EP3215272A1 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON IN FRAKTIONEN UNTERSCHIEDLICHER KORNGRÖßEN SEPARIERTEN GESTEINSKÖRNUNGEN - Google Patents

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON IN FRAKTIONEN UNTERSCHIEDLICHER KORNGRÖßEN SEPARIERTEN GESTEINSKÖRNUNGEN

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EP3215272A1
EP3215272A1 EP15797608.5A EP15797608A EP3215272A1 EP 3215272 A1 EP3215272 A1 EP 3215272A1 EP 15797608 A EP15797608 A EP 15797608A EP 3215272 A1 EP3215272 A1 EP 3215272A1
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EP
European Patent Office
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rocks
aggregates
fractions
comminution
grain
Prior art date
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EP15797608.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3215272B1 (de
Inventor
Viktor Marchuk
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Publication date
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Publication of EP3215272B1 publication Critical patent/EP3215272B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/02—Crushing or disintegrating by roller mills with two or more rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C21/00—Disintegrating plant with or without drying of the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C23/00—Auxiliary methods or auxiliary devices or accessories specially adapted for crushing or disintegrating not provided for in preceding groups or not specially adapted to apparatus covered by a single preceding group
    • B02C23/08—Separating or sorting of material, associated with crushing or disintegrating

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of aggregates separated in fractions of different particle sizes with isometric particle shapes.
  • the invention further relates to a system suitable for carrying out such a process.
  • aggregate refers to a granular material that can be used in the manufacture of concrete, asphalt or other base courses, aggregates of which may be natural or fractured, which fractures large rocks industrially, thereby producing aggregates of desired particle sizes ,
  • crushed aggregates depending on the size of the grain, a distinction is made between powdered rock with a particle size of up to 0,063 mm, and fine aggregates, also known as 'crushing', with a particle size of> 0,063 mm to 2 mm (application asphalt) mm (concrete application) or 6.3 mm (other pavement applications) and in coarse aggregates
  • the coarse aggregates comprise, on the one hand, a split with a grain size above the corresponding upper limit for crushed sands and up to 32 mm, gravel with a grain size> 32 mm 64 mm and grafting with a particle size> 64 mm.
  • Isometric aggregates can, inter alia, have an advantageous effect on the processing properties and on the achievement of high ultimate strengths in building materials. Compared to naturally shaped aggregates cracked aggregates to a relevant extent have breaklines and surfaces.
  • Crushing mechanisms are based on different stresses of the material during comminution.
  • the material In baking and cone crushers, the material is stressed mainly by pressure and in impact crushers by impact and impact in single grain shredding. These types of stress lead to different grain shapes and different grain size distributions.
  • Abrasive rocks eg quartzite, gabbro, granite, porphyry and similar hard rocks
  • jaw crushers and cone crushers produce crushed products with a high proportion of flat, elongated grains (compare Stark, U .; Müller, A .: Effective Methods for Measuring the Grain Size and Grain Form.) (Finishing technique 45 (2004) No. 6).
  • Stark, U .; Müller, A .: Effective Methods for Measuring the Grain Size and Grain Form.) (Finishing technique 45 (2004) No. 6).
  • these anisotropic grains must therefore be sieved.
  • a significant proportion of the total processed rocks falls as an inferior product in the form of flat, elongated grains in the fine and coarse range, which is not or only at low prices to market.
  • a vertical impact crusher In order to reduce the accumulation of inferior product, a vertical impact crusher is often used in addition as a so-called "cubicizer” for the plate-like, elongated grains to obtain finished products with higher proportions of isometric grains.As is known, the impact crushing produces predominantly such isometric grains However, in order to produce different fractions due to the relatively steep particle size distribution, several crushing stages (crushers) are necessary, which further increases energy consumption.
  • the NorTone Tau (Norway) Tau plant which is designed to produce high quality quartz diorite aggregates for road construction, consists of, for example, three cone crusher stages and an additional vertical impact crusher stage in a cubic capacity function.
  • the third cone crusher stage contains a total of five cone crushers for different grain sizes of the aggregates to be produced.
  • a total of eight crushers are now in use in this plant (see “Manufactured sand in concrete - effect of particle shape on workability", COIN project report No. 34 (2011), SINTEF Building and Infrastructure, Norway ).
  • horizontal impact crushers For crushing medium-hard rocks, such as limestone, dolomite, basalt, etc., horizontal impact crushers can be used. They provide high-cuboid shredded products and therefore isometric grain shapes. Disadvantages of these horizontal impact crushers are high costs for wearing materials and limited availability because of relatively frequently required maintenance. For the production of crushed sand with isometric grain shapes, an additional vertical impact crusher is usually used as a third or fourth crushing stage as a cubicizer, which is followed by two to three crushers, which are required for the production of correspondingly small particle sizes. Disadvantages of such plants are a relatively high energy consumption (additional machines with peripherals) and a high proportion of rock flour after cubing, for which there is usually no further use as a product and thus represents waste.
  • a process for the production of crushed sand from moist rock material, for example from gravel washing, is known from EP 1 681 392 A1.
  • the wet rock is first dried, then crushed in a jaw crusher and finally classified to separate the crushed fractions of ultrafine grain.
  • By taking place before the crushing drying is to prevent the initially adhering externally to the rock coarse moisture is distributed during the breaking process on the freshly formed particle surfaces and there binds the resulting during comminution Feinstkorn.
  • the so-called Gutbettzerkleintation is known in which the feed material is fed to the crushing device that this in the crushing gap, for example, the nip of a so-called high-bed or high-pressure roll mill, in Form of a bulk material is present, which means that the particles of the feedstock are pressed under high pressure against each other and thereby crushed.
  • the comminution product emerging from the high-pressure bed mill is to a large extent in the form of agglomerates (so-called "scabs”) which, however, disagglomerate with comparatively little expenditure of energy to let.
  • the comminution of the fine bed is basically characterized by a high energy efficiency.
  • the invention has the object underlying to provide a way to produce high-quality aggregates with isometric as possible grain shapes of particular hard and medium-hard rocks.
  • the greatest possible reduction of dust generated during production (rock flour) the lowest possible energy consumption for carrying out the process and the lowest possible wear of the plant used for this purpose should be achieved.
  • the invention is based on the finding that in the application of the well-known comminution a comminuted product with a broad particle size distribution and on the other with a very high proportion (often around 98%) of isometric particle shapes both in the coarse and fine range can. Since the Gutbettzerkleintation over individual crushing based on crushing process is also characterized by a high energy efficiency, the basic idea of the invention is to use the Gutbettzerkleintation advantageously for the production of aggregates with isometric grain shapes.
  • a process according to the invention which serves to produce rock aggregates of rocks which are used as a finished product and separated into fractions of different particle sizes, is characterized in that the rocks are initially broken (in particular by means of a single comminution), subsequently at least partially further broken down by means of a comminution and subsequently classified in order to separate the different fractions of the aggregates from one another.
  • the concretion of the aggregates means "finished products” that they are not further processed (in particular further comminuted), at least in the context of the method according to the invention or a method in which the method according to the invention represents a section of the method Finished product aggregates basically no further processing is provided and these can therefore be used directly as, for example, aggregates for asphalt, concrete or similar materials.
  • grain shapes corresponding to defined geometric specifications are regarded as "isometric.”
