DE1471388C3

DE1471388C3 - Verfahren zum Herstellen hydraulischer Bindemittel von grauer Färbung

Info

Publication number: DE1471388C3
Application number: DE19641471388
Authority: DE
Inventors: Ernst 7461 Dotternhausen Kuebler; Helmuth Dipl.-Chem. Rechmeier; Hans-Joerg Rohrbach; Heinz Suelzle
Original assignee: PORTLANDZEMENTWERK DOTTERNHAUSEN RUDOLF ROHRBACH KG 7461 DOTTERNHAUSEN
Current assignee: PORTLANDZEMENTWERK DOTTERNHAUSEN RUDOLF ROHRBACH KG 7461 DOTTERNHAUSEN
Priority date: 1964-12-23
Filing date: 1964-12-23
Publication date: 1975-06-12
Also published as: DE1471388B2; DE1471388A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen hydraulischer Bindemittel von grauer Färbung durch Wärmebehandlung eines entsprechenden Rohmaterials im Wirbelofen, wobei das zum Wirbeln dienende Gas angenähert nur so viel Sauerstoff enthält, als zur Verbrennung der im Rohmaterial enthaltenen organischen Bestandteile und/oder des zugesetzten Brennstoffs benötigt wird.

Es ist bekannt, daß aus Kalkmergeln und anderen ähnlichen Rohmaterialien, z. B. Posidonienschiefer, unter Erhitzung auf Temperaturen, die unterhalb der Sintertemperatur liegen, durch Reaktion im festen Zustand hydraulische Bindemittel hergestellt werden können. Die Wärmebehandlung solcher Rohmaterialien kann in an sich bekannter Weise durch Verbrennungoder Verschwelung von in ihnen enthaltenen organischen Bestandteilen oder zugesetzten Brennstoffen z.B. im Wirbelschichtverfahren durchgeführt werden. Das im Wirbelofen zu behandelnde Rohmaterial, z. B. Mergel, wird dabei, bevor es in den Wirbelofen aufgegeben wird, im allgemeinen auf Korngrößen von höchstens 8 bis 10 mm vorzerkleinert und ist daher verhältnismäßig grobkörnig, so daß bei Verwendung von Luft als Wirbelgas zur Bildung des Wirbelbettes erheblich mehr Luft gebraucht wird, als für die Verbrennung des Brennstoffes bzw. der organischen Bestandteile benötigt wird und die Verbrennung mit einem hohen Luftfaktor vor sich geht. Der hierbei vorhandene hohe Sauerstoffgehalt hat zur Folge, daß insbesondere bei Mergeln mit Eisenoxidgehalten das im mineralischen Bestandteil enthaltene Eisenoxid in die dreiwertige Form aufoxidiert und das hergestellte hydraulische Bindemittel rot färbt. Diese Rotfärbung ist, wenn das Bindemittel z. B. für Putzmörtel und Sichtbeton verwendet wird, unerwünscht und kann die Anwendungsmöglichkeit von durch Reaktion im festen Zustand hergestelltem Bindemittel beschränken. Wegen der Gewöhnung an die graue Farbe anderer hydraulischer Bindemittel verzeichnet man diesen rötlichen Farbton als Mangel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von hydraulischem Bindemittel durch Wärmebehandlung eines entsprechenden grobkörnigen Rohmateriales im Wirbelofen so zu gestalten, daß das Bindemittel trotz der zur Verwirbelung des Rohmateriales notwendigen großen Menge an Wirbelgas eine einwandfreie graue Färbung aufweist.

