DE2523367C2 - Verfahren zur Absenkung des Alkaligehalts im Zementfertigbrand - Google Patents
Verfahren zur Absenkung des Alkaligehalts im ZementfertigbrandInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absenkung des Alkaligehalts im Fertigbrannt eines in einem
Ofensystem in mehreren Stufen thermisch behandelten Zementrohmehls durch Zugabe eines alkalireduzierenden
und chlorenthaltenden Zuschlagstoffes.
In der Zementchemie und der Zementtechnologie ist bekannt, daß Alkaliverbindungen im Zement dessen
Eigenschaften meist ungünstig beeinflussen. So können Alkaliverbindungen des Zements, die durch feuchtes
CO2 der Luft in Alkalikarbonate umgewandelt werden, die Erstarrungszeit erheblich verkürzen und so das
sogenannte Umschlagen des Zements herbeiführen. Weiterhin ist bekannt, daß ein zu hoher Alkaligehalt im
Zement zu Ausblühungen von Alkalisulfaten an Beton führen kann. Auch bei den sogenannten reaktionsfähigen
Zuschlagstoffen kann durch einen hohen Alkaligehalt im Zement eine Reaktion der Alkalien mit diesen
Zuschlagstoffen ein Alkalitreiben des Zements verursachen und damit die Raumbeständigkeit des Betons
gefährden.
Um den Alkaligehalt des Zementklinkers im Hinblick aiii die spätere Verarbeitung des Zements zu erniedrigen
und eine Limitierung der Alkalien aus Qualitätsgründen zu erreichen, ist bereits versucht worden, die
Absenkung des Alkaligehalts im Zementklinker dadurch vorzunehmen, daß dem zu brennenden Zementrohmehl
chemische Zuschlagstoffe beigegeben wurden, die die Alkaliverdampfung günstig beeinflussen sollten. Es hat
sich gezeigt, daß Zuschlagstoffe, wie beispielsweise
ä Kalziumsulfat (CaSO4) oder Kalziumfluorid (CaF2) den
Alkaligehalt im Klinker kaum beeinflußten. Andererseits ist bekannt, dem Zementrohmehl bis zu 3%
Kalziumchlorid (CaCl2) beizumengen. Der Alkalipehalt
im fertiggebrannten Zement konnte dadurch gesenkt
ίο werden. Dieses Verfahren zur Absenkung des Alkaligehalts
ist jedoch aufgrund der hohen Kosten für Kalziumchlorid nicht wirtschaftlich und beeinflußt die
Zementherstellungskosten in ungünstiger Weise.
Nach einem weiteren Verfahren zur Herstellung
is eii,2s alkaliarmen Zementklinkers sollen als chlorhaltige
Materialien, die im Stande sind, die im Einsatzgut enthaltenen Alkalien in Alkalichloride umzuwandeln,
chlorierte organische Abfallprodukte, wie beispielsweise polychlorierte Verbindungen, in den Drehofen
eingeführt werden. Diese chlorierten Kunststoffe müssen jedoch in sorgfältig dosierten Mengen in den
Drehofen eingeführt werden, damit eine aktive Alkalichloridbildung und Verflüchtigung der Alkalichloride
einsetzen kann. Dies erfordert aber einen hohen apparativen und regeltechnischen Aufwand, der sich
wiederum ungünstig in den Zementherstdlungskosten auswirkt
Andere Verfahren zur Absenkung des Aikaligehalts im Klinker sahen vor, die in der Sinterzone des
jo Ofensystems verdampfenden Alkaliverbindungen zusammen
mit den Abgasen des Drehofens nach Entstaubung unmittelbar aus dem Wärmeprozeß zu
entziehen. Die Vorwärmung des Zementrohmehls im Ofensystem sollte dann ausschließlich durch in die
Vorwärmstufe eingeführte heiße Kühlerabluft erfolgen. Hierdurch wird jedoch die Gesamtwärmebilanz des
Ofensystems ganz erheblich verschlechtert. Ein Entzug der Alkaliverbindungen zusammen mit dem Ofenabgas
ist jedoch nicht möglich, wenn die Alkalien in der Sinterzone nicht oder nur unvollständig verdampfen,
sondern direkt in das Endprodukt einwandern.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bisherigen Verfahren zur Herstellung eines Zements mit
niedrigem Alkaligehalt zu vermeiden und den Alkaligehalt im Zementklinker mit wirtschaftlich vertretbaren
