WO2020109197A1 - Verfahren zur gezielten trocknung von sulfaten mittels einer vertikalmühle - Google Patents

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WO2020109197A1
WO2020109197A1 PCT/EP2019/082344 EP2019082344W WO2020109197A1 WO 2020109197 A1 WO2020109197 A1 WO 2020109197A1 EP 2019082344 W EP2019082344 W EP 2019082344W WO 2020109197 A1 WO2020109197 A1 WO 2020109197A1
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vertical mill
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intermediate product
educt
water
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Michael Enders
Sven Jankhöfer
Christian Neumann
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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B11/00Calcium sulfate cements
    • C04B11/28Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials
    • C04B11/30Mixtures thereof with other inorganic cementitious materials with hydraulic cements, e.g. Portland cements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B11/00Calcium sulfate cements
    • C04B11/02Methods and apparatus for dehydrating gypsum

Definitions

  • the invention relates to a method for producing cement from clinker, sulfate carrier and additive.
  • Ball mills are often used to grind clinker and sulfate carriers. By mixing warm clinker with the sulfate carrier, which contains water, and the comparatively long residence time in the ball mill, typically several minutes, the sulfate carrier is partially or completely dried.
  • the object of the invention is to enable grinding of moist sulfates in a vertical mill without additional equipment.
  • the method according to the invention for producing a mineral preparation using a vertical mill has the following steps:
  • the method according to the invention takes advantage of the high efficiency of the vertical mill. This makes it easy to grind and dry the first educt in a first step. As a result, together with the grinding together with the second educt, the dwell time in the vertical mill is doubled and the drying result is thus significantly improved.
  • the first educt already consists of several materials, for example a sulfate carrier and a clinker.
  • the alternating use of the vertical mill for grinding the first educt into the first intermediate product and the grinding of the second educt with the first intermediate product is advantageous, since the second educt is often fed in warm and thus heats up the vertical mill. This heat can be used efficiently for drying during the milling in step b).
  • the first starting material is a water-containing mineral, preferably a water-containing sulfate, particularly preferably a water-containing calcium sulfate, very particularly preferably calcium sulfate dihydrate. It is more preferably a calcium sulfate from a flue gas desulfurization plant. Such calcium sulfate often shows increased moisture in addition to crystal water.
  • a water-containing mineral in the sense of the invention is a mineral substance which has water. This water can be bound as crystal water. However, the water cannot be bound.
  • a suspension is also a water-containing mineral in the sense of the invention.
  • the first intermediate product is a mixture of calcium sulfate dihydrate, calcium sulfate hemihydrate and anhydrous calcium sulfate (anhydrite).
  • the second educt is clinker.
  • step a) is carried out again after step d).
  • This repetition of the process steps is particularly preferably carried out as a function of the water content of the first intermediate product.
  • the second starting material is produced by the following steps:
  • At least one first property of the first intermediate product is determined in step c) and / or step d) and / or between step c) and step d).
  • the first property is preferably the water content of the first intermediate product.
  • the first property can be determined, for example, and in particular by means of X-ray diffraction (XRD) or infrared spectroscopy.
  • the determination can be carried out continuously in the process or discontinuously by sampling or in a combination of the two.
  • infrared spectroscopy can be carried out continuously in the process and, in parallel, an X-ray diffraction analysis after sampling. Since anhydrous calcium sulfate and calcium sulfate dihydrate have different crystal structures, quantitative analysis using the Rietveld analysis is also easily possible.
  • the particle size can also be determined in this way.
  • at least one further additive is added in step e).
  • Typical additives include limestone, blastfurnace slag, fly ash or calcined clays. Such additives are detailed in relevant cement standards (e.g. according to ASTM C595 or EN 197-1).
  • gas with a temperature of more than 40 ° C., preferably more than 80 ° C., particularly preferably more than 120 ° C. is supplied in step b) and / or in step f).
  • the gas at an elevated temperature can originate, for example, from the manufacturing process for the clinker.
  • the gas at an elevated temperature can also come from a burner.
  • a gas stream at ambient temperature can also be supplied in order to promote the removal of gaseous water.
  • step e) the second starting material and the first intermediate product are first conveyed into a common mixing store and fed from the mixing store to the vertical mill.
  • a first method according to the invention is shown schematically in FIG.
