DD239400A5 - Verfahren zur herstellung von hydraulischem binder - Google Patents
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Abstract
Mit dem Ziel ein kostenguenstiges und umweltfreundliches Verfahren auszubilden, soll die Aufgabe geloest werden, die erforderliche Energiebilanz und Schadstoffemission zu senken. Erfindungsgemaess wird dies durch die folgenden Verfahrensschritte erreicht - Einsatz eines Rohmaterials, welches fein vermischte Tonformen und Kalziumkarbonat enthaelt,-thermische Behandlung dieses Materials bei Temperaturen zwischen 700C und 900C,-Anlegen eines Partialdruckes von Kohlenstoffgas waehrend der thermischen Behandlung, welcher der thermischen Dissoziation des Kalziumkarbonates entgegensteht,-Durchfuehrung einer gleichzeitigen Aktivierung der Tonformen durch Dehydroxylation, in Form puzzolanartiger Aktivierung, und der Kalkverbindungen mit potentiellen wasserloeslichen Eigenschaften ohne Bildung von freiem Kalk und-durch Mischung des so erlangten aktiven Produktes bis zu 95% mit der entsprechenden Menge eines Aktivierungsproduktes bis 100%.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Binder und auf die damit herstellbaren Produkte.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Beschreibung werden nachfolgend einige Definitionen der verwendeten Begriffe angegeben:
Rohmischung: Mischung von Kalciumkarbonat und Ton, beinhaltend die Oxide von Silicium, Aluminium und Eisen in definierten Verhältnissen, zerkleinert, getrocknet und homogenisiert hinsichtlich der Herstellung von Klinker aus künstlichem Portlandzement.
Klinker: Das ist die Rohmischung nach der thermischen Behandlung in einem Zementofen bei 145O0C, die hauptsächlich Kalk-Aluminate, Aluminoferrite und Kalk-Silikate enthält. Der Klinker ist ein hydraulisches Produkt, das fein zerkleinert zusammen mit einigen Prozent Gips den normalen, künstlichen Portlandzement ergibt.
Gipsierung: Arbeitsgang, der darin besteht, einige Prozent Gips im Moment der Zerkleinerung des Klinkers hinzuzufügen, um das Abbinden des Zements zu regulieren.
Puzzolan: Tonhaltiges Produkt, das einer Dehydroxylierung durch thermische Behandlung unterzogen wurde, wodurch es sich hinsichtlich des Abbindens des künstlichen Portlandzements in seinen Eigenschaften mit Kalk vergleichen läßt.
Es ist etwa seit dem Jahre 1960 bekannt, das Mischen der Bestandteile der Rohmischung in Form wäßriger Paste mit einem Wassergehalt von 30 bis 35% durchzuführen. Das Wasser mußte dann vor dem Brennen der Rohmischung verdampft werden, so daß der für die Herstellung des Klinkers erforderliche Energiebedarf in der Größenordnung in 1500 Meal pro Tonne hergestellten Klinkers lag.
In der Folgezeit wurde das Herstellungsverfahren effektiviert, so daß seit den sechziger Jahren die Möglichkeit bestand, eine ausgezeichnete Mischung von trockenen Pulvern zu erhalten, die es gewährleisteten, die thermische Bilanz klar zu verbessern und die Verklinkerung auf trockenem Weg vorteilhaft zu gestalten. Ferner haben es die Verbesserungen bei den Wärmeaustausch-Bedingungen in den Zementöfen ermöglicht, den Energieverbrauch auf etwa 800 Meal pro Tonne Klinker zu senken.
Dieser Energieaufwand bildet im wesentlichen die praktische Grenze der klassischen Klinkerherstellung, das heißt, daß es bis heute nicht möglich war, ihn zu verringern.
Es kann davon ausgegangen werden, daß die Zementherstellung einen sehr bedeutenden Energieverbrauch verkörpert. Hieraus resultiert das Bemühen der Zementfachleute, Energieeinsparungen im Hinblick auf die Senkung des Selbstkostenpreises ihrer Produktionsanlagen zu erreichen.
Es muß jedoch hinzugefügt werden, daß die Zementindustrie trotz der Anwendung der „trockenen Technik", wegen der hohen Temperatur, bei der die Öfen arbeiten, ein starker Umweltverschmutzer ist. Unter diesen Bedingungen ist es erforderlich, bedeutende Einrichtungen für den Schutz der Umwelt vorzusehen, was einen zusätzlichen Faktor bei der Erhöhung des Selbstkostenpreises der gegenwärtig hergestellten hydraulischen Binder darstellt.
Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Verbesserungen zielen darauf ab, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und die Realisierung einer neuen Herstellungsart hydraulischer Binder zu gewährleisten, was einerseits die Schmutzemissionen vermeidet und andererseits bedeutende Energieeinsparungen mit sich bringt.