Mitteln abzusenken und so ohne Verschlechterung der Gesamtwärmebilanz des Ofensystems einen qualitativ
hochwertigen Zement mit gleichmäßig niedrigem Alkaligehalt kostengünstig herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem als Vorwärmstufe, Entsäuerungsstufe und
Sinterstufe bestehenden Ofensystem Chlor enthaltende Kohlenstoffverbindungen in die Entsäuerungsstufe oder
die Vorwärmstufe eingeführt werden. Durch die innige dispersive Vermischung des Zuschlagstoffs und der
Rohmehlteilchen kommt es infolge des gleichmäßig hohen Wärmeangebots in der Entsäuerungsstufe bzw. in
der Vorwärmstufe zu einer schnellen und vollständigen thermischen Zersetzung der Chlor enthaltenden Kohlenstoffverbindungen.
Das freiwerdende Chlor kann daher über einen längeren Zeitraum gleichmäßig mit den vorgewärmten Rohmehlteilchen reagieren, wobei
sowohl die auf dem Rohmehl niedergeschlagenen als auch die im Rohmehl gebundenen Alkalien schon vor
b) Eintritt in die Sinterstufe zu den leichtflüchtigen
Alkalichloriden umgebildet werden, so daß diese in der Sinterstufe infolge der dort herrschenden hohen
Temperaturen aus dem Brenngut gleichmäßig ausdamp-
fen. Hierdurch wird ein statistisch gleichmäßiger Alkaligehalt im fertiggebrannten Zementklinker erreicht.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Chlor enthaltenden Kohlenstoffverbindungen zusammen
mit einem Brennstoff in die Entsäuerungsstufe eingeführt werden. Daher kann jeder geeignete
Brennstoff in gasförmiger, flüssiger oder fester Form verwendet werden, dem die Chlor enthaltenden
Kohlenstoffverbindungen als Zuschlagstoff in vorgegebenen Mischungsverhältnissen beigemengt wird, so daß
sich die Alkalichloridbildung genau einstellen läßt und sichergestellt ist, daß die thermische Zersetzung des
Chlor enthaltenden Zuschlagstoffs und die Bildung der Alkalichloride sofort beginnt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Teilmenge der Chlor enthaltenden
Kohlenstoffverbindungen in die Entsäuerungsstufe und die Restmenge in die Sinterstufe eingeführt wird.
Hierdurch kann sowohl eine gleichmäßige Alkalichloridbildung
in der Entsäuerungsstufc erreicht werden, als
auch die Alkaiiausdampfung aus dem Zementkiaiker in
der Sinterstufe zusätzlich wirksam unterstützt werden. Diese Maßnahme bietet sich insbesondere dann an,
wenn verschiedene Arten von Chlor enthaltenden Kohlenstoffverbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften
bezüglich ihrer Chlorbindung zur Anwendung kommen. Insbesondere ist bei der Verwendung von
Chlor enthaltenden Kohlenstoffverbindungen unterschiedlicher Konsistenz von Vorteil, die flüssigen
Zuschlagstoffe in die Entsäuerungsstufe einzugeben und in dieser Stufe den Wassergehalt auszutreiben, während
die festen, Chlor enthaltenden Kohlenstoffverbindungen bevorzugt unter vollständiger Ausnutzung ihres
Heizwertes in die Sinterstufe eingeführt werden. Weiterhin braucht durch diese erfindungsgemäße
Maßnahme zur Bildung der Alkalichloride und damit zur Ausdampfung dieser Chloride aus dem Zementklinker
in der Sinterstufe nicht auf besonders ausgesuchte chlorreiche Kohle als Brennstoff zurückgegriffen zu
werden, sondern es kann auch ein anderer geeigneter Brennstoff in gasförmiger, flüssiger oder fester Form
zur Oxydation in der Sinterstufe verwendet werden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, Chlor enthaltende Kohlenstoffverbindungen in die
heißeste Zone der Vorwärmstufe einzuführen, damit dort bereits eine gleichmäßige Alkalichloridbildung
einsetzt. Vorteilhaft ist es hierbei, eine Teilmenge der Chlor enthaltenden Kohlenstoffverbindungen in die
heißeste Zone der Vorwänvistufe und die Restmenge in
die Sinterstufe einzuführen.
