ist von der wenigstens einen Glykolverbindung chemisch unterscheidbar.
Grundsätzlich können hierbei eine Vielzahl von dem Fachmann bekannten Substanzen eingesetzt werden, welche insbesondere als Mahlhilfsmittel und/oder Zusatzmittel für Bindemittelzusammensetzungen wirken, wie beispielsweise Betonzusatzmittel und/oder Mörtelzusatzmittel. Das weitere Additiv ist insbesondere ausgewählt aus der Gruppe umfassend Mahlhilfsmittel, Entschäumer, Farbstoffe, Konservierungsmittel, Fliessmittel, Verflüssiger, Beschleuniger, Verzögerer, Luftporenbildner, Schwindreduzierer und/oder Korro- sionsinhibitoren.
Insbesondere handelt es sich beim wenigstens einen Additiv um Mahlhilfsmittel, Entschäumer, Farbstoffe, Konservierungsmittel, Fliessmittel, Verflüssiger, Beschleuniger, Verzögerer, Luftporenbildner, Schwindreduzierer und/oder Korrosionsinhibitoren für mineralische Bindemittel, Mörtelzusammensetzungen und/oder Betonzusammensetzungen.
Mit Vorteil wird das weitere Additiv in einer Menge von 0.001 - 10 Gew.-%, insbesondere 0.005 - 5 Gew.-%, bevorzugt 0.01 - 2 Gew.-% oder 0.05 - 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffs, verwendet.
Das weitere Additiv wird mit Vorteil in flüssigem Aggregatszustand eingesetzt. Damit kann eine bessere Verteilung und Benetzung der Feststoffe erreicht werden. Beispielsweise kann das weitere Additiv als Lösung oder Dispersion vorliegen. Insbesondere als wässrige Lösung oder Dispersion.
Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass weitere Additiv als Schmelze o- der in festem Aggregatszustand, z.B. in Form von Pulver, Pellets oder Schup- pen einzusetzen.
Das weitere Additiv wird insbesondere vor und/oder während des Mahlprozesses der Feststoffe zu diesen zugegeben. Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform wird es vor der Verwendung mit der wenigstens einen Glykolverbin- dung vermischt. Dies erleichtert die Zugabe und Dosierung. Es ist aber auch eine getrennte Zugabe von weiterem Additiv und der wenigstens einen Glykolverbindung möglich.
Mit Vorteil beinhaltet das wenigstens eine weitere Additiv ein Fliessmittel. Dieses beinhaltet im Speziellen ein Polycarboxylat, insbesondere einen Poly- caboxylatether. Insbesondere ist das Fliessmittel ein Kammpolymer umfassend ein Polycarboxylatrückgrat mit daran gebundenen Polyetherseitenketten. Die Seitenketten sind dabei insbesondere über Ester-, Ether- und/oder Amidgrup- pen an das Polycarboxylatrückgrat gebunden.
Entsprechende Polycarboxylatether und Herstellungsverfahren sind beispielsweise offenbart in EP 1 138 697 B1 auf Seite 7 Zeile 20 bis Seite 8 Zeile 50, sowie in dessen Beispielen oder in EP 1 061 089 B1 auf Seite 4, Zeile 54 bis Seite 5 Zeile 38 sowie in deren Beispielen. In einer Abart davon, wie sie in EP
1 348 729 A1 auf Seite 3 bis Seite 5 sowie in deren Beispielen beschrieben sind, kann das Kammpolymer in festem Aggregatzustand hergestellt werden. Die Offenbarung dieser genannten Patentschriften wird hiermit insbesondere durch Bezugnahme eingeschlossen. Derartige Kammpolymere werden auch von Sika Schweiz AG unter der Handelsnamenreihe ViscoCrete® kommerziell vertrieben.
Falls vorhanden weist das Fliessmittel bezogen auf den Feststoff, welcher insbesondere ein mineralisches Bindemittel ist, mit Vorteil einen Anteil von 0.01 - 6 Gew.-%, insbesondere 0.1 - 4 Gew.-%, weiter bevorzugt 0.5 - 3 Gew.- %, auf. Aufgrund der Kombination mit dem Fliessmittel kann die Verarbeitbar- keit einer Bindemittelzusammensetzung verbessert werden und zugleich werden höhere Druckfestigkeiten erreicht.
Besonders vorteilhaft umfasst das weitere Additiv einen oder mehrere der folgenden Vertreter: a) ein oder mehrere Aminoalkohole und/oder deren Salze, b) ein oder mehrere Glykole und/oder Glykolderivate, welche sich insbesondere von der wenigstens einen Glykolverbindung nach Formel I unterscheiden, c) ein oder mehrere Polycarboxylate und/oder Polycarboxylatether. Vorteilhafte weitere Aminoalkohole sind insbesondere Trialkanolamine und/oder Dialkanolamine. Bevorzugt sind Triisopropanolamin, Triethanolamin und/oder Diethanolamin.