Außerdem ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, einen hydraulischen Binder mit besserer Qualität, als der nach bekannten Methoden hergestellte zu erhalten.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Binder auszubilden, welches kostengünstig und umweltfreundlich betrieben werden kann und hochwertige Erzeugnisse gewährleistet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Binder zu schaffen, welches mit verringerter Energiebilanz und Schmutzemission arbeitet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, welches zunächst die Vorbereitung eines aktiven Produktes zum Gegenstand hat. Dabei wird zunächst ein Rohmaterial, welches fein vermischte Tonformen und Kalziumkarbonat enthält, einer thermischen Behandlung bei Temperaturen zwischen 7000C und 9000C unterzogen.
Gleichzeitig wird ein bestimmter Partialdruck eines Kohlenstoffgases angelegt, welcher thermischen Dissoziation des Kalziumkarbonates entgegensteht.
Parallel dazu erfolgt eine Aktivierung der Tonformen durch Dehydroxylation, nach Art puzzolanartiger Aktivierung, und der Kalkverbindungen mit potentiellen wasserbindenden Eigenschaften ohne Bilanz von freiem Kalk.
Daran schließ eine Phase der Mischung des so erlangten aktiven Produktes bis zu 95% mit der entsprechenden Menge eines Aktivierungsproduktes bis 100% an.
Vorteilhafterweise erzeugt das aktivierende Produkt Kalziumhydroxid.
In zweckmäßiger Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird als aktivierendes Produkt klassischer Klinker eingesetzt. Bei der chemischen Herstellung der hydraulischen Binder, wie der Zemente, führt man die vollständige thermische Zersetzung des in der Rohmischung enthaltenen Calciumcarbonats durch, damit das freigesetzte Calciumoxid bei erhöhten Temperaturen von 1200°C bis 145O0C mit den Oxiden von Eisen, Aluminium und Silicium reagieren kann, um die hydraulischen Phasen des Klinkers zu bilden.
In Übereinstimmung mit der Erfindung vermeidet man die vollständige Decarbonisierung des Calciumcarbonats unter Begrenzung auf die alleinige Bildung der aktiven Kalk-Zusammensetzungen.
Es ist bekannt, daß die thermische Dissoziation von Calciumcarbonat eine Gleichgewichtsreaktion darstellt, deren Temperatur vom Kohlendioxid-Partialdruck abhängt, der im Reaktionsraum herrscht. Für einen Druck von 1 Atomsphäre liegt diese Temperatur in der Größenordnung von 9200C. Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, eine Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 700°C und 9000C ohne Zersetzung des Kalziumkarbonats durchzuführen. Dank der Aufrechterhaltung eines geeigneten Druckes von Kohlendioxid-Gas.
Wenn sich in diesem Zustand das Kalziumkarbonat in Anwesenheit der hinreichend reaktiven Oxide von Eisen, Aluminium und Silicium, beispielsweise derjenigen, die aus derthermischen Aktivierung von Ton stammen befindet, so werden bei einer Temperatur wie der der Bildungsreaktionen, einfache oder komplexe Kalk-Zusammensetzungen thermodynamisch möglich, wobei sich nur das in der Zusammensetzung vorhandene bzw. eintretende Kalziumkarbonat zersetzt. Andererseits entspricht die Zone der genannten Temperatur von 700°C bis 9000C derjenigen der mehr oder weniger vollständigen Dehydroxylierung einer großen Anzahl von Hydraten und Tonen mit Bildung sehr reaktiver Oxide. Diese kontrollierte Dehydroxylierung erfolgt, wie bekannt, auf der Basis der Bildung künstlicher Puzzolane. Zusammenfassend gesagt, realisiert man erfindungsgemäß gleichzeitig Aktivierungsreaktionen hydratisierter Phasen und Bildungsreaktionen von Kalk-Zusammensetzungen, ausgehend von einem geeigneten Anfangsmaterial, das bei erhöhter Temperatur in Verbindung mit einem Kohlendioxid-Partialdruck behandelt wurde, was der Dissoziation des Kalziumkarbonats entgegenwirkt. Die unter den beschriebenen Bedingungen gebildeten Verbindungen, wie beispielsweise aktive Oxide und Kalk-Zusammensetzungen sind durch eine sehr schlecht geordnete Struktur charakterisiert, der sie außerdem ihre Reaktivität verdanken. Andererseits weisen die Kalk-Verbindungen, die im Verlauf ihrer Bildung nie in Anwesenheit eines Überschusses an Kalziumoxid vorliegen, meistens einen minimalen Sättigungsgehalt an Kalk auf. Dies hat zur Folge, daß die geschätzten aktiven Produkte nur in Anwesenheit eines Kalziumhydroxid-Lieferanten, wie Klinker, oder eines ganz anderen aktivierenden Produkts, das geeignet ist, eine vergleichbare physikalisch-chemische Wirkung zu zeigen, wobei eine Menge in der Größenordnung von 5% eines derartigen Produkts schon eine hervorragende Wirkung gewährleistet, ihre hydraulischen Vorzüge vollständig entwickeln können. Ebenso sichert die Durchführung einer optimalen Gipsierung für jede Mischung die besten Ergebnisse. Die Tatsache, bei relativ niedrigen Temperaturen unter Vermeidung der Dissoziation des Kalziumkarbonats zu arbeiten, das somit nicht reagiert hat, ermöglicht es, eine vorteilhafte thermische Bilanz zu erreichen, denn die thermische Dissoziation des Kalziumcarbonats stellt den größten Teil des Energieverbrauchs dar. Gleichzeitig wird die Verunreinigung der Atmosphäre stark vermindert. So erfordert im Endeffekt die Herstellung einer Tonne aktiven Produkts nur ungefähr 400 Meal.
