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DE60016610T2 - Verfahren zur verbesserung der mahlung von zementklinker in walzenmühlen - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der mahlung von zementklinker in walzenmühlen Download PDF

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DE60016610T2
DE60016610T2 DE60016610T DE60016610T DE60016610T2 DE 60016610 T2 DE60016610 T2 DE 60016610T2 DE 60016610 T DE60016610 T DE 60016610T DE 60016610 T DE60016610 T DE 60016610T DE 60016610 T2 DE60016610 T2 DE 60016610T2
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WR Grace and Co
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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Additiven zum Mahlen von Zementklinker und insbesondere die Verwendung von mindestens einem Polymer mit hohem Molekulargewicht in Mühlen, die Walzen verwenden, um den Zementklinker und gegebenenfalls weitere Pozzolanmaterialien zu mahlen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • US-A-5 720 796 (Cheung et al.) offenbarte Mahlhilfsmittel zur Behandlung von Hochofenschlackeneinsatzmaterial von Walzenpressen, wobei 0,002 bis 0,2 Gew.-% Polyacrylsäure oder ihres Alkalimetallsalzes in Kombination mit bis zu etwa 4 Gew.-% Wasser verwendet werden. Diese Walzenpressen sind aus gegenüberliegenden Walzen zusammengesetzt, durch die granulierte Hochofenschlacke zugeführt und zu feineren Teilchen gemahlen wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft demgegenüber das Mahlen von Zementklinker, der gegebenenfalls zusammen mit anderen tonartigen/tonhaltigen Materialien wie Ton- oder Pozzolanmaterialien wie natürlichem Pozzolan, Flugasche, Kalkstein, Hochofenschlacke und anderen gemahlen werden kann. Die vorliegende Erfindung richtet sich daher auf ein unterschiedliches Mahlmaterial mit unterschiedlicher Härte und Morphologie als die granulierte Hochofenschlacke. In diesem Fall wird Zementklinker in Form von Kugeln mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 3 cm geliefert.
  • Die vorliegende Erfindung eignet sich auch für Walzenmühlen, die Walzen in einer Anordnung verwenden, die von Walzenpressen verschieden ist. Walzenmühlen weisen Gruppen von Mahlwalzen, die oberhalb von einem Mahltisch rotieren, der sich in einer kreisförmigen Bahn bewegt, und einen Klassierer auf, der oberhalb von den Walzen und dem Mahltisch angebracht ist.
  • Walzenmühlen sind ausgelegt, um feste Materialien, wie Tone, Klinker, Gips, natürliches Pozzolan, Kalkstein und Hochofenschlacke zu pulverisieren und zu klassifizieren. Eine typische Walzenmühle weist daher eine Gruppe von Walzen, einen Walzentisch, typischerweise mit einem Durchmesser im Bereich von 30 Zoll bis 200 Zoll, und eine Klassiererkomponente in einer ringförmigen Gehäuseeinheit oder Verkleidung auf. Ein Beispiel ist in 1 von US-A-3 951 347 gezeigt, auf das hier Bezug genommen wird. Walzenmühlen werden zum Mahlen von Rohmaterialien und zum Mahlen von Fertigmaterial in Zementproduktionsanlagen verwendet. Beim Mahlen von sowohl Roh- als auch Fertigmaterialien werden die Materialien zu dem Mittelpunkt des Walzentisches gefördert oder diesem zugeführt und auf der Tischoberfläche verteilt, um ein Materialbett oder eine Materialschicht zu bilden. Die Zentrifugalkraft der Anlage verschiebt die Materialien vom Mittelpunkt des Tisches zu dem äußeren Tischrand. Wenn sich das Materialbett zwischen den Walzen und dem Tisch fortbewegt, wird das Material zunehmend pulverisiert. Wenn die gemahlenen Materialien den Rand des Mahltisches erreichen, werden die leichteren und kleineren Teilchen als Produkte durch einen Luftstrom in einen Zyklon aufwärts gefördert, wohingegen die schwereren und gröberen Teilchen durch die Schlitze fallen und schließlich zu dem Mittelpunkt des Tisches für ein erneutes Mahlen zurückgeführt werden.