Die Erfindung geht zur Lösung dieser Aufgabe davon aus, daß durch die deutsche Patentschrift 976 445 ein Verfahren zum Brennen bzw. zum kontinuierlichen Calcinieren von Kalkstein oder anderen Feststoffen bekannt ist, bei dem der Feststoff durch Luft oder ein anderes Gas im Wirbelzustand gehalten und bei Verwendung von Luft als Wirbelgas der Luftüberschuß über die theoretisch zur Verbrennung erforderliche Luftmenge hinaus in der Reaktionszone möglichst klein gehalten wird. Vorzugsweise soll der Luftüberschuß nicht mehr als 3% betragen. Bei diesem bekannten Verfahren muß jedoch das Kalksteinoder andere Feststoffmaterial, wie in Spalte 3, Zeilen 91 bis 94 angegeben, vor der Einführung in die Reaktionszone, falls er noch nicht fein genug ist, fein gemahlen werden, damit bei der angegebenen geringen Luftmenge der Wirbelzustand erreicht werden kann. Grobkörniges Rohmaterial mit den vorstehend angegebenen Korngrößen von etwa 8 bis 10 mm kann bei dieser geringen Luftmenge jedoch nicht in den Wirbelzustand versetzt und in diesem gehalten werden.

Weiterhin ist durch die deutsche Patentschrift 641 122 ein Verfahren zur Herstellung von farblosem (weißen) Zement bekannt, bei dem zur Bildung von farblosem Klinker der Klinker unmittelbar aus der heißen Zone der Brennvorrichtung in eine luftdicht abgeschlossene Vorrichtung überführt wird, in der das gebrannte Gut unter Anwendung besonderer Kühlmittel und unter Fernhaltung von Luft oder anderen Gasen mit größerem Sauerstoffgehalt eine rasche Abkühlung erfährt. Auch die deutsche Auslegeschrift 1 036 745 zeigt, daß es bei der Herstellung von weißem Zement bekannt ist, die festen Brennerzeugnisse unter Luftabschluß oder in Berührung mit sauerstoffarmen Gasen zu kühlen. Keiner der vorgenannten Patentschriften ist aber eine technische Lehre zu entnehmen, die eine Lösung der für die vorliegende Erfindung angegebenen Aufgabe darstellen könnte, bei der Herstellung von hydraulischen Bindemitteln durch Wärmebehandlung von grobkörnigem Rohmaterial in einem Wirbelofen ein einen erheblichen Anteil von Luft enthaltendes Wirbelgas in der zur Bildung des Wirbelbettes erforderlichen Menge anwenden zu können, ohne daß durch den Sauerstoff der Luft eine Rotfärbung des Behandlungsgutes eintritt.

Die Erfindung vermittelt zur Lösung dieser Auf-

gäbe demgegenüber eine technische Lehre, die.darin besteht, daß bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art das Rohmaterial mit einem Wirbelgas aus Luft behandelt wird, das Rauchgas, Wasserdampf oder inerte Gase, wie z. B. Stickstoff oder Kohlendioxid oder eine Mischung dieser Gase enthält und daß die festen Brennerzeugnisse in an sich bekannter Weise unter Luftabschluß oder in Berührung mit sauerstoffarmen Gasen auf Temperaturen unterhalb 300° C abgekühlt werden.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird der Kühlvorgang in der Weise durchgeführt, daß der Zutritt von Luft zu den Brennerzeugnissen bis zu Temperaturen herab verhindert wird, bei denen der Luftsauerstoff die Eisenverbindungen des Rohmaterials nicht oxidieren kann. Hierdurch wird eine Rotfärbung des hergestellten Bindemittels weitgehend vermieden. Dabei hat sich gezeigt, daß die Graufärbung des Bindemittels begünstigt wird, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung feinkörnige Brenner-Zeugnisse gemeinsam mit den Rauchgasen aus dem Wirbelofen ausgetragen und zusammen mit den Rauchgasen abgekühlt werden. Bei dieser Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Verbrennung der feinen Bestandteile im Gasraum über der Wirbelschicht zusammen mit den flüchtigen organischen Bestandteilen des Rohmateriales, z.B. des Ölschiefers. Hierbei kann es nötig werden, zur vollkommenen Verbrennung dieser Bestandteile im Ofenkopf über der Wirbelschicht Sekundärluft zuzugeben. Erfindungsgemäß soll die Verbrennung jedenfalls so gesteuert werden, daß die Rauchgase keine wesentlichen Sauerstoffmengen mehr enthalten.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, daß ein Wirbelbett aus inerten Festkörpern, z. B. Kugeln aus Sinterkorund oder Porzellan von 1 bis 2 mm Durchmesser und/oder aus stückig gebranntem Mergel bis etwa 10 mm Korngröße oder aus einer Mischung der genannten Komponenten im beliebigen Verhältnis zueinander verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird gewissermaßen ein künstliches Wirbelbett geschaffen. Ein solches künstliches Wirbelbett gestattet auch feinkörniges Material zu behandeln, welches an sich nicht in der Lage ist, ein Wirbelbett zu bilden.