  • grain shapes whose ratio of grain length (L) to grain thickness (E) according to DIN EN 933-4 is less than 3 are considered (L / E ratio ⁇ 3), where the "grain length” is the largest dimension of the respective grain, defined by the greatest distance of two mutually parallel planes tangent to the grain surface, and the "grain thickness” is the smallest dimension of the respective grain Korns, defined by the smallest distance from two each tangent to the grain surface, parallel to each other
  • L / E ratio ⁇ 3 for the definition of isometric grain shapes (only) for coarse aggregates with grain sizes> 2 mm,> 4 mm or> 6.3 mm, while fine rock corrugations Grain sizes less than or equal to the selected limit (exclusive or additional
  • the term "grain size” is understood to mean the greatest distance from two planes lying parallel to each other tangentially to the grain surface.
  • the grain size of the aggregate to be produced is usually adjusted only for a fraction across the gap width between the jaws of the (jaw) crusher or the distance of the crusher cone to the static crusher shell (in a cone crusher).
  • a comminution apparatus by means of a change in the grinding pressure, the roller speed and the grinding gap allows a flexible adaptation of the crushing parameters for a plurality of fractions of the comminuted product to the specific material properties of the feedstock and the desired product properties of the comminution product and to the material throughput.
  • the pressure in the Mahlspalter can be increased.
  • a change in the operating conditions can thus be used to adapt and in particular dynamic change in the particle size distribution of the products.
  • Another advantage of the use according to the invention of a comminution for further breaking of the rocks is the relatively low wear on the rollers or rollers of the used Gutbettzerklein mecanicsvorplatz compared to wear in a single grain size reduction in, for example, a jaw or cone crusher. As a result, correspondingly long service life for the Gutbettzerklein réellesvortechnisch and lower expenses for spare parts are guaranteed.
  • the rocks are broken up by means of the comminution of the comminuted material and, consequently, no crushing operation follows the comminution of the comminuted material.
  • This is made possible by the broad particle size distribution and by the high proportion (often around 98%) of isometric grain shapes in the comminution product of the comminuted bed.
  • a further processing subsequent to the comminution, and in particular further processing, is therefore generally not required for the use of the aggregates as finished products.
  • a pressure of at most 75 bar, preferably between 5 bar and 50 bar and particularly preferably between 10 bar and 30 bar in the good bed is generated.
  • This pressure range is sufficient to reliably achieve the desired breaking of the rocks, but at the same time not too high, thereby further avoiding further damage to the aggregates, in particular cracks in the grains. It should be emphasized that this pressure range is well below the pressure generated in the known applications of the comminution for grinding, for example, cement or cement raw meal (above 500 bar and usually between 1000 bar and 3000 bar).
  • the rocks up to a rock size (largest distance of two each tangential to the rock surface, mutually parallel planes) of a maximum of 400 mm, preferably between 50 mm and 350 mm and more preferably between 100 mm and 200 mm are pre-broken.
  • This can represent an advantageous size range for the rocks serving as feed material for the comminution grinding.
  • this can be achieved in a single crushing passage in the context of Gutbettzerkleintation further breaking of the rocks up to the intended for the finished product aggregates maximum grain sizes.
  • the intended maximum grain size may be, for example, about 32 mm.
  • a first of the at least two fractions of the aggregates may preferably comprise grains having a maximum grain size of 4 mm, while a second of the fractions may comprise grains having a grain size of> 4 mm to preferably about 32 mm.
  • the further breaking of the rocks as part of the comminution can lead to the formation of the aggregates comprising agglomerates.
  • the aggregates are deagglomerated after further breaking by means of comminution and before classifying.
  • the system according to the invention can for this purpose comprise a deagglomerating device, for example in the form of a basically known drum deagglomerator.
  • the classifying device and the deagglomerating device may also be integrally formed.
  • moving screen devices are suitable both for deagglomerating and for classifying.
  • the rocks in particular during further breakage by means of the comminution, dried.
  • the plant according to the invention may comprise a drying device for this purpose.
  • rock flour can be dissolved and removed from the rocks or grains of the aggregates.
  • the system according to the invention may comprise a corresponding washing device for washing.
  • the washing device as a basically known washing drum, the preferably provided process steps of deagglomerating and washing can advantageously be carried out simultaneously and / or in a single device.
  • these constituents may be rocks whose rock sizes are still above a defined maximum value for the feedstock for comminution.
  • these constituents may be grains whose grain size is already smaller than the maximum grain size intended for the finished products and which may also already have an isometric grain shape.
  • the pre-crushed rocks are already pre-classified before continuing in the high-grade bed in order to filter out corresponding rocks or grains from the feed material for the comminution grinding. Filtered out rocks can be re-broken in the crushing device.
  • Filtered grains can be used directly as a finished product, which can reduce the amount of feed as much as possible, which can have a positive effect on the energy consumption in the context of comminution.
  • the system according to the invention can for this purpose comprise a corresponding pre-classifying device.
  • the system according to the invention can advantageously be a good bed roller mill (also called high-pressure roller press) or vertical roller mill can be used.
  • the classifying device of The system according to the invention may preferably comprise a screening device and / or a classifier, in particular a vortex and / or cross-flow classifier.
  • the breaking device may furthermore preferably be designed as an impact crusher, jaw crusher, hammer crusher or cone crusher. With several crushing devices, combinations thereof can also be used.
  • the inventive method is advantageously for the production of aggregates in fractions with different particle sizes of natural mineral rocks, such as limestone, dolomite, basalt, quartzite, gabbro, granite, porphyry, and / or gravel, from slags from iron or steel production and / or made of old concrete.
  • natural mineral rocks such as limestone, dolomite, basalt, quartzite, gabbro, granite, porphyry, and / or gravel
  • Fig. 1 Plotmaschineskennlay in a graph of aggregates of grain sizes between 4 mm and 16 mm fraction comprising fractionated by separate Gutbettzerkleintation of quartzite, limestone and basalt at different process parameters;
  • FIG. 2 grain shape indices for the quartzite aggregates according to FIG. 1 in comparison to the quartzite feedstock
  • FIG. 3 shows the particle shape characteristics for the limestone aggregates according to FIG. 1 in comparison to the limestone feedstock
  • Fig. 4 Kornformkennplace for basalt aggregates of Figure 1 in comparison to the basalt feed
  • Fig. 5 shows the L / E ratios for four fractions of fine aggregates made by limestone crushed bedding in comparison to the corresponding L / E ratios of natural sand;
  • FIG. 6 shows the sphericity characteristics for the four fractions according to FIG. 5 in comparison to the corresponding sphericity characteristics of natural sand;
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a plant according to the invention for the production of aggregates in fractions of different grain sizes.
  • Figs. 1 to 6 are graphs showing results of experiments in which prehistoric rocks of quartzite, limestone and basalt were separately crushed into aggregates in a high-grade bed mill under various operating conditions.
  • FIG. 1 shows the platelet characteristics of the respective particle sizes between 4 mm and 16 mm comprising fractions of the aggregates of quartzite, limestone and basalt.
  • the non-patterned bars in the diagrams indicate an operation of the good bed roller mill with a peripheral speed of the rotating driven roller of about 0.2 m / s and a pressure in the bed of about 10 bar, the left-hatched bar a peripheral speed of approx 0.2 m / s and a pressure of about 30 bar, the right-hatched bars a peripheral speed of about 0.2 m / s and a pressure of about 50 bar and the cross-hatched bars a peripheral speed of about 0.9 m / s and a pressure of about 30 bar.