  • Häufig ruft der Betrieb der großen Gruppen von Walzen auf dem Tisch Vibrationen hervor und dies erfolgt vermutlich, weil das Materialbett, das zwischen den Walzen und dem Tisch angeordnet ist, keine Schicht mit einer einheitlichen Dicke bildet oder weil an der Rückseite der Walzen nach Kompaktierung der Bettmaterialien durch die Mahlwalzen ein Luftstoß erzeugt wird. Viele Hersteller haben versucht, die Mahleffizienz oder Bettstabilität durch Erhöhung der Reibungskräfte zwischen dem Tisch, dem Materialbett und den Walzen zu verbessern, wie durch Veränderungen der Walzenausführung und der Tischkonstruktion.
  • Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung liegt in der Verbesserung der Stabilität und der Einheitlichkeit des Materialbetts durch chemische Mittel, wodurch die Effizienz verbessert wird, mit der der Zementklinker von den Walzen gemahlen wird.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Mahlleistung von Mühlen vom Walzentyp allgemein zu verbessern, die die Belastungskräfte von Walzen verwenden, um Zementklinker, allein oder in Kombination mit anderen tonartigen/tonhaltigen Materialien, wie Ton- oder Pozzolanmaterialien wie natürlichem Pozzolan, Flugasche, Kalkstein, Hochofenschlacke oder einer Mischung derselben, zu zerkleinern.
  • FR-A-2 485 949 offenbart ein Verfahren zur Senkung der Energie, die erforderlich ist, um Zementklinker unter Verwendung von Kugelmühlen zu mahlen, indem beispielsweise Ethanolamine oder Ethylendiamin als Additive verwendet werden, um ein Aneinanderhaften/Zusammenbacken von Teilchen zu vermeiden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Verbessern von Mahlvorgängen zur Verfügung, bei dem Zementklinker unter Verwendung von Walzen zu Zementteilchen gemahlen wird, wobei bei dem Verfahren Zementklinker in mahlenden Kontakt mit Walzen gebracht wird, die wirksam sind, um den Klinker zu Zementteilchen zu mahlen, und dem Klinker oder den Walzen eine Menge von 0,001 bis 0,5 %, bezogen auf das Trockengewicht des den Walzen zugeführten Zementklinkers, eines Binde-/Verdichtungsmittels zugeführt wird, das mindestens ein Po lymer mit einem mittleren Molekulargewicht von 50 000 bis 500 000 umfasst, wobei dieses Binde-/Verdichtungsmittel Polyacrylsäure oder ein Salz davon, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyoxyethylen, Polysulfonsäure oder ein Salz davon, Polyamid oder eine Mischung derselben umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Binde-/Verdichtungsmittels, um die Mahlvorgänge zu verbessern, bei denen Zementklinker, entweder allein oder in Kombination mit einem tonartigen/tonhaltigen Material wie Ton- oder Pozzolanmaterial, das natürliches Pozzolan, Kalkstein, Hochofenschlacke oder eine Mischung derselben umfasst, zu Zementteilchen unter Verwendung von Walzen gemahlen wird. Es wird angenommen, dass bei einer mit einer Walze betriebenen Zerkleinerung von teilchenförmigem Material für Mahleffizienz gesorgt und, wenn der Mahlvorgang insbesondere Walzenmühlen einbezieht, die Einheitlichkeit und Stabilität des Materialbetts auf dem Mahltisch signifikant bis zu dem Punkt verbessert wird, an dem Vibrationen der Walzenmühlen vermindert werden.
  • Bei einem beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Zementklinker in mahlenden Kontakt mit Walzen gebracht, die wirksam sind, um den Klinker zu Zementteilchen zu mahlen, und dem Klinker oder den Walzen, in einer Menge von 0,001 bis 0,5 %, bezogen auf das Trockengewicht des den Walzen zugeführten Zementklinkers, ein Binde-/Verdichtungsmittel zugeführt wird, das mindestens ein Polymer mit einem mittleren Molekulargewicht von 50 000 bis 500 000 umfasst.
  • Der Einsatzmaterialstrom von Klinker zu den Mahlvorgängen schließt üblicherweise Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 3 cm ein. Der Klinker wird zu kleineren Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 100 bis 1000 μm gemahlen. Die erfindungsgemäß in Betracht gezogenen Binde-/Verdichtungsmittel sind erforderlich, damit sie sich an die Zementteilchen über verschiedene Größenbereiche hinweg anlagern, sodass, wenn sie kompaktiert werden (d.h. wegen eines größeren Masse/Volumen-Verhältnisses verdichtet werden), sowohl die Einheitlichkeit des Materialbetts aus Klinker/Teilchen als auch die Mahleffizienz verbessert werden. Das Binde-/Verdichtungsmittelpolymer kann dem Pozzolanmaterial, bevor es auf die Walzen oder die Mahloberfläche gebracht wird, oder auf der Materialschicht zugeführt werden, nachdem diese zwischen gegenüberliegenden Walzen (wie in einer Walzenpresse) oder zwischen den Walzen und der Mahltischoberfläche (wie in einer Walzenmühle) aufgebracht worden ist. Das Polymer kann sogar dem Luftstrom (Walzenmühle) zugeführt werden, der um die Walzen- und Mahltischoberfläche herum und oberhalb davon gewirbelt wird.