  • a first educt is introduced into a vertical mill.
  • the first educt is ground in the vertical mill to form a first intermediate product.
  • the first intermediate product is removed from the vertical mill and the first intermediate product is stored in a first store in step d).
  • a second starting material and the first intermediate product are introduced into the vertical mill.
  • the second starting material and the first intermediate product are ground into a product in the vertical mill and then the product is removed from the vertical mill in step g).
  • the broad method shown in FIG. 2 differs from the first method shown in FIG. 1 by further method steps.
  • step h) a first starting material is fed into a vertical mill, which is ground in step i) to form the second educts.
  • the second starting material is removed in step j) and stored in a second warehouse in step k).
  • step m the second educt and the intermediate product are mixed in a mixing store.
  • a first property for example the water content of the first intermediate in step I
  • steps c) and d) are determined between steps c) and d). Based on the result in step I), a decision is made as to whether step a) is repeated after step d) in order to achieve further drying.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Zubereitung mittels einer Vertikalmühle, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Zuführen eines ersten Edukts in eine Vertikalmühle,b) Vermahlen des ersten Edukts in der Vertikalmühle zu einem ersten Zwischenprodukt, c) Entnahme des ersten Zwischenprodukts aus der Vertikalmühle, d) Lagerung des ersten Zwischenprodukts in einem ersten Lager, e) Zuführen eines zweiten Edukts und des ersten Zwischenprodukts in die Vertikalmühle, f) Vermahlen des zweiten Edukts und des ersten Zwischenprodukts in der Vertikalmühle zu einem Produkt, g) Entnahme des Produkts aus der Vertikalmühle.

Description

Verfahren zur gezielten Trocknung von Sulfaten mittels einer Vertikalmühle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zement aus Klinker, Sulfatträger und Additiv.
Bei der Vermahlung von Klinker und Sulfatträger werden oftmals Kugelmühlen eingesetzt. Durch die Vermischung von warmen Klinker mit dem Sulfatträger, welcher wasserhaltiges ist, und die vergleichsweise lange Verweildauer in der Kugelmühle, typischerweise mehrere Minuten, erfolgt eine teilweise bis vollständige Trocknung des Sulfatträgers.
Vertikalmühlen sind Kugelmühlen jedoch im Durchsatz und Energieverbrauch überlegen. Hierdurch reduziert sich jedoch die Verweilzeit innerhalb der Mühle typischerweise auf einige Sekunden bis wenige Minuten. Hierdurch kann es dazu kommen, dass Sulfatträger nicht ausreichend getrocknet werden. Daher werden üblicherweise heisse Gase zur Trocknung genutzt oder Entwässerungsaggregate zusätzlich eingebaut. Dieses erhöht jedoch Komplexität und Kosten der Anlage sowie deren Wartungsaufwand.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vermahlung auch von feuchten Sulfaten in einer Vertikalmühle ohne zusätzliche Geräte zu ermöglichen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Zubereitung mittels einer Vertikalmühle weist die folgenden Schritte auf:
a) Zuführen eines ersten Edukts in eine Vertikalmühle,
b) Vermahlen des ersten Edukts in der Vertikalmühle zu einem ersten Zwischenprodukt,
c) Entnahme des ersten Zwischenprodukts aus der Vertikalmühle,
d) Lagerung des ersten Zwischenprodukts in einem ersten Lager, e) Zuführen eines zweiten Edukts und des ersten Zwischenprodukts in die
Vertikalmühle,
f) Vermahlen des zweiten Edukts und des ersten Zwischenprodukts in der
Vertikalmühle zu einem Produkt,
g) Entnahme des Produkts aus der Vertikalmühle.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die hohe Effizienz der Vertikalmühle aus. Hierdurch ist es leicht möglich, das erste Edukt in einem ersten Schritt zu zermahlen und dabei zu trocknen. Hierdurch wird zusammen mit dem gemeinsamen Vermahlen mit dem zweiten Edukt die Verweilzeit in der Vertikalmühle verdoppelt und somit das Trocknungsergebnis deutlich verbessert. Es ist aber auch denkbar, dass das erste Edukt bereits aus mehreren Materialien, zum Beispiel einem Sulfatträger und einem Klinker besteht.