  • the platelet characteristics were determined according to DIN EN 933-3.
  • the aggregates are classified in the best category FI 10 in accordance with DIN EN 933-3, according to which the content of platy grains in these comminution products is less than 10%. 2 to 4, the particle size indices of different fractions of the aggregates of quartzite (see Fig. 2) broken in the different operating conditions by means of the high-bed roller press, limestone (see Fig. 3) and basalt (see Fig .. 4) in comparison to the grain shape key figures of the associated objects of delivery (pre-crushed rocks by means of a jaw crusher).
  • the non-patterned bars in the diagrams indicate the respective mean values for the grain shape indices from all the fractions associated therewith, the left-hatched bars the grain sizes from 4 mm to 8 mm fractions, the right-hatched bars the particle sizes from 8 mm to 16 mm fractions and the cross-hatched bars, the particle sizes of 16 mm to 32 mm fractions.
  • the particle shape indices were determined in accordance with DIN EN 933-4. It can be seen that the content of nonisometric grains in these aggregates is always (clearly) below 10% and thus far below the corresponding value for the associated feedstock.
  • FIG. 5 shows L / E ratios of four different fractions of fine aggregates crushed by bedding comminution (crushed sand).
  • the values determined for the four fractions are connected by straight lines to form a course to visualize.
  • FIG. 6 shows a corresponding comparison of the sphericity characteristics. It can be seen that good bed comminution can achieve L / E ratios and sphericity characteristics that are comparable to those of naturally rounded natural sand.
  • FIG. 7 shows in a schematic representation a plant according to the invention for the production of aggregates serving as finished products in fractions of different particle sizes as well as the process performed thereby.
  • rocks that can come directly from a quarry, transported by means of, for example, a truck 1 to a crushing device 2.
  • the rocks are pre-crushed to produce a feed material for a crusher 2 downstream Gutbettzerklein mecanicsvoriques 3 (here in the form of a good bed roller mill).
  • a pre-classifying device 4 is arranged, through which (for example by means of a screening process) the comminuted product originating from the crushing device 2 is preclassified to rocks whose rock sizes are above a defined limit value (eg 200 mm), of those whose rock sizes are below this limit (or equal to this limit).
  • the relatively large rocks are then returned to the crushing device 2 to effect further comminution, while the relatively small rocks are fed to the bedding comminution device 3 as feedstock.
  • the Gutbettzerklein mecanicsvorraum 3 the rocks are further broken and thereby generates aggregates with isometric to a large extent grain shapes and different grain sizes.
  • the rocks are classified into a total of four fractions differing by different particle size ranges.
  • the classifying device 5 may be formed as a multiple-screen device with a plurality of screen coverings arranged one above the other with a mesh width decreasing from top to bottom.
  • This second fraction is stored as a first finished product from a coarse rock corona at a first storage bin 6.
  • This third fraction is stored as a second finished product from a coarse aggregate at a second storage location 7.
  • a fourth fraction of the aggregates falls whose grain sizes are below the minimum value for the grain size of the coarse aggregates.
  • This third fraction is stored as a finished product of a fine aggregate (crushed sand) at a third storage place 8.
  • a plurality of series-connected crushing device 2 may be provided. This can be achieved in particular a gradual breaking of the delivered stones from the quarry to reach the intended for the feed material for the bedding comminuting device 3 limit value of the grain size.
  • a crushing device 2 which has passed through the rocks first for example as a jaw crusher and an adjoining crushing device 2 can be designed, for example, as a cone crusher.
  • the system illustrated in FIG. 7 may optionally comprise further components (shown in dashed lines).
  • a disagglomerating device 9 may be arranged, are disagglomerated by the agglomerations that arise in the context of comminution.
  • a washing device 10 may be provided, can be washed out by the rock flour from the crushed product of the bedding comminution device 3.
  • the deagglomerating device 9 and the washing device 10 may also be integrally formed in a device (eg a washing drum).
  • a drying device may be provided, through which the rocks and / or aggregates are dried, for example, during further breaking in the material bed comminution device. This can be done for example by means of hot air.
  • the drying device may be integrated into the material bed comminution device 3 for this purpose.
  • the crushing device (s) 2 can also be preceded by a device 11 for removing adhesions (eg morass) from the delivered rocks.
  • This device 11 may be formed, for example, in the form of a coarse screen.

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung von als Fertigprodukte dienenden, in Fraktionen unterschiedlicher Korngrößen separierten Gesteinskörnungen aus Gesteinen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteine zunächst vorgebrochen, anschließend zumindest zu einem Teil mittels einer Gutbettzerkleinerung weitergebrochen und daran anschließend klassiert werden. Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Anlage umfasst eine Brechvorrichtung (2), eine der Brechvorrichtung (2) nachgeschaltete Gutbettzerkleinerungsvorrichtung (3), eine der Gutbettzerkleinerungsvorrichtung (3) nachgeschaltete Klassiervorrichtung (5) und der Klassiervorrichtung (5) nachgeschaltete Lagerplätze (6, 7, 8) für die separate Lagerung der Fraktionen der Gesteinskörnungen.

Description

Verfahren zur Herstellung von in Fraktionen unterschiedlicher Korngrößen separierten Gesteinskörnungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in Fraktionen unterschiedlicher Korngrößen separierten Gesteinskörnungen mit isometrischen Kornformen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Anlage.
Unter dem Begriff„Gesteinskörnung" versteht man ein körniges Material, welches für die Herstellung von Beton, Asphalt oder sonstigen Tragschichten Verwendung finden kann. Gesteinskörnungen können auf natürlicher oder gebrochener Formgebung beruhen. Bei letzterer werden große Gesteine industriell gebrochen und dadurch Gesteinskörnungen mit gewünschten Korngrößen hergestellt.
Bei gebrochenen Gesteinskörnungen wird in Abhängigkeit von der Korngröße unterschieden in Gesteinsmehl mit einer Korngröße bis 0,063 mm, in feine Gesteinskörnungen, auch als„(Brech-)Sand" bezeichnet, mit einer Korngröße von > 0,063 mm bis 2 mm (Anwendung Asphalt), 4 mm (Anwendung Beton) oder 6,3 mm (andere Belagsanwendungen) und in grobe Gesteinskörnungen. Die groben Gesteinskörnungen umfassen zum einen Split mit einer Korngröße oberhalb der entsprechenden Obergrenze für Brechsande und bis zu 32 mm, Schotter mit einer Korngröße von > 32 mm bis 64 mm und Schroppen mit einer Korngröße > 64 mm. Innerhalb dieser Grundfraktionen können weitere Unterfraktionen vorgesehen sein.
Es ist bekannt, dass für bestimmte Anwendungen, beispielsweise als Tragschichtmaterial im Straßenbau oder als Zuschlag für Beton, sogenannte isometrische, d.h. geometrisch möglichst gleichförmige, Kornformen der Gesteinskörnungen vorteilhafter als sogenannte anisotrope, d.h. nicht-isometrische Kornformen sind. Isometrische Gesteinskörnungen können sich u.a. vorteilhaft auf die Verarbeitungseigenschaften und auf die Erzielung hoher Endfestigkeiten in Baustoffen auswirken. Im Vergleich zu natürlich geformten Gesteinskörnungen weisen gebrochene Gesteinskörnungen in relevantem Ausmaß Bruchkanten und -flächen auf.