Weiterhin ist es in Ausgestaltung der Erfindung verfahrensmäßig besonders vorteilhaft, daß als Zuschlagstoff
Chlor enthaltender Kunststoff, vorzugsweise Polyvenylchlorid zur Erhöhung der Alkaliflüchtigkeit
verwendet wird. Hierdurch können in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Maßnahme, die Zuschlagstoffe
in die Entsäuerungszone bzw. in die heißeste Zone der Vorwärmstufe einzuführen, die Herstellungskosten von
Zement mit niedrigem Alkaligehalt weiter gesenkt werden, da diese chlorhaltigen Kunststoffe als billige
Abfallprodukte aus der kunststoffverarbeitenden Industrie bezogen werden können und so auf die teuren
Zuschlagstoffe beispielsweise Kalziumchlorid verzichtet werden kann. Infolge der thermischen Zersetzung
der Kunststoffe in der Entsäuerungszone bzw. in der heißesten Zone der Vorvärmstufe findet eine noch
gleichmäßigere Freisetzung des gebundenen Chlors und Bildung von Alkalich'oriden statt, die infolge ihres
niedrigen Verdampfungspunktes eine hohe Flüchtigkeil aufweisen. Die bei der thermischen Zersetzung der
chlorenthaltenden Kunststoffe freiwerdende Wärme kann zusätzlich genutzt werden, um die thermische
Behandlung des Zementrohmehls in den einzelnen Behandlungsstufen wärmetechnisch zu verbessern.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird weiterhin erreicht, daß nunmehr auch die Abfallprodukte von
in chlorenthaltenden Kunststoffen, die bisher offen verbrannt
oder nach Abfallhalden gefahren wurden, einer wirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden können.
Vorzugsweise wird als Zuschlagstoff Polyvenylchlorid verwendet. Dieser chlorenthaltende Kunststoff ist ein
besonders kostengünstiger Zuschlagstoff, da in der Kunststoffindustrie Polyvenylchlorid in besonders hohem
Maße verarbeitet wird und somit auch als Abfallprodukt in großen Mengen anfällt Auch läßt sich
Polyvenylchlorid in großen Mengen gefahrlos lagern und darüber hinaus mit Zerkleinerungsmaschinen bis zu
staubfeinen Körnungen für den Einsatz in der Zementindustrie aufarbeiten. Infolge des vorteilhaft
hohen Chlorgehalts des Polyvenylchlorids kann beispielsweise bei einer Zugabe von nur 0,5% der
Klinkerproduktion ca. 03% Kalium bzw. Natrium an
Chlor gebunden und verdampft werden.
In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die verflüchtigten
Alkalien zumindest teilweise unmittelbar vor ihrer
jo Kondensation aus dem Ofensystem abgezogen werden.
Die Konzentration der aus dem Zementklinker verdampften Alkalien nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren ist in den Abgasen des Ofensystems so hoch, daß bereits das Ableiten einer Teilmenge der Ofenabgase
hinter der Sinterstufe den inneren Alkalikreislauf und damit den Alkaligehalt im fertiggebrannten Zementklinker
ganz erheblich verringert, ohne daß die Wärmewirtschaftlichkeit moderner wärmesparender Ofensys'eme
nennenswert beeinträchtigt wird.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird das erfindungigemäße
Verfahren näher erläutert.
Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 zeigt im einzelnen, daß bei dem dargestellten Ofensystem vor
dem Drehofen 1 sich die Einlaufkammer 2 befindet, in welche die Gutzufuhr 3 aus dein untersten Zyklon 4
eines Schwebegaswärmetauschers einmündet. Oberhalb des Zyklons 4 befindet sich die Gasableitung 5, die zu
dem Zyklon 6 führt, von welchem die Gasableitung 7 zu den weiteren nicht näher dargestellten Zyklonen der
so Vorwärmstufe abgeht. Zwischen dem Drehofen 1 und der aus mehreren Zyklonen bestehenden Vorwärmstufe
ist eine vertikal ausgerichtete Abgasleitung 8 angeordnet, in die die Gutzufuhr 9 des Zyklons 6 einmündet. Im
unteren Bereich der Abgasleitung 8 ist eine Bypaßleitung 10 angeschlossen, die über nicht näher dargestellte
Entstaubungssysteme mit der Umgebung in Verbindung steht. Am Austragsende des Drehofens ist ein Kühler 11
für den zu kühlenden Zementklinker angeordnet, der über eine Abluftleit-.ng 12 einerseits über nicht näher
dargestellte Entstaubungsanlagen mit der Umgebung, andererseits über eine Sekundärluftleitung 13 mit >n der
Abgasleitung 8 oberhalb der Zuführleitung 9 angeordneten Brennereinrichtungen 14 in Verbindung steht. Die
Abgasleitung 8 und die gesonderten Brennereinrichtun-
b- gen bilden hierbei eine gesonderte Entsäuerungsstufe
für das über die Zufuhrleitung 9 eingeführte Zementrohmehl.
In der Entsäuerungsstufe sind in der Abgasleitung 8 vorzugsweise oberhalb der Gutzufuhrleitung 9 und
unterhalb der Brennereinrichtungen 14 vorzugsweise tangential ausgerichtete Zufuhreinrichtungen 15 für
einen alkalireduzierenden Zuschlagstoff vorzugsweise einen chlorenthaltenden Kunststoff vorgesehen. Am
Gutaustragsende des Drehofens I sind im Bereich der
Brennstoffzuführung 16 ebenfalls Zufuhreinrichtungen 17 für einen chlorenthaltenden Kunststoff angeordnet
VerfahrensmäBig ergibt sich anhand des Ausführungsbeispieles gemäß F i g. I der folgende Ablauf. Zur
Absenkung des Alkaligehaltes im Zementklinker wird eine Teilmenge des chlorenthaltenden Kunststoffes in
die mit Brennereinrichtiingen 14 als Entsäueriingsstufe
ausgebildete Abgasleitung 8 über die Zufuhreinrichtung 15 eingeführt und die Restmenge des Kunststoffes über
die Zufuhreinrichtungen 17 in die .Sinterstufe des Drehofens I eingeführt. In der Entsäuerungssuife
werden infolge der thermischen Zersetzung des Kunststoffes freie Chlormoleküle gebildet, welche mit
Hon Λ Ita
.*· ....
benen Rohmehls intensiv in Berührung kommen und so in dem fein im Ofenabgas dispergierten Rohmehl,
statistisch gleichmäßig verteilt, leicht verdampfende Alkalichloride gebildet werden. Das im Zvklon 4 aus
dem Ofenabgas abgeschiedene alkalichloridhaltige Rohmehl gelangt über die Gutzufuhr 3 und die
Einlaufkammer 2 in die .Sinterstufe des Drehofens 1. Der in die Sinterstufe des Drehofens 1 über die Zufuhreinrichtung
17 eingebrachte chlorhaltige Kunststoff zersetzt sich thermisch unter Bildung freier Chlormoleküle.