Ebenfalls vorteilhaft als weitere Aminoalkohole sind Diisopropanolamin (DiPA) und/oder N-Methyldiethanolamin (MDEA).Wie sich gezeigt hat, sind die erfin- dungsgemässen Glykolverbindungen mit diesen Vertretern von weiteren Additiven im Allgemeinen gut kompatibel. Damit lässt sich beispielsweise eine flexible Anpassung an spezielle Verwendungen und/oder eine kostenmassige Optimierung bei der Herstellung der Additive realisieren.
Als Polycarboxylatether sind dabei beispielsweise die in WO2005/123621 A1 beschriebenen Polymere geeignet, welche ebenfalls als Mahlhilfsmittel wirken.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mahlen eines Feststoffs, insbesondere eines anorganischen und/oder mineralischen Feststoffs, wobei der zu mahlende Feststoff vor und/oder während des Mahlens mit wenigstens einer Glykolverbindung versetzt und in einer Rollen- mühle vermählen wird.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist eine Zusammensetzung, welche erhältlich ist durch das vorstehend beschriebene Verfahren. Insbesondere um- fasst die Zusammensetzung einen Feststoff, bevorzugt einen anorganischen und/oder mineralischen Feststoff, welcher zusammen mit der wenigstens einen Glykolverbindung in einer Rollenmühle vermählen wurde.
Die wenigstens eine Glykolverbindung, der Feststoff und die Rollenmühle sind dabei wie vorstehend beschrieben definiert. Insbesondere ist die wenigstens eine Glykolverbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylengly- kol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Butyldiglykol, Neopen- tylglykol und Hexylenglykol.
Bevorzugt sind Propylenglykol, Dipropylenglykol, Butyldiglykol, Neopentylglykol und Hexylenglykol. Noch weiter bevorzugt sind Propylenglykol, Dipropylenglykol und Butyldiglykol, im Besonderen Dipropylenglykol und Butyldiglykol.
Zusätzlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Mahlhilfsmittelzusammenset- zung enthaltend: a) wenigstens eine Glykolverbindung, wobei die wenigstens eine Glykolverbindung wie vorstehend definiert ist, sowie b) wenigstens ein weiteres Additiv, welches ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Mahlhilfsmittel, Entschäumer, Farbstoffe, Konservierungsmittel, Fliessmittel, Verflüssiger, Beschleuniger, Verzögerer, Luftporenbildner, Schwindreduzierer und/oder einen Korrosionsinhibitoren, wobei das wenigstens eine weitere Additiv von der wenigstens einen Glykol- Verbindung chemisch unterscheidbar ist.
Die wenigstens eine Glykolverbindung und das wenigstens eine weitere Additiv sind dabei wie vorstehend beschrieben definiert. Insbesondere beinhaltet das wenigstens eine weitere Additiv einen wie oben beschriebenen Aminoalkohol und/oder Polycarboxylatether. Eine besonders bevorzugte Mahlhilfsmittelzusammensetzung beinhaltet oder besteht aus: a) 5 - 99 Gew.-%, bevorzugt 5 - 80, weiter bevorzugt 5 - 50 Gew.-% Gew.-%, der wenigstens einen Glykolverbindung; b) 1 - 80 Gew.-%, bevorzugt 5 - 60 Gew.-%, weiter bevorzugt 5 - 30 Gew.-%, des wenigstens einen Additivs; c) 0 - 90 Gew.-%, insbesondere 1 - 20 Gew.-%, wenigstens einer weiteren Komponente; d) 0 - 90 Gew.-%, insbesondere 10 - 60 Gew.-%, Wasser.
Derartige Mahlhilfsmittelzusammensetzungen haben sich für Verwendungen bei Rollenmühlen als besonders geeignet erwiesen.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist eine Zusammensetzung enthaltend einen Feststoff, insbesondere einen anorganischen und/oder mineralischen Feststoff, sowie wenigstens eine Glykolverbindung. Die Glykolverbindung und der Feststoff sind dabei wie vorstehend beschrieben definiert. Im Besonderen enthält der Feststoff ein mineralisches Bindemittel oder er besteht daraus. Besonders bevorzugt enthält der Feststoff ein mineralisches Bindemittel und die wenigstens eine Glykolverbindung ist ausgewählt aus Diethylenglykol, Propy- lenglykol, Dipropylenglykol, Butyldiglykol, Neopentylglykol und Hexylenglykol. Im Besonderen handelt es sich um Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropy- lenglykol, Butyldiglykol. Ganz besonders bevorzugt sind Propylenglykol, Dipropylenglykol und Butyldiglykol.
Die Zusammensetzung ist z.B. erhältlich durch Vermischen der wenigstens einen Glykolverbindung mit dem Feststoff durch ein wie vorstehend beschriebenes Verfahren oder durch eine wie vorstehend beschriebene Verwendung.
Aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen erschliessen sich dem Fachmann weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Ausführungsbeispiele
1 . Verwendete Additive
Folgende Additve A1 - A7 wurden für die Ausführungsbeispiele verwendet (Tabelle 1 ):
Tabelle 1
Sämtliche der in Tabelle 1 aufgeführten Substanzen A1 - A7 sind kommerziell bei verschiedenen Anbietern erhältlich und wurden in Reinform (Reinheit > 97%) eingesetzt.