Des Weiteren ist die alternierende Nutzung der Vertikalmühle zum Vermahlen des ersten Edukts zum ersten Zwischenprodukt und dem Vermahlen des zweiten Edukts mit dem ersten Zwischenprodukt vorteilhaft, da oftmals das zweite Edukts warm zugeführt wird und so die Vertikalmühle erwärmt. Diese Wärme kann effizient für die Trocknung während des Vermahlens in Schritt b) verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das erste Edukt ein wasserhaltiges Mineral, bevorzugt ein wasserhaltiges Sulfat, besonders bevorzugt ein wasserhaltiges Calciumsulfat, ganz besonders bevorzugt Calciumsulfat Dihydrat, ist. Weiter bevorzugt handelt es sich um ein Calciumsulfat aus einer Rauchgasentschwefelungsanlage. Ein solches Calciumsulfat weist neben Kristallwasser oft auf eine erhöhte Feuchtigkeit auf.
Ein wasserhaltiges Mineral im Sinne der Erfindung ist ein mineralischer Stoff, welcher Wasser aufweist. Dieses Wasser kann als Kristallwasser gebunden vorliegen. Das Wasser kann aber auch nicht gebunden Vorkommen. Auch eine Suspension ist ein wasserhaltiges Mineral im Sinne der Erfindung. In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist das erste Zwischenprodukt eine Mischung aus Calciumsulfat Dihydrat, Calciumsulfat Halbhydrat und wasserfreiem Calciumsulfat (Anhydrit).
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Edukt Klinker.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird nach Schritt d) erneut Schritt a) ausgeführt. Besonders bevorzugt wird diese Wiederholung der Verfahrensschritte in Abhängigkeit von Wassergehalt des ersten Zwischenprodukts durchgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das zweite Edukt durch die folgenden Schritte hergestellt:
h) Zuführen eines ersten Ausgangsmaterials in eine Vertikalmühle,
i) Vermahlen des ersten Ausgangsmaterials in der Vertikalmühle zu einem zweiten Edukts,
j) Entnahme des zweiten Edukts aus der Vertikalmühle,
k) Lagerung des zweiten Edukts in einem zweiten Lager.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt c) und/oder Schritt d) und/oder zwischen Schritt c) und Schritt d) wenigstens eine erste Eigenschaft des ersten Zwischenprodukts bestimmt wird. Bevorzugt ist die erste Eigenschaft der Wassergehalt des ersten Zwischenprodukts.
Die Bestimmung der ersten Eigenschaft kann beispielsweise und insbesondere mittels Röntgenbeugung (XRD) oder Infrarotspektroskopie erfolgen. Die Bestimmung kann kontinuierlich im Prozess oder diskontinuierlich durch Probennahme oder in einer Kombination dieser beiden erfolgen. Beispielsweise kann eine Infrarotspektroskopie kontinuierlich im Prozess und parallel dazu eine Röntgenbeugungsanalyse nach Probennahme erfolgen. Da wasserfreies Calciumsulfat und Calciumsulfat Dihydrat unterschiedliche Kristallstruktur aufweisen, ist auch eine quantitative Analyse mittels der Rietveld-Analyse einfach möglich. Bei monokristallinem Material ist zusätzlich auf diesem Wege die Partikelgröße bestimmbar. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt e) wenigstens ein weiteres Additiv zugeführt wird. Typische Addtive umfassen zum Beispiels Kalkstein, Hüttensand, Flugaschen oder calcinierte Tone. Detailliert sind solche Additive in einschlägigen Zementnormen (z.B. nach ASTM C595 oder EN 197-1 ) ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt b) und/oder in Schritt f) Gas mit einer Temperatur von mehr als 40 C, bevorzugt mit mehr als 80 °C, besonders bevorzugt mit mehr als 120 °C, zugeführt. Das Gas mit erhöhter Temperatur kann beispielsweise aus dem Herstellungsprozess für den Klinker stammen. Alternativ oder zusätzlich kann das Gas mit erhöhter Temperatur auch aus einem Brenner stammen. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Gasstrom mit Umgebungstemperatur zugeführt werden, um den Abtransport von gasförmigem Wasser zu fördern.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in Schritt e) zunächst das zweite Edukt und das erste Zwischenprodukt in ein gemeinsames Mischlager gefördert und aus dem Mischlager der Vertikalmühle zugeführt. Die Verwendung eines Mischlagers ermöglicht eine einfache und effektive Homogenisierung.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand zweier in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 erstes Verfahren