Für grobe Gesteinskörnungen wird eine Beurteilung der Kornform meistens auf das Verhältnis von Kornlänge (L) zu Korndicke (E), das sogenannte L/E- Verhältnis, der einzelnen Körner zurückgeführt. Ein L/E -Verhältnis von < 3 hat sich als sinnvoller Grenzwert für das Bauwesen erwiesen. Der Gehalt an Gesteinskörnungen mit einem L/E- Verhältnis > 3 wird durch Normen, insbesondere die DIN EN 933-4, beschränkt. Für feine Gesteinskörnungen werden für die einzelnen Körner, gegebenenfalls neben dem L/B-Verhältnis, (auch) andere Parameter, beispielsweise die Sphärizität beziehungsweise Rauigkeit, bestimmt. Hierbei können unterschiedliche Methoden (z.B. Mikroskopie, dynamische Bildanalyse) zur Anwendung kommen. Allgemein gilt: je näher die Kornformen der sphärischen Form sind, desto hochwertiger ist die Gesteinskörnung für die Bauindustrie.
Bei der Herstellung von gebrochenen Gesteinskörnungen besteht eine grundlegende Aufgabe darin, ein vorgegebenes Gestein bei möglichst geringem Energieverbrauch, mit möglichst geringem Verschleiß und mit möglichst wenig Abfallprodukt zu einem Produkt mit einem möglichst hohen Anteil isometrischer Körner zu zerkleinern. Zur Lösung dieser Aufgabe werden bislang mehrere Brecher mit unterschiedlichen Zerkleinerungsmechanismen kombiniert. Die unterschiedlichen
Zerkleinerungsmechanismen basieren auf unterschiedlichen Beanspruchungen des Materials beim Zerkleinern. In Backen- und Kegelbrechern wird das Material vorwiegend durch Druck und in Prallbrechern durch Schlag und Prall in Einzelkornzerkleinerung beansprucht. Diese Beanspruchungsarten führen zu unterschiedlichen Kornformen und unterschiedlichen Korngrößenverteilungen.
Abrasive Gesteine (z.B. Quarzit, Gabbro, Granit, Porphyr und ähnliche Hartgesteine) werden zumeist mit Backen- und Kegelbrechern zerkleinert. Backen- und Kegelbrecher liefern jedoch Zerkleinerungsprodukte mit einem hohem Anteil an platten, länglichen Körner (vgl. Stark, U.; Müller, A.: Effektive Methoden zur Messung der Korngröße und Kornform. Aufbereitungstechnik 45 (2004) Nr. 6). Um hochwertige grobe Gesteinskörnungen zu erhalten, müssen diese anisotropen Körner daher abgesiebt werden. Ein erheblicher Anteil der insgesamt verarbeiteten Gesteine fällt dabei als minderwertiges Produkt in Form von platten, länglichen Körner im Fein- und Grobbereich an, das nicht oder nur zu geringen Preisen zu vermarkten ist.
Um den Anfall an minderwertigem Produkt zu reduzieren wird häufig zusätzlich ein Vertikalprallbrecher als sogenannter„Kubizierer" für die platten, länglichen Körner eingesetzt, um Fertigprodukte mit höheren Anteilen isometrischer Körner zu erhalten. Bekanntlich werden durch die Prallzerkleinerung überwiegend derartige isometrische Körner erzeugt. Durch die zusätzliche Vorrichtung wird jedoch der spezifische Energieverbrauch bei der Herstellung der Gesteinskörnungen erhöht. Außerdem sind für die Herstellung unterschiedlicher Fraktionen aufgrund der relativ steilen Korngrößenverteilung mehrere Brechstufen (Brecher) notwendig, was den Energieverbrauch weiter erhöht. Die parallele Nutzung vieler Zerkleinerungsvorrichtungen erhöht zudem den Investitionsbedarf.
Die Anlage Tau von NorStone (Norwegen), die für Herstellung hochwertiger Quarzdiorit-Gesteinskörnungen für den Straßenbau vorgesehen ist, besteht beispielsweise aus drei Kegelbrecher-Stufen und einer zusätzlichen Vertikalprallbrecher- Stufe in einer Funktion als Kubizierer. Darüber hinaus enthält die dritte Kegelbrecher-Stufe insgesamt fünf Kegelbrecher für unterschiedliche Korngrößen der herzustellenden Gesteinskörnungen. Insgesamt sind demnach acht Brecher (sieben Kegelbrecher und ein Vertikalprallbrecher) in dieser Anlage im Einsatz (vgl. „Manufactured sand in concrete - effect of particle shape on workability"; COIN project report No. 34 (2011), SINTEF Building and Infrastructure, Norwegen).
Für eine Zerkleinerung von mittelharten Gesteinen, beispielsweise Kalkstein, Dolomit, Basalt, etc., können Horizontalprallbrecher eingesetzt werden. Sie liefern Zerkleinerungsprodukte mit hoher Kubizität und damit isometrischen Kornformen. Nachteile dieser Horizontalprallbrecher sind hohe Kosten für Verschleißmaterialien und eine beschränkte Verfügbarkeit wegen relativ häufig erforderlichen Wartungen. Für die Herstellung von Brechsand mit isometrischen Kornformen wird zumeist ein zusätzlicher Vertikalprallbrecher als Kubizierer als dritte oder vierte Brechstufe eingesetzt, die zwei bis drei Brechern, die für die Erzeugung entsprechend kleiner Korngrößen erforderlich sind, nachgeschaltet sind. Nachteile von solchen Anlagen sind ein relativ hoher Energieverbrauch (zusätzliche Maschinen mit Peripherie) und ein hoher Anteil an Gesteinsmehl nach dem Kubizieren, für den in der Regel keine weitere Verwendung als Produkt vorgesehen ist und der folglich Abfall darstellt.
Ein Verfahren zur Herstellung von Brechsand aus feuchtem Gesteinsmaterial, beispielsweise aus der Kieswäsche, ist aus der EP 1 681 392 AI bekannt. Dort wird das feuchte Gestein zunächst getrocknet, anschließend in einem Backenbrecher zerkleinert und schließlich klassiert, um die Brechsandfraktionen von Feinstkorn zu separieren. Durch das vor der Zerkleinerung erfolgende Trocknen soll verhindert werden, dass die zunächst äußerlich am Gestein anhaftende grobe Feuchte während des Brechvorgangs auf die frisch gebildeten Partikeloberflächen verteilt wird und dort das während der Zerkleinerung entstehende Feinstkorn bindet.
Die Herstellung von Gesteinskörnungen im Rahmen der beschriebenen Verfahren erfolgt nach dem Prinzip der sogenannten Einzelkornzerkleinerung, bei der das Aufgabegut in der entsprechenden Brechvorrichtung im Wesentlichen vereinzelt beaufschlagt und dadurch gebrochen wird.
Von anderen Zerkleinerungsanwendungen, wie beispielsweise dem Mahlen von Zementrohmehl oder von Zement aus Zementklinker, ist auch die sogenannte Gutbettzerkleinerung bekannt, bei der das Aufgabegut derart der Zerkleinerungsvorrichtung zugeführt wird, dass dieses in dem Zerkleinerungsspalt, z.B. dem Walzenspalt einer sogenannten Gutbett- oder Hochdruckwalzenmühle, in Form einer Materialschüttung vorliegt, was dazu führt, dass die Partikel des Aufgabeguts unter hohem Druck gegeneinander gedrückt und dadurch zerkleinert werden. Das aus der Gutbettwalzenmühle austretende Zerkleinerungsprodukt liegt dabei zu einem Großteil in Form von Agglomeraten (sogenannten„Schülpen") vor, die sich jedoch unter vergleichsweise geringem Energieaufwand desagglomerieren lassen. Gegenüber den Zerkleinerungsverfahren nach dem Prinzip der Einzelkornzerkleinerung zeichnet sich die Gutbettzerkleinerung grundsätzlich durch einen hohen energetischen Wirkungsgrad aus.