2. Mahlversuche auf Laborkugelmühle (Vergleich) Zur Vergleichszwecken wurde die Wirksamkeit der verschiedenen Additive A1 - A7 als Mahlhilfsmittel auf einer Laborkugelmühle untersucht.
In den Mahlversuchen L1 - L7 wurden jeweils 300 g eines Zementklinkers unter identischen Bedingungen mit den in Tabelle 2 angegebenen Additiven auf einer Laborkugelmühle gemahlen. Versuch L0 ist eine Referenzprobe ohne Additiv. Die Dosierungen der Additive A1 - A7 betrugen durchwegs 0.02 Gew.- % (Menge an reinem Additiv bezogen auf Zementklinker). Die Mahldauer wurde bei allen Mahlversuchen konstant gehalten.
Nach erfolgtem Mahlvorgang wurde die Feinheit nach Blaine sowie der Siebrückstand der Partikel über 32 μηη (in Gew.-% bezogen auf sämtliche Partikel) analog Norm EN 196-6 (Mai 2010) mit einem 32 μηη Sieb bestimmt.
Tabelle 2 gibt einen Überblick über die durchgeführten Mahlversuche und die entsprechenden Resultate.
Tabelle 2
Aus Tabelle 2 ist insbesondere ersichtlich, dass bei der Verwendung von Additiv A7 (Versuch L7) die höchste Feinheit als auch der geringste Siebrückstand erreicht wird. Bezüglich Feinheit ergibt sich damit ergibt sich folgende Rangliste (höhere Werte sind besser): A7 > A3 > A2 > A5 > A4 > A1. Bezüglich Feinheit ergibt sich damit ergibt sich im Wesentlichen die gleiche Rangliste (geringere Werte sind besser): A7 = A3 < A2 < A5 = A4 < A1 .
3. Mahlversuche auf Rollenmühle Die verschiedenen Additive A1 - A7 wurden sodann als Mahlhilfsmittel auf einer Rollenmühle mit nachgeschaltetem Sichter eingesetzt. Die Rollenmühle wurde derart betrieben, dass der Zementklinker auf eine konstante spezifische Oberfläche nach Blaine von 4'200 cm2/g gemahlen wird. Zur Bestimmung der Mahleffizienz bzw. der Wirkung der Mahlhilfsmittel wurde die Produktionsmen- ge an gemahlenem Zement pro Zeiteinheit (in Tonnen pro Stunde) gemessen. Zudem wurden die Vibrationen während des Mahlvorgangs ermittelt.
Die Mühle wurde mit folgenden Parametern betrieben:
• Drehgeschwindigkeit der Mahlplatte: 98 Umdrehungen/min
• Mahldruck: 150 bar
• Sichtergeschwindigkeit: 650 Umdrehungen/min
• Frischluftzufuhr: 480 m3/h
• Temperatur (nach Sichter): 90°C
Tabelle 3 gibt einen Überblick über die durchgeführten Mahlversuche entsprechenden Resultate (RO ist eine Referenzprobe ohne Additiv).
Tabelle 3
Tabelle 3 zeigt deutlich, dass die Additive A1 - A7 als Mahlhilfsmittel für Rollenmühlen geeignet sind und eine Erhöhung der Produktionsleistung bzw. Mahleffizienz bewirken. Besonders gut schneiden dabei die Additive A3 (Pro- pylenglykol), A4 (Dipropylenglykol) und A7 (Hexylenglykol) ab.
Bezüglich Produktionsleistung ergibt sich damit ergibt sich folgende Rangliste (höhere Werte sind besser): A4 > A7 > A3 > A5 = A2 > A1 > A6.
Besonders überraschend sind die beobachteten Vibrationswerte: die Additive A3 (Propylenglykol), A4 (Dipropylenglykol) und A5 (Butyldiglykol) ergeben besonders hohe Reduktionen der unerwünschten Vibrationen.
Bezüglich Vibration ergibt sich somit folgende Rangliste (geringere Werte sind besser): A4 < A5 = A3 < A2 < A6 < A7 < A1. Diese Reihenfolge unterscheidet sich klar von der oben aufgeführten Reihenfolge zur Produktionsleistung. Ein Vergleich mit den Resultaten aus Tabelle 2 zeigt, dass dieselben Mahlhilfsmittel auf Mahlkörpermühlen (z.B. Kugelmühlen) ganz anders wirken als auf Rollenmühlen.
Es wurde somit insbesondere gezeigt, dass durch die Verwendung einer Gly- kolverbindung als Mahlhilfsmittel beim Mahlen von Feststoffen, insbesondere von zementosen Bindemitteln, in einer Rollenmühle die Produktionsleistung
massiv gesteigert und die Vibration der Mühle signifikant reduziert werden kann.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind jedoch lediglich als illustrative Beispiele zu verstehen, welche im Rahmen der Erfindung beliebig abgewandelt werden können.