Diese reagieren wiederum ihrerseits mit den im Klinker noch enthaltenden Alkalien zu Alkalichloriden, so daß
die in dsr Entsäuerung.v>mfe noch nicht an Chlor
gebundenen Alkalien des Rohmehls dann in der Sinterstufe an Chlor gebunden werden, so daß die
Alkalichloridc gleichmäßig aus dem Zementklinker ausgedampft werden können. Der in dem Drehofen 1
fertiggebrannte Klinker wird in dem Kühler Il gekühlt
und aus dem Ofensyslem ausgetragen.
["in Teil der alkalihalligcn Abgase wird hinter dem
Drehofen 1 und vor der Entsäuerungsstufe noch vor der Kondensation der Alkalien über den Bypaß IO
abgezogen und über nicht näher dargestellte Rntslaubungssysteme an die Umgebung abgeführt. Die mit
ίο Alkalichloriden hoch angereicherten aus dem Ofensy
stern abgezogenen Abgasteilmengen können dabei so eingestellt weiden, daß ohne die Wärmewirtschaftlich
keil des Ofensystemes nennenswert zu verschlechtern,
der jeweils gewünschte niedrige Alkaligehalt im Klinker
ι > /in erlässig eingestellt werden kann.
Die Anwendung des erfindiingsgemäßen Verfahrens ist nicht nur auf das dargestellte Ausführungsbeispicl
beschränkt, sondern kann auch bei einem Ofensystem :inopu/pii(Jpt u/prripn welches prmüß F* i v. 2 aus ointMli
Drehofen 1 und einer diesem vorgeschalteten, mehrere
Zyklone enthaltenden Vorwärmstufe besteht. Hierbei wird in die Abgasleitung 8 des Drehofens I. die zu dem
untersten heißesten Zyklon führt, eine Teilmenge des chlorenthaltenden Kunststoffes eingeführt, welcher sich
.s in dieser Heiß/onc thermisch schnell zersetzt, während
die Restmenge des Kunststoffes in die Sinterstufe des Drehofens eingeführt wird, so daß sich die bereits weiter
oben Seschriebenen chemischen Reaktionen zwischen Chlor und den Alkalien des in das Ofensystem
ίο eingebrachten Zementrohmehls gleichmäßig ausbilden
können. In der Sinterstufe des Drehofens I werden die Alkalichloride aus dem Zementklinker verflüchtigt und
der Klinker über den Kühler Il aus dem Ofensystem ausgetragen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zur Absenkung des Alkaligehalts im Fertigbrand eines in einem Ofensystem mit mehreren
Stufen thermisch behandelten Zementrohmehls durch Zugabe eines Alkali reduzierenden, Chlor
enthaltenden Zuschlagstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem als Vorwärmstufe,
Entsäuerungsstufe und Sinterstufe bestehenden Ofensystem Chlor enthaltende Kohlenstoffverbindungen
in die Entsäuerungsstufe oder die Vorwärmstufe eingeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Chlor enthaltenden Kohlenstoffverbindungen zusammen mit einem Brennstoff in die
Entsäuerungsstufe eingeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Chlor enthaltenden Kohlenstoffverbindungen
in die heißeste Zone der Vorwärmstufe eingeführt-werden.
4. Verfahren nach Anspruch ! oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Teilmenge der Chlor enthaltenden Kohlenstoffverbindungen in die Entsäuerungsstufe
und die Restmenge in die Sinterstufe eingeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet,
daß eine Teilmenge der Chlor enthaltenden Kohlenstoffverbindungen in die heißeste Zone der
Vorwärmstufe und die Restmenge in die Sinterstufe eingeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Chlor enthaltender
Kunststoff, vorzugsweise Polyvenylchlorid, zur Erhöhung
der Alkaliflüchtigkeit verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verflüchtigten
Alkalien zumindest teilweise unmittelbar vor ihrer Kondensation aus dem Ofensystem
abgezogen werden.
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