Die vorstehende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll nachfolgend an einigen Details näher erläutert werden.
Die beschriebene Behandlung wird vorteilhafterweise in einem Flammenofen mit einem Brennstoff und einer Regulierung durchgeführt, die den möglichen Maximalgehalt an Kohlendioxid sichert.
Man kann außerdem einen Ofen mit Fluid-Bett verwenden, der in einer geeigneten Atmosphäre arbeitet.
Die chemische Kontrolle der thermischen Behandlung des Produkts wird in einfacher Weise durch Bestimmungen des Glühverlustes, des Gehaltes an Kohlendioxid, des Gehaltes an freiem Kalk und des Gehaltes an unlöslichem Rückstand durchgeführt, die nach üblichen Methoden erfolgen.
Der Kalk des zu behandelnden Materials wird durch die folgenden Überlegungen gesteuert:
Das zu behandelnde Produkt muß einen so innigen Kontakt als möglich zwischen den hydratisieren Phasen und dem Kalziumkarbonat aufweisen. Es kann entweder natürlichen Ursprungs, wie beispielsweise mehr oder weniger kalkhaltiger Ton, Mergel, einige Schiefer usw. oder künstlichen Ursprungs durch Mischung von abgetrennten feinen Materialien, wie Rückstand der Copräzipitation, Gewässerbehandlung usw. sein.
Gegebenenfalls können chemische Mineralisationsmittel zugesetzt werden, um die Reaktion zu begünstigen. Die Reaktionen finden im festen Zustand statt, wobei man eine wechselseitige Verdünnung der Hauptbestandteile voneinander — hydratisierte Phasen und Carbonat-Phasen—-vermeiden muß. Beispielsweise hat ein hydraulischer Binder, der 80% eines erfindungsgemäß erhaltenen Produkts und 20% klassischen Klinker enthielt, mit optimaler Gipsierung die folgenden Festigkeitswerte in Iso-Mörtel ergeben:
Zug-Biegungsfestigkeit Druckbean
spruchung
11,0Mpa 31,0 Mpa 48,0 Mpa 53,6 Mpa 55,6 Mpa
Es wurde auf diese Weise ein hydraulischer Binder mit sehr guter Qualität erhalten, wobei das angewandte Verfahren eine wesentliche Energie-Einsparung und eine spürbare Verringerung der Verschmutzung gestattet.
| 2 Tage | 2,55 Mpa |
| 7Tage | 5,60 Mpa |
| 28 Tage | 7,80 Mpa |
| 3 Monate | 8,40 Mpa |
| 6 Monate | 8,70 Mpa |
Claims (3)
- Erfindungsanspruch:1. Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Binder, gekennzeichnet durch die Vorbereitung eines aktiven Produktes mit folgenden Verfahrensschritten— Einsatz eines Rohmaterials, welches fein vermischte Tonformen und Kalziumkarbonat enthält,— thermische Behandlung dieses Materials bei Temperaturen zwischen 7000C und 9000C,— Anlegen eines Partialdruckes von Kohlenstoffgas während der thermischen Behandlung, welcher der thermischen Dissoziation des Kalziumkarbonates entgegensteht,— Durchführung einer gleichzeitigen Aktivierung der Tonformen durch Dehydroxylation, in Form puzzolanartiger Aktivierung, und der Kalkverbindungen mit potentiellen wasserlöslichen Eigenschaften ohne Bildung von freiem Kalk und— durch Mischung des so erlangten aktiven Produktes bis zu 95% mit der entsprechenden Menge eines Aktivierungsproduktes bis 100%.
- 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das aktivierende Produkt Kalziumhydroxid erzeugt.
- 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das aktivierende Produkt klassischer Klinker ist.
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