Der Fortschritt der Erfindung wird verwirklicht sowohl dadurch, daß überwiegend grobes Brenngut nach Austrag aus dem Wirbelofen mit reduzierenden Gasen in Kühlschnecken oder ähnlichen Apparaten behandelt und abgekühlt wird als auch dadurch, daß ein sehr fein gemahlener Rohstoff, z. B. Ölschiefer, dem Wirbelbett zugeführt wird, so daß die überwiegende Menge des Brenngutes - im Grenzfall sogar das gesamte Brenngut- in grauer Farbe durch Abscheidung aus den Rauchgasen erhalten wird.

Bezüglich der beispielsweisen Ausführung der Erfindung wird folgendes bemerkt: Der mineralische Bestandteil der bituminösen Kalkmergel, z. B. Posidonienschiefer, hat eine solche Zusammensetzung, daß bei Wärmebehandlung unterhalb der Sintertemperatur durch Reaktion im festen Zustand hydraulische Bindemittel entstehen. Andere bituminöse Ablagerungen haben in ihrem mineralischen Bestandteil einen zu niedrigen Gehalt an Calciumoxid, so daß beim Brennen nur latent hydraulische Stoffe nach Art der Trasse und Puzzolane entstehen. Diesen Stoffen kann während des Brennvorganges Kalkstein zugesetzt werden, der dann das zur Anregung der hydraulischen Eigenschaften nötige Calciumoxid liefert. Andere Stoffe haben einen Überschuß an Kalk; diesen Stoffen können beim Brennen Tone zugesetzt werden, deren Aktivität durch den Überschuß des beim Brennen entstehenden Calciumoxids später angeregt wird. Der Gehalt an organischen Bestandteilen der bituminösen Ablagerungen ist sehr schwankend. Es gibt Gesteine mit nur wenigen Prozenten organischer Bestandteile und solche mit über 25%. Beim Brennen der bituminösen Mergel ist, wenn man mit Korngrößen bis etwa max. 8 bis 10 mm arbeitet, eine Luftmenge von etwa 1300 irrVt nötig, um das Material in den Wirbelzustand zu versetzen und im Wirbelbett in der Schwebe zu halten. Aus diesem Grunde entsteht zwangläufig beim Brennen ein hoher Luftfaktor. Der Luftfaktor wird in der Technik mit »n« bezeichnet und ist zur Kennzeichnung des Luftüberschusses bei einer Verbrennung allgemein üblich. Er ist definiert durch die Formel

■sch)^:i

Ein Luftfaktor von 1,0 bedeutet demnach, daß gerade soviel Sauerstoff zugeführt wird, wie zur Verbrennung benötigt wird. Ein Luftfaktor von 1,2 würde bedeuten, daß bei der Verbrennung ein 20%iger Luftüberschuß vorhanden wäre. Um die Rotfärbung zu vermeiden, muß bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dem Wirbelgas so viel Rauchgas zugemischt werden, daß sich ein Luftfaktor 1 ergibt. Wird als Rohmaterial beispielsweise Posidonienschiefer mit 9% brennbaren Bestandteilen verwendet, so enthält 1 t dieses Materials 90 kg organischer Substanz. Zur Verbrennung dieser Menge sind etwa 900 m³ Luft erforderlich. Da man aber mit 1300 nrVt arbeiten muß, um den Wirbeleffekt aufrecht zu erhalten, würde bei Verwendung von Luft als Wirbelgas in der Wirbelschicht ein Luftfaktor von 1,45 bestehen. Um den Luftfaktor auf 1,0 zu erniedrigen, werden gemäß der Erfindung als Wirbelgas Mischungen aus Luft und Rauchgas etwa folgender Zusammensetzung verwendet:

Bei 0% Sauerstoff im Rauchgas:
69,1 Volumprozent Luft und
30,9 Volumprozent Rauchgas.