  • Weitere Vorteile und Merkmale von erfindungsgemäßen Verfahren und Zusammensetzungen werden ferner aus der folgenden detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen ersichtlich.
  • Detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
  • Portlandzementklinker wird durch Sintern einer Mischung von Komponenten hergestellt, die Calciumcarbonat (als Kalkstein), Aluminiumsilikat (als Ton oder Schiefer), Siliciumdioxid (als Sand) und verschiedene Eisenoxide enthält. Bei dem Sinterverfahren finden chemische Reaktionen statt, bei denen ausgehärtete Klümpchen gebildet werden, die üblicherweise als Klinker bezeichnet werden. Nachdem sich der Klinker abgekühlt hat, wird er zusammen mit einer kleinen Menge an Gips (Calciumsulfat) in einer Feinmahlmühle zermahlen, um ein feines, homogenes pulvriges Produkt zu liefern, das als Portlandzement bekannt ist.
  • Zementartige Zusammensetzungen, die durch erfindungsgemäße Verfahren hergestellt sind, umfassen somit vorwiegend Zementklinker, anders gesagt mindestens 40 Gew.-% Portlandzement und insbesondere mindestens 80 %. Sekundäre Ton- oder Pozzolanmaterialien können mit dem Zementklinker ebenfalls eingemischt werden, wie Ton, natürliches Pozzolan, Flugasche, Kalkstein, Hochofenschlacke oder eine Mischung derselben.
  • Eine typische Walzenmühle hat eine Vielzahl von Walzen, eine horizontale Mahloberfläche (oder "Walzentisch"), typischerweise mit einem Durchmesser im Bereich von 30 Zoll bis 200 Zoll, und üblicherweise eine Klassiererkomponente in einem üblichen Gehäuse (typischerweise von zylindrischer Gestalt), in dem die Walzen, der Tisch und der Klassierer untergebracht sind. Die Materialien werden in das Mühlengehäuse gefördert (wie durch eine Rohrleitung) und am Mittelpunkt des Mahltisches verteilt, um ein Bett oder eine Schicht aus teilchenförmigem Material zu bilden, das zwischen den Walzen und dem Tisch kompaktiert und gemahlen wird. Jede Gruppe von Walzen rotiert typischerweise um einen Drehpunkt oberhalb von einem kreisförmig rotierenden Mahltisch. Die durch den Betrieb des Mahltisches erzeugte Zentrifugalkraft fördert die Materialien von dem Mittelpunkt des Tisches zu seinem Außenrand. Wenn sich das Materialbett zwischen den Walzen und dem Tisch fortbewegt, werden die Materialien zermahlen. Das gemahlene Material läuft über den Außenrand des Mahltisches, wo leichtere und kleinere Teilchen durch einen Luftstrom aufwärts in Richtung des Klassierers gefördert werden, der in dem oberen Teil des Walzenmühlengehäuses angebracht ist. Die schwereren und gröberen Teilchen, die über den Außenrand des Mahltisches laufen, fallen demgegenüber durch die Schlitze und werden schließlich zu dem Mittelpunkt des Tisches zurückgeführt, um einem weiteren Mahlen zwischen den Walzen und dem Tisch unterzogen zu werden.
  • Wie oben beim Hintergrund dieser Anmeldung erwähnt, tritt zuweilen eine Vibration auf, wenn das Materialbett nicht in einer verhältnismäßig einheitlichen Höhe oder Tiefe geschichtet oder kompaktiert ist und/oder die Walzen das Bett nicht auf eine gleichmäßige Weise kontaktieren, was durch den plötzlichen Luftstoß hervorgerufen wird, der aus dem Materialbett herausgepresst wird.