Fig. 2 zweitem Verfahren
In Fig. 1 ist ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren schematisch dargestellt. In Schritt a) wird ein erstes Edukt in einem Vertikalmühle eingebracht. In Schritt b) wird das erste Edukt in der Vertikalmühle zu einem ersten Zwischenprodukt vermahlen. In Schritt c) erfolgt die Entnahme des ersten Zwischenprodukts aus der Vertikalmühle und die Lagerung des ersten Zwischenprodukts in einem ersten Lager in Schritt d). In Schritt e) werden ein zweites Edukt und das erste Zwischenprodukt in die Vertikalmühle eingebracht. In Schritt f) werden das zweite Edukt und das erste Zwischenprodukt in der Vertikalmühle zu einem Produkt vermahlen und anschließend das Produkt in Schritt g) Aus der Vertikalmühle entnommen. Das in Fig. 2 gezeigte weite Verfahren unterscheidet sich durch weitere Verfahrensschritte von dem ersten Verfahren, welches in Fig. 1 gezeigt ist. Zum einen erfolgt in Schritt h) das zuführen eines ersten Ausgangsmaterials in eine Vertikalmühle, welches in Schritt i) zu den zweiten Edukts vermahlen wird. Das zweite Edukt wird in Schritt j) entnommen und in Schritt k) in einem zweiten Lager gelagert.
In Schritt m) erfolgt eine Mischung aus dem zweiten Edukt und dem Zwischenprodukt in einem Mischlager.
Zusätzlich wird zwischen Schritt c) und d) eine erste Eigenschaft beispielsweise der Wassergehalt des ersten Zwischenprodukts in Schritt I) bestimmt. Anhand des Ergebnisses im Schritt I) wird entschieden, ob nach Schritt d) Schritt a) wiederholt wird, um eine weitere Trocknung zu erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer mineralischen Zubereitung mittels einer Vertikalmühle, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
a) Zuführen eines ersten Edukts in eine Vertikalmühle,
b) Vermahlen des ersten Edukts in der Vertikalmühle zu einem ersten
Zwischenprodukt,
c) Entnahme des ersten Zwischenprodukts aus der Vertikalmühle,
d) Lagerung des ersten Zwischenprodukts in einem ersten Lager,
e) Zuführen eines zweiten Edukts und des ersten Zwischenprodukts in die
Vertikalmühle,
f) Vermahlen des zweiten Edukts und des ersten Zwischenprodukts in der
Vertikalmühle zu einem Produkt,
g) Entnahme des Produkts aus der Vertikalmühle.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Edukt ein wasserhaltiges Mineral, bevorzugt ein wasserhaltiges Sulfat, besonders bevorzugt ein wasserhaltiges Calciumsulfat, ganz besonders bevorzugt Calciumsulfat Dihydrat, ist.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Edukt Klinker ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt d) erneut Schritt a) ausgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Edukt hergestellt wird durch die folgenden Schritte:
h) Zuführen eines ersten Ausgangsmaterials in eine Vertikalmühle,
i) Vermahlen des ersten Ausgangsmaterials in der Vertikalmühle zu einem
zweiten Edukts,
j) Entnahme des zweiten Edukts aus der Vertikalmühle,
k) Lagerung des zweiten Edukts in einem zweiten Lager.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) und/oder Schritt d) und/oder zwischen Schritt c) und Schritt d) wenigstens eine erste Eigenschaft des ersten Zwischenprodukts bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Eigenschaft der Wassergehalt des ersten Zwischenprodukts ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) wenigstens ein weiteres Additiv zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) und/oder in Schritt f) Gas mit einer Temperatur von mehr als 40 °C, bevorzugt mit mehr als 80 °C, besonders bevorzugt mit mehr als 120 °C, zugeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) zunächst das zweite Edukt und das erste Zwischenprodukt in ein gemeinsames Mischlager gefördert und aus dem Mischlager der Vertikalmühle zugeführt werden.
PCT/EP2019/082344 2018-11-28 2019-11-25 Verfahren zur gezielten trocknung von sulfaten mittels einer vertikalmühle WO2020109197A1 (de)

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