Bei Benutzung von inerten Gasen, wie Stickstoff, Kohlensäure oder Wasserdampf beträgt die Zusammensetzung des Wirbelgases etwa:

69,1% Luft und 30,9% Inertgas.

Auch bei Benutzung von Mischungen von Inertgasen mit Luft bleibt

das Verhältnis Luft: Inertgas = 69,1:30,9.

Liegen bituminöse Mergel mit höheren Gehalten an Brennbarem vor, so wird der Luftfaktor, da die zum Wirbeln benötigte Gasmenge konstant bleibt, bei steigendem Brennstoffgehalt des Mergels kleiner. Bei einem Mergel mit 12% Brennbarem können zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung z.B. folgende Mischungsverhältnisse angewendet werden:

Bei 0% Sauerstoff im Rauchgas:
88,6 Volumprozent Luft und
11,4 Volumprozent Rauchgas.

Bei Benutzung von Inertgasen wie Stickstoff, Kohlensäure oder Wasserdampf ist die Zusammensetzung des Wirbelgases:

88,6% Luft und 11,4% Inertgas.
Nach dem Brennprozeß, der bei
500 bis 1100⁰C, vorzugsweise bei 700 bis 900° C, vor sich geht, werden die festen Verbrennungsrückstände aus dem Ofen ausgetragen und sofort in einer wassergekühlten Schnecke oder in einer Kühltrommel unter Vermeidung von Luftzutritt gekühlt. Der Luftzutritt muß bis zu einer Temperatur von etwa 300° C verhindert werden. Die Kühlung der Verbrennungsrückstände kann in einer Kühltrommel oder in eir Schachtkühler in Kontakt mit Verbrennungsgasen, nicht mehr als 5 % Sauerstoff enthalten, erfolgen, öl daß eine Wiederaufoxidierung der Eisenverbind gen stattfindet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch ι Mergeln, die weniger oder keine organischen I

. standteile enthalten, durch entsprechenden Zus von Brennstoffen (Steinkohle, Braunkohle, Öl o.

ίο durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen hydraulischer Bindemittel von grauer Färbung durch Wärmebehandlung eines entsprechenden Rohmaterials im Wirbelofen, wobei das zum Wirbeln dienende Gas angenähert nur so viel Sauerstoff enthält, als zur Verbrennung der im Rohmaterial enthaltenen organischen Bestandteile und/oder des zugesetzten Brennstoffs benötigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial mit einem Wirbelgas aus Luft behandelt wird, das Rauchgas, Wasserdampf oder inerte Gase, wie z. B. Stickstoff oder Kohlendioxid oder eine Mischung dieser Gase enthält und daß die festen Brennerzeugnisse in an sich bekannter Weise unter Luftabschluß oder in Berührung mit sauerstoffarmen Gasen auf Temperaturen unterhalb 300° C abgekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß feinkörnige Brennerzeugnisse gemeinsam mit den Rauchgasen aus dem Wirbelofen ausgetragen und zusammen mit den Rauchgasen abgekühlt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirbelbett aus inerten Festkörpern, z. B. Kugeln aus Sinterkorund oder Porzellan von 1 bis 2 mm Durchmesser und/oder aus stückig gebranntem Mergel bis etwa 10 mm Korngröße oder aus einer Mischung der genannten Komponenten im beliebigen Verhältnis zueinander verwendet wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung so gesteuert wird, daß die Rauchgase keine wesentlichen Sauerstoffmengen enthalten.