Ausgehend von diesem Stand der Technik hat der Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegen, eine Möglichkeit anzugeben, hochwertige Gesteinskörnungen mit möglichst isometrischen Kornformen aus insbesondere harten und mittelharten Gesteinen herzustellen. Dabei sollte zudem eine möglichst weitgehende Verminderung von bei der Herstellung anfallendem Staub (Gesteinsmehl), ein möglichst niedriger Energieverbrauch für die Durchführung des Verfahrens und ein möglichst niedriger Verschleiß der dazu eingesetzten Anlage erreicht werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Anlage ist Gegenstand des Patentanspruchs 9. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage sind Gegenstände der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Anwendung der grundsätzlich bekannten Gutbettzerkleinerung ein Zerkleinerungsprodukt mit zum einen einer breiten Korngrößenverteilung und zum anderen mit einem sehr hohen Anteil (häufig um die 98%) von isometrischen Kornformen sowohl im Grob- als auch Feinbereich erzeugt werden kann. Da sich die Gutbettzerkleinerung gegenüber auf Einzelkornzerkleinerung basierenden Zerkleinerungsverfahren zudem durch einen hohen energetischen Wirkungsgrad auszeichnet, ist der Grundgedanke der Erfindung, die Gutbettzerkleinerung vorteilhafterweise zur Herstellung von Gesteinskörnungen mit isometrischen Kornformen einzusetzen.
Demnach ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, das der Herstellung von als Fertigprodukt dienenden, in Fraktionen unterschiedlicher Korngrößen separierten Gesteinskörnungen aus Gesteinen dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteine zunächst (insbesondere mittels einer Einzelzerkleinerung) vorgebrochen, anschließend zumindest zu einem Teil mittels einer Gutbettzerkleinerung weitergebrochen und daran anschließend klassiert werden, um die unterschiedlichen Fraktionen der Gesteinskörnungen voneinander zu separieren.
Eine erfindungsgemäße, zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Anlage umfasst zumindest eine Brechvorrichtung (als Vorbrecher), eine der Brechvorrichtung (hinsichtlich der Transportrichtung des Materialstroms durch die Anlage) nachgeschaltete Gutbettzerkleinerungsvorrichtung, eine der Gutbettzerkleinerungsvorrichtung nachgeschaltete Klassiervorrichtung und mehrere der Klassiervorrichtung nachgeschaltete Lagerplätze für die separate Lagerung der Fraktionen der Gesteinskörnungen.
Erfindungsgemäß wird unter der Konkretisierung der Gesteinskörnungen als „Fertigprodukte" verstanden, dass diese zumindest im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens oder eines Verfahrens, in dem das erfindungsgemäße Verfahren einen Verfahrensabschnitt darstellt, nicht weiterbearbeitet (insbesondere weiter zerkleinert) werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass bei den Fertigprodukt- Gesteinskörnungen grundsätzlich keine Weiterbearbeitung mehr vorgesehen ist und diese folglich direkt als beispielsweise Zuschlagstoffe für Asphalt, Beton oder ähnliche Bauwerkstoffe zum Einsatz kommen können.
Durch das Weiterbrechen im Rahmen einer Gutbettzerkleinerung werden vorteilhafterweise Gesteinskörnungen mit einem hohen Anteil isometrischer Kornformen erzeugt. Als „isometrisch" werden erfindungsgemäß Kornformen angesehen, die definierten geometrischen Vorgaben entsprechen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass als isometrisch solche Kornformen angesehen werden, deren Verhältnis von Kornlänge (L) zur Korndicke (E) gemäß der DIN EN 933-4 kleiner 3 ist (L/E- Verhältnis < 3). Dabei stellt die„Kornlänge" die größte Abmessung des jeweiligen Korns, definiert durch den größten Abstand von zwei jeweils tangential zur Kornoberfläche liegenden, zueinander parallelen Ebenen, und die„Korndicke" die kleinste Abmessung des jeweiligen Korns, definiert durch den kleinsten Abstand von zwei jeweils tangential zur Kornoberfläche liegende, zueinander parallele Ebenen, dar. Gegebenenfalls kann auch vorgesehen sein, ein L/E- Verhältnis < 3 zur Definition von isometrischen Kornformen (nur) bei groben Gesteinskörnungen mit Korngrößen > 2 mm, > 4 mm oder > 6,3 mm vorzusehen, während feine Gesteinskrönungen mit Korngrößen kleiner oder gleich des gewählten Grenzwerts (ausschließlich oder zusätzlich) unter Bezugnahme auf ein Sphärizitätskennwert als nicht-/isometrisch definiert werden.
Als „Korngröße" wird erfindungsgemäß der größte Abstand von zwei jeweils tangential zur Kornoberfläche liegenden, zueinander parallelen Ebenen verstanden.
Aufgrund der breiten Korngrößenverteilung und der kubizierenden Wirkung der Gutbettzerkleinerung können gegenüber konventionellen Anlagen für die Herstellung von gebrochenen Gesteinskörnungen mehrere Brechstufen und damit entsprechend viele Maschinen durch die erfindungsgemäße Gutbettzerkleinerung ersetzt werden. Dadurch ist sowohl der Investitionsaufwand als auch der Energieaufwand für den Betrieb einer erfindungsgemäßen Anlage deutlich geringer als für eine konventionelle Anlage.