  • Beispielhafte, erfindungsgemäß in Betracht zu ziehende Binde/Verdichtungsmittel zum Mahlen von Zementklinker, entweder allein oder mit anderen zementartigen Materialien, umfassen ein Homopolymer oder Copolymer mit einem mittleren Molekulargewicht zwischen 50 000 und 500 000 und insbesondere zwischen 100 000 und 300 000. Das Polymer kann verzweigt oder linear sein, ist jedoch vorzugsweise linear. Das Polymer kann Polyacrylsäure oder ein Salz davon, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyoxyethylen, Polysulfonsäure oder ein Salz davon, Polyamid oder eine Mischung derselben umfassen. Das Binde-/Verdichtungsmittel wird vorzugsweise in einer Menge von 0,001 bis 0,5 %, bezogen auf das Gewicht des von den Walzen gemahlenen Klinkermaterials (und von jeglichem optionalen zementartigen Material), verwendet.
  • Weitere beispielhafte erfindungsgemäße Verfahren schließen die Verwendung von Binde-/Verdichtungsmitteln ein, die Gemische von Polymeren aufweisen, die durch Mischen von zwei Polymeren mit unterschiedlichen mittleren Molekulargewichten gebildet werden. Beispielsweise kann ein beispielhaftes Bindemittel ein erstes Polymer mit einem mittleren Molekulargewicht von mindestens 100 000 und ein zweites Polymer mit einem mittleren Molekulargewicht zwischen 50 000 und 100 000 umfassen. Das Verhältnis von erstem Polymer zu zweitem Polymer liegt vorzugsweise im Bereich von 1 : 20 bis 20 : 1. Somit kann ein bevorzugtes erstes Polymer eine Polyacrylsäure oder ein Salz davon umfassen, das in linearer Form vorliegt und ein mittle res Molekulargewicht von 150 000 aufweist, wohingegen ein bevorzugtes zweites Polymer eine Polyacrylsäure oder ein Salz davon, in verzweigter oder linearer Form (bevorzugter linear), mit einem mittleren Molekulargewicht von 50 000 umfassen kann.
  • Bei einem weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Binde-/Verdichtungsmittel verwendet, das ein erstes Polymer mit einem mittleren Molekulargewicht von 50 000 bis 500 000 und ein zweites Polymer mit einem mittleren Molekulargewicht von 100 bis 50 000 aufweist, wobei das mittlere Molekulargewicht des zweiten Polymers von dem mittleren Molekulargewicht des ersten Polymers verschieden ist. Das erste Polymer und das zweite Polymer können im Molverhältnis von 1 : 20 bis 20 : 1 verwendet werden.
  • Bei einem noch weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahren wird das zuvor genannte Binde-/Verdichtungsmittel zusammen mit einem oder mehreren herkömmlichen Dispersionsmitteln zugeführt, wie einem Glykol (z.B. Diethylenglykol), einem Hydroxylamin (z.B. vorzugsweise ein tertiäres Alkanolamin) und/oder seinen Acetat- oder Formiatsalzen oder einer Mischung derselben. Beispielsweise können Triethanolamin, Triisopropanolamin und/oder ein Hydroxylamin wie N,N-Bis(2-hydroxyethyl)-2-propanolamin in Kombination mit den beispielhaften erfindungsgemäßen Binde-/Verdichtungsmitteln zusätzlich verwendet werden. Das beispielhafte Bindemittel und das herkömmliche Dispersionsmittel können in Verhältnissen von 1 : 20 bis 20 : 1 verwendet werden. Wenn zwei oder mehrere Binde-/Verdichtungsmittelpolymere ("A" & "B") mit einem herkömmlichen Dispersionsmittel ("C") verwendet werden, können die Verhältnisse der Komponenten (A : B : C) von 1 : 1 : 20 bis 20 20 : 1, bezogen auf das Trockengewicht, liegen.
  • Bei einem weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahren wird das zuvor genannte Binde-/Verdichtungsmittel (und optionale Dispersionsmittel) dem Zementklinkereinsatzmaterialstrom einer Walzenmühle, dem rückgeführten Strom (wodurch grobe Zementteilchen zum Mittelpunkt der horizontalen Mahloberfläche oder des horizontalen Mahltisches zurückgeführt werden), auf die Oberseite einer Schicht aus Zementmaterial auf der Oberseite des Tisches, in einem Luftstrom, der um die Walzen und den Tisch herum gewirbelt wird, oder irgendeiner Kombination der vorhergehenden zugeführt.