In konventionellen Brechern wird die Korngröße der herzustellenden Gesteinskörnung meistens nur für eine Fraktion über die Spaltweite zwischen den Backen des (Backen-)Brechers oder den Abstand des Brecherkegels zu dem statischen Brechermantel (bei einem Kegelbrecher) eingestellt. Eine Gutbettzerkleinerungsvorrichtung erlaubt hingegen durch eine Änderung des Mahldruckes, der Walzengeschwindigkeit und des Mahlspalts eine flexible Anpassung der Brechparameter für mehrere Fraktionen des Zerkleinerungsprodukts an die spezifischen Materialeigenschaften des Aufgabeguts und die gewünschten Produkteigenschaften des Zerkleinerungsprodukts und an den Materialdurchsatz. Für eine Erzeugung von feinen Gesteinskörnungen kann beispielsweise der Druck im Mahlspalterhöht werden. Eine Veränderung der Betriebsbedingungen kann also zur Anpassung und insbesondere dynamischen Änderung der Kornverteilung der Produkte genutzt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Nutzung einer Gutbettzerkleinerung zum Weiterbrechen der Gesteine ist der relativ geringe Verschleiß an den Walzen beziehungsweise Rollen der dafür eingesetzten Gutbettzerkleinerungsvorrichtung im Vergleich zum Verschleiß bei einer Einzelkornzerkleinerung in beispielsweise einem Backen- oder Kegelbrecher. Hierdurch werden entsprechend hohe Standzeiten für die Gutbettzerkleinerungsvorrichtung und geringere Aufwendungen für Ersatzteile gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Gesteine mittels der Gutbettzerkleinerung fertiggebrochen werden und sich folglich an die Gutbettzerkleinerung kein Brechvorgang mehr anschließt. Dies wird durch die breite Korngrößenverteilung und durch den hohen Anteil (von häufig um die 98%) isometrischer Kornformen im Zerkleinerungsprodukt der Gutbettzerkleinerung ermöglicht. Einem sich an die Gutbettzerkleinerung anschließenden Weiterbearbeiten und insbesondere Weiterbrechen bedarf es daher für eine Nutzung der Gesteinskörnungen als Fertigprodukte in der Regel nicht.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass für das Weiterbrechen mittels der Gutbettzerkleinerung ein Druck von maximal 75 bar, vorzugsweise von zwischen 5 bar und 50 bar und besonders bevorzugt von zwischen 10 bar und 30 bar im Gutbett erzeugt wird. Dieser Druckbereich ist ausreichend, um das gewünschte Brechen der Gesteine zuverlässig zu erreichen, gleichzeitig aber nicht zu hoch, wodurch weitergehende Beschädigungen der Gesteinskörnungen, insbesondere Risse in den Körnern, möglichst vermieden werden. Hervorzuheben ist, dass dieser Druckbereich deutlich unterhalb des bei den bekannten Anwendungen der Gutbettzerkleinerung zum Mahlen von beispielsweise Zement oder Zementrohmehl erzeugten Drucks (über 500 bar und in der Regel zwischen 1000 bar und 3000 bar) liegt.
Vorzugsweise kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass die Gesteine bis zu einer Gesteinsgröße (größter Abstand von zwei jeweils tangential zur Gesteinsoberfläche liegenden, zueinander parallelen Ebenen) von maximal 400 mm, vorzugsweise zwischen 50 mm und 350 mm und besonders bevorzugt zwischen 100 mm und 200 mm vorgebrochen werden. Dies kann ein vorteilhafter Größenbereich für die als Aufgabegut für die Gutbettzerkleinerung dienenden Gesteine darstellen. Insbesondere kann dadurch in einem einzigen Zerkleinerungsdurchgang im Rahmen der Gutbettzerkleinerung ein Weiterbrechen der Gesteine bis zu der für die Fertigprodukt-Gesteinskörnungen vorgesehenen maximalen Korngrößen erreicht werden. Dabei kann die vorgesehene maximale Korngröße beispielsweise ca. 32 mm betragen.
Eine erste der mindestens zwei Fraktionen der Gesteinskörnungen kann vorzugsweise Körner mit einer maximalen Korngröße von 4 mm umfassen, während eine zweite der Fraktionen Körner mit einer Korngröße von > 4 mm bis vorzugsweise ca. 32 mm umfassen kann. Die Herstellung weiterer Fraktionen, insbesondere Unterfraktionen innerhalb der zwei zuvor definierten (Haupt- Fraktionen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist möglich.
Das Weiterbrechen der Gesteine im Rahmen der Gutbettzerkleinerung kann zur Ausbildung von die Gesteinskörnungen umfassenden Agglomeraten führen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann daher vorgesehen sein, dass die Gesteinskörnungen nach dem Weiterbrechen mittels der Gutbettzerkleinerung und vor dem Klassieren desagglomeriert werden. Die erfindungsgemäße Anlage kann dazu eine Desagglomeriervorrichtung, beispielsweise in Form eines grundsätzlich bekannten Trommel-Desagglomerators, umfassen. Gegebenenfalls können die Klassiervorrichtung und die Desagglomeriervorrichtung auch integral ausgebildet sein. Beispielsweise eignen sich bewegte Siebvorrichtungen (Rüttelsiebe) sowohl für ein Desagglomerieren als auch für ein Klassieren.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zudem vorgesehen sein, dass die Gesteine, insbesondere beim Weiterbrechen mittels der Gutbettzerkleinerung, getrocknet werden. Die erfindungsgemäße Anlage kann dazu eine Trocknungsvorrichtung umfassen. Zudem kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Gesteine und/oder Gesteinskörnungen, insbesondere nach dem Klassieren, gewaschen wird. Dadurch kann insbesondere Gesteinsmehl von den Gesteinen oder Körnern der Gesteinskörnungen gelöst und entfernt werden. Die erfindungsgemäße Anlage kann für das Waschen eine entsprechende Waschvorrichtung umfassen. Bei einer Ausgestaltung der Waschvorrichtung als grundsätzlich bekannte Waschtrommel können die vorzugsweise vorgesehenen Verfahrensschritte des Desagglomerierens und des Waschens vorteilhafterweise gleichzeitig und/oder in einer einzelnen Vorrichtung durchgeführt werden.
Bereits nach dem Vorbrechen der Gesteine können in dem Aufgabegut für die Gutbettzerkleinerung Bestandteile enthalten sein, die vorteilhafterweise noch nicht oder nicht mehr im Rahmen der Gutbettzerkleinerung weiterverarbeitet werden sollten. Bei diesen Bestandteilen kann es sich insbesondere um Gesteine handeln, deren Gesteinsgrößen noch oberhalb eines definierten Maximalwerts für das Aufgabegut für die Gutbettzerkleinerung liegen. Weiterhin kann es sich bei diesen Bestandteilen um Körner handeln, deren Korngröße bereits kleiner als die für die Fertigprodukte vorgesehene maximale Korngröße ist und die gegebenenfalls auch bereits eine isometrische Kornform aufweisen. Vorteilhafterweise kann dann vorgesehen sein, dass die vorgebrochenen Gesteine bereits vor dem Weiterbrechen im Gutbett vorklassiert werden, um entsprechende Gesteine oder Körner aus dem Aufgabegut für die Gutbettzerkleinerung herauszufiltern. Herausgefilterte Gesteine können erneute in der Brechvorrichtung vorgebrochen werden. Herausgefilterte Körner können direkt als Fertigprodukt genutzt werden, wodurch die Menge des Aufgabeguts soweit wie möglich reduziert werden kann, was sich positiv auf den Energieverbrauch im Rahmen der Gutbettzerkleinerung auswirken kann. Die erfindungsgemäße Anlage kann dazu eine entsprechende Vorklassiervorrichtung umfassen.
Als Gutbettzerkleinerungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Anlage kann vorteilhafterweise eine Gutbettwalzenmühle (auch Hochdruckwalzenpresse genannt) oder Vertikalrollenmühle eingesetzt werden. Die Klassiervorrichtung der erfindungsgemäßen Anlage kann vorzugsweise eine Siebvorrichtung und/oder einen Sichter, insbesondere einen Wirbel- und/oder Querstromsichter, umfassen. Die Brechvorrichtung kann weiterhin bevorzugt als Prallbrecher, Backenbrecher, Hammerbrecher oder Kegelbrecher ausgebildet sein. Bei mehreren Brechvorrichtungen können auch Kombinationen daraus zum Einsatz kommen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhafterweise zur Herstellung von Gesteinskörnungen in Fraktionen mit unterschiedlichen Korngrößen aus natürlichen mineralischen Gesteinen, beispielsweise Kalkstein, Dolomit, Basalt, Quarzit, Gabbro, Granit, Porphyr, und/oder Kies, aus Schlacken aus der Eisen- oder Stahlproduktion und/oder aus Altbeton geeignet.
Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein",„einer",„eines", etc.), insbesondere in den Patentansprüchen und dem diese erläuternden Teil der Beschreibung, ist als solche und nicht als Verwendung von Zahlwörtern zu verstehen. Diese Verwendung ist somit so zu verstehen, dass die damit gekennzeichneten Elemente mindestens einmal vorhanden sind und mehrmals vorhanden sein können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 : in einem Diagramm Plattigkeitskennzahlen von Gesteinskörnungen einer Korngrößen zwischen 4 mm und 16 mm umfassenden Fraktion, die durch separate Gutbettzerkleinerung aus Quarzit, Kalkstein und Basalt bei unterschiedlichen Verfahrensparametern gebrochenen wurden;
Fig. 2: Kornformkennzahlen für die Quarzit-Gesteinskörnungen gemäß der Fig. 1 im Vergleich zu dem Quarzit- Aufgabegut;
Fig. 3: Kornformkennzahlen für die Kalkstein-Gesteinskörnungen gemäß der Fig. 1 im Vergleich zu dem Kalkstein- Aufgabegut;
Fig. 4: Kornformkennzahlen für die Basalt-Gesteinskörnungen gemäß der Fig. 1 im Vergleich zu dem Basalt- Aufgabegut; Fig. 5: die L/E -Verhältnisse für vier Fraktionen feiner Gesteinskörnungen, die durch Gutbettzerkleinerung aus Kalkstein-Gesteinen hergestellt wurden, im Vergleich zu den entsprechenden L/E -Verhältnissen von Natursand;
Fig. 6: die Sphärizitätskennwerte für die vier Fraktionen gemäß der Fig. 5 im Vergleich zu den entsprechenden Sphärizitätskennwerten von Natursand; und
Fig. 7: in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Gesteinskörnungen in Fraktionen unterschiedlicher Korngrößen.
Die Fig. 1 bis 6 zeigen in Diagrammen Ergebnisse von Versuchen, bei denen vorgebrochene Gesteine aus Quarzit, Kalkstein und Basalt separat in einer Gutbettwalzenmühle bei verschiedenen Betriebsbedingungen zu Gesteinskörnungen weitergebrochen wurden.
In der Fig. 1 sind die Plattigkeitskennzahlen der jeweiligen, Korngrößen zwischen 4 mm und 16 mm umfassenden Fraktionen der Gesteinskörnungen aus Quarzit, Kalkstein und Basalt gezeigt. Dabei kennzeichnen die nicht-gemusterten Balken in den Diagrammen einen Betrieb der Gutbettwalzenmühle mit einer Umfangsgeschwindigkeit der rotierend angetriebenen Walze von ca. 0,2 m/s und einem Druck im Gutbett von ca. 10 bar, die links-schraffierten Balken eine Umfangsgeschwindigkeit von ca. 0,2 m/s und einen Druck von ca. 30 bar, die rechtsschraffierten Balken eine Umfangsgeschwindigkeit von ca. 0,2 m/s und einen Druck von ca. 50 bar und die kreuzschraffierten Balken eine Umfangsgeschwindigkeit von ca. 0,9 m/s und einen Druck von ca. 30 bar. Die Plattigkeitskennzahlen wurden entsprechend der DIN EN 933-3 bestimmt. Die Gesteinskörnungen sind hinsichtlich des Gehalts an plattigen Körnern in der besten Kategorie FI 10 gemäß der DIN EN 933-3 einzuordnen, wonach der Gehalt an plattigen Körner in diesen Zerkleinerungsprodukten unterhalb von 10% liegt. In den Fig. 2 bis 4 sind die Kornformkennzahlen von verschiedenen Fraktionen der bei den unterschiedlichen Betriebsbedingungen mittels der Gutbettwalzenpresse gebrochenen Gesteinskörnungen aus Quarzit (vgl. Fig. 2), Kalkstein (vgl. Fig. 3) und Basalt (vgl. Fig. 4) im Vergleich zu den Kornformkennzahlen der dazugehörigen Aufgabegüter (mittels eines Backenbrechers vorgebrochene Gesteine) dargestellt. Dabei kennzeichnen die nicht-gemusterten Balken in den Diagrammen die jeweiligen Mittelwerte für die Kornformkennzahlen aus allen dazugehörigen Fraktionen, die linksschraffierten Balken die Korngrößen von 4 mm bis 8 mm umfassenden Fraktionen, die rechtsschraffierten Balken die Korngrößen von 8 mm bis 16 mm umfassenden Fraktionen und die kreuzschraffierten Balken die Korngrößen von 16 mm bis 32 mm umfassenden Fraktionen. Die Kornformkennzahlen wurden entsprechend der DIN EN 933-4 bestimmt. Zu erkennen ist, dass der Gehalt an nichtisometrischen Körner in diesen Gesteinskörnungen stets (deutlich) unter 10% und damit weit unterhalb des entsprechenden Werts für das dazugehörige Aufgabegut ist.
In der Fig. 5 sind L/E-Verhältnisse von vier verschiedenen Fraktionen von durch Gutbettzerkleinerung gebrochenen feinen Gesteinskörnungen (Brechsand) dargestellt. Die ermittelten Werte für die vier Fraktionen (Korngrößen von 0,063 mm bis 0,2 mm, von 0,2 mm bis 1 mm, von 1 mm bis 2 mm und von 2 mm bis 4 mm) sind durch Geraden miteinander verbunden, um einen Verlauf zu visualisieren. Ebenfalls dargestellt sind die L/E-Verhältnisse von den ersten drei Fraktionen des Brechsands entsprechenden Fraktionen von Natursand (Rheinsand). Die Fig. 6 zeigt einen entsprechenden Vergleich der Sphärizitätskennwerte. Zu erkennen ist, dass durch die Gutbettzerkleinerung L/E-Verhältnisse und Sphärizitätskennwerte erreicht werden können, die zu denjenigen von natürlich gerundetem Natursand vergleichbar sind.
Die Fig. 7 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von als Fertigprodukte dienenden Gesteinskörnungen in Fraktionen unterschiedlicher Korngrößen sowie das dabei durchgeführte Verfahren. Dabei werden Gesteine, die direkt aus einem Steinbruch stammen können, mittels beispielsweise eines Lastkraftwagens 1 zu einer Brechvorrichtung 2 transportiert. In der Brechvorrichtung 2 werden die Gesteine vorgebrochen, um ein Aufgabegut für eine der Brechvorrichtung 2 nachgeschaltete Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 (hier in Form einer Gutbettwalzenmühle) zu erzeugen. Zwischen der Brechvorrichtung 2 und die Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 ist eine Vorklassiervorrichtung 4 angeordnet, durch die (beispielsweise mittels eines Siebprozesses) das aus der Brechvorrichtung 2 stammende Zerkleinerungsprodukt vorklassiert wird, um Gesteine, deren Gesteinsgrößen oberhalb eines definierten Grenzwerts (z.B. 200 mm) liegen, von denjenigen zu separieren, deren Gesteinsgrößen unterhalb dieses Grenzwerts liegen (oder diesem Grenzwert entsprechen). Die relativ großen Gesteine werden dann wieder zu der Brechvorrichtung 2 zurückgeführt, um deren weitere Zerkleinerung zu bewirken, während die relativ kleinen Gesteine der Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 als Aufgabegut zugeführt werden. Mittels der Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 werden die Gesteine weitergebrochen und dabei Gesteinskörnungen mit zu einem Großteil isometrischen Kornformen und unterschiedlichen Korngrößen erzeugt.
In einer der Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 nachgeschalteten Klassiervorrichtung 5 werden die Gesteine in insgesamt vier sich durch unterschiedliche Korngrößenbereiche unterscheidende Fraktionen klassiert. Beispielsweise kann die Klassiervorrichtung 5 als Mehrfachsiebvorrichtung mit mehreren übereinander angeordneten Siebbelägen mit von oben nach unten abnehmender Maschenweite ausgebildet sein.
In dem obersten Siebbelag verbleibt als Siebüberlauf eine erste Fraktion der Gesteinskörnungen, deren Korngrößen noch oberhalb eines definierten Maximalwerts für die als Fertigprodukte vorgesehenen Gesteinskörnungen liegen. Diese erste Fraktion wird zu der Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 zurückgeführt, um erneut weitergebrochen zu werden.
In dem mittleren Siebbelag verbleibt als Siebüberlauf eine zweite Fraktion der (groben) Gesteinskörnungen, deren Korngrößen innerhalb eines ersten Korngrößenbereichs liegen. Dieser erste Korngrößenbereich liegt zwischen dem definierten Maximalwert und einem ersten Mittelwert für die Korngröße. Diese zweite Fraktion wird als ein erstes Fertigprodukt aus einer groben Gesteinskrönung an einem ersten Lagerplatz 6 gelagert.
In dem unteren Siebbelag verbleibt als Siebüberlauf eine dritte Fraktion der Gesteinskörnungen, deren Korngrößen innerhalb eines zweiten Korngrößenbereichs liegen. Dieser zweite Korngrößenbereich liegt zwischen dem ersten Mittelwert und einem Minimalwert für die Korngröße der groben Gesteinskörnungen. Diese dritte Fraktion wird als ein zweites Fertigprodukt aus einer groben Gesteinskörnung an einem zweiten Lagerplatz 7 gelagert.
Als Siebdurchgang der gesamten Mehrfachsiebvorrichtung fällt eine vierte Fraktion der Gesteinskörnungen an, deren Korngrößen unterhalb des Minimalwerts für die Korngröße der groben Gesteinskörnungen liegen. Diese dritte Fraktion wird als ein Fertigprodukt aus einer feinen Gesteinskörnung (Brechsand) an einem dritten Lagerplatz 8 gelagert.
Anstelle einer einzelnen, als Vorbrecher für die Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 dienenden Brechvorrichtung 2 können auch mehrere in Reihe geschaltete Brechvorrichtung 2 vorgesehen sein. Durch diese kann insbesondere ein schrittweises Brechen der aus dem Steinbruch angelieferten Gesteine bis zu einem Erreichen des für das Aufgabegut für die Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 vorgesehenen Grenzwerts der Korngröße erreicht werden. Dabei kann eine von den Gesteinen zuerst durchlaufene Brechvorrichtung 2 beispielsweise als Backenbrecher und eine sich daran anschließende Brechvorrichtung 2 beispielsweise als Kegelbrecher ausgebildet sein.
Die in der Fig. 7 dargestellte Anlage kann optional weitere Komponenten (gestrichelt dargestellt) umfassen. Beispielsweise kann zwischen der Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 und der Klassiervorrichtung 5 eine Desagglomeriervorrichtung 9 angeordnet sein, durch die Agglomerationen, die im Rahmen der Gutbettzerkleinerung entstehen, desagglomeriert werden. Weiterhin kann, beispielsweise ebenfalls zwischen der Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 und der Klassiervorrichtung 5, eine Waschvorrichtung 10 vorgesehen sein, durch die Gesteinsmehl aus dem Zerkleinerungsprodukt der Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 herausgewaschen werden kann. Dabei können die Desagglomeriervorrichtung 9 und die Waschvorrichtung 10 auch in einer Vorrichtung (z.B. einer Waschtrommel) integral ausgebildet sein.
Weiterhin kann eine Trocknungsvorrichtung vorgesehen sein, durch die die Gesteine und/oder Gesteinskörnungen beispielsweise während des Weiterbrechens in der Gutbettzerkleinerungsvorrichtung getrocknet werden. Dies kann beispielsweise mittels Heißlufts erfolgen. Die Trocknungsvorrichtung kann dazu in die Gutbettzerkleinerungsvorrichtung 3 integriert sein.
Der oder den Brechvorrichtungen 2 kann zudem eine Vorrichtung 11 zur Entfernung von Anhaftungen (z.B. Morast) von den angelieferten Gesteinen vorgeschaltet sein. Diese Vorrichtung 11 kann beispielsweise in Form eines Grobsiebs ausgebildet sein.
Bezugszeichen:
1. Lastkraftwagen
2. Brechvorrichtung
3. Gutbettzerkleinerungsvorrichtung
4. Vorklassiervorrichtung
5. Klassiervorrichtung
6. erster Lagerplatz
7. zweiter Lagerplatz
8. dritter Lagerplatz
9. Desagglomeriervorrichtung
10. Waschvorrichtung
1 1. Vorrichtung zur Entfernung von Anhaftungen

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung von als Fertigprodukte dienenden, in Fraktionen unterschiedlicher Korngrößen separierten Gesteinskörnungen aus Gesteinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteine zunächst vorgebrochen, anschließend zumindest zu einem Teil mittels einer Gutbettzerkleinerung weitergebrochen und daran anschließend klassiert werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteine mittels der Gutbettzerkleinerung fertiggebrochen werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das Brechen mittels der Gutbettzerkleinerung ein Druck von maximal 75 bar, vorzugsweise von zwischen 5 bar und 50 bar und besonders bevorzugt von zwischen 10 bar und 30 bar im Gutbett erzeugt wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteine bis zu einer Größe von maximal 400 mm, vorzugsweise zwischen 50 mm und 350 mm und besonders bevorzugt zwischen 100 mm und 200 mm vorgebrochen werden.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteine nach dem Weiterbrechen mittels der Gutbettzerkleinerung und vor dem Klassieren desagglomeriert werden.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteine beim Weiterbrechen mittels der Gutbettzerkleinerung getrocknet werden.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Gesteine und/oder Gesteinskörnungen gewaschen wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebrochenen Gesteine vor dem Weiterbrechen im Gutbett vorklassiert werden.
9. Anlage zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Brechvorrichtung (2), einer der Brechvorrichtung (2) nachgeschalteten Gutbettzerkleinerungsvorrichtung (3), einer der Gutbettzerkleinerungsvorrichtung (3) nachgeschalteten Klassiervorrichtung (5) und der Klassiervorrichtung (5) nachgeschalteten Lagerplätzen (6, 7, 8) für die separate Lagerung der Fraktionen der Gesteinskörnungen.
10. Anlage gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gutbettzerkleinerungsvorrichtung (3) als Gutbettwalzenmühle oder als Vertikalrollenmühle ausgebildet ist.
11. Anlage gemäß Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Desagglomeriervorrichtung (9).
12. Anlage gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine Trocknungsvorrichtung.
13. Anlage gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch eine Waschvorrichtung (10).
14. Anlage gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch eine Vorklassiervorrichtung (4).
15. Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14 zur Herstellung von in Fraktionen unterschiedlicher Korngrößen separierten Gesteinskörnungen aus natürlichen mineralischen Gesteinen, aus Schlacken aus der Eisen- oder Stahlproduktion und/oder aus Altbeton.
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