  • Zum Zwecke der Verteilung kann das Binde-/Verdichtungsmittel (und optionale Dispersionsmittel) bis zu einem Faktor von 10 in einer wässrigen Lösung verdünnt und in die Walzenmühle injiziert werden, wie in einen Luftstrom, der in Richtung der Walzen und/oder der Tischoberfläche gerichtet ist, in einen Luftstrom, der aufwärts in den Klassierer gefördert wird, und/oder in einen Luftstrom, der zur Rückführung von Teilchen zum Mittelpunkt des Tisches verwendet wird. Alternativ kann das Binde-/Verdichtungsmittel in einer wässrigen Form direkt auf die Walzen, den Tisch und/oder den Zementklinkereinsatzmaterialstrom (z.B. Ausgangseinsatzmaterialstrom oder rückgeführte Einsatzmaterialströme) gespritzt oder gesprüht werden.
  • Die vorhergehende Diskussion und das vorhergehende Beispiel dienen lediglich zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Verbessern von Mahlvorgängen, bei dem Zementklinker unter Verwendung von Walzen zu Zementteilchen gemahlen wird, wobei bei dem Verfahren Zementklinker in mahlenden Kontakt mit Walzen gebracht wird, die wirksam sind, um den Klinker zu Zementteilchen zu mahlen, und dem Klinker oder den Walzen eine Menge von 0,001 bis 0,5 %, bezogen auf das Trockengewicht des den Walzen zugeführten Zementklinkers, eines Binde-/Verdichtungsmittels zugeführt wird, das mindestens ein Polymer mit einem mittleren Molekulargewicht von 50 000 bis 500 000 umfasst, wobei dieses mindestens eine Polymer des Binde-/Verdichtungsmittels Polyacrylsäure oder ein Salz davon, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyoxyethylen, Polysulfonsäure oder ein Salz davon, Polyamid oder eine Mischung derselben umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Walzen rotierbar an einem Mahltisch befestigt sind, der sich auf einer kreisförmigen Bahn bewegt, wobei bei dem Verfahren ferner eine Schicht aus Zementklinker in dieser Bahn bereitgestellt wird und das Binde-/Verdichtungsmittel in oder auf die Schicht aus Klinker auf dem Mahltisch zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Walzen in einer gegenüberliegenden Weise befestigt sind, wodurch Zementklinker zwischen den Walzen gemahlen wird, wobei bei dem Ver fahren ferner Zementklinker zwischen den Walzen zugeführt wird und das Binde-/Verdichtungsmittel in oder auf den Klinker vor der Zuführung des Klinkers zwischen den Walzen zugeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ferner in mahlenden Kontakt mit den Walzen zusammen mit dem Zementklinker weiteres tonartiges/tonhaltiges Material gebracht wird, das Ton- oder Pozzolanmaterialien umfasst, die natürliches Pozzolan, Flugasche, Kalkstein, Hochofenschlacke oder eine Mischung davon umfassen, wobei der Klinker in einer Menge von mehr als 40 Gew.-% bezogen auf die gesamten Materialien, die den Klinker und das weitere tonartige/tonhaltige Material umfassen, verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Zementklinker in einer Menge von mehr als 80 Gew.-% bezogen auf die gesamten Materialien, die den Klinker und das weitere tonartige/tonhaltige Material umfassen, verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Binde-/Verdichtungsmittel ein erstes Polymer mit einem mittleren Molekulargewicht von mindestens 150 000 und ein zweites Polymer mit einem mittleren Molekulargewicht zwischen 50 000 und 100 000 umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Verhältnis von erstem Polymer zu zweitem Polymer vorzugsweise im Molverhältnisbereich von 1 : 20 bis 20 : 1 liegt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Binde-/Verdichtungsmittel ein erstes Polymer mit einem mittleren Molekulargewicht von 50 000 bis 500 000 und ein zweites Polymer mit einem mittleren Molekulargewicht von 100 bis 50 000 umfasst, wobei das mittlere Molekulargewicht des zweiten Polymers von dem mittleren Molekulargewicht des ersten Polymers verschieden ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ferner zusätzlich zu dem mindestens einen Polymer des Binde-/Verdichtungsmittels ein herkömmliches Mahladditiv dem Klinker oder den Walzen zugeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das herkömmliche Mahladditiv ein Glykol, ein sekundäres oder tertiäres (C2-C5)-Alkanolamin oder dessen Salz oder eine Mischung davon umfasst.
DE60016610T 1999-09-13 2000-09-05 Verfahren zur verbesserung der mahlung von zementklinker in walzenmühlen Expired - Lifetime DE60016610T2 (de)

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