DE19625538B4

DE19625538B4 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Zement und Schwefelsäure

Info

Publication number: DE19625538B4
Application number: DE1996125538
Authority: DE
Inventors: Götz Dipl.rer.pol.techn. Reimann; Siegfried Dipl.-Ing. Meininger; Hanno Dipl.-Volksw. Reimann
Original assignee: SCHWENK ZEMENT KG
Current assignee: H.&G. REIMANN GMBH, 45128 ESSEN, DE
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2016-06-27
Also published as: DE19625538A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Zement und Schwefelsäure nach dem sogenannten Müller-Kühne-Verfahren, bei dem unter Zusatz von Reststoffen zum Rohmehl und Reststoffen zum chemisch reaktiven Kohlenstoff Calciumsulfat im Drehrohrofen gespalten und dann das CaO bei über 1200°C in Gegenwart von SiO₂, Al₂O₃ und Fe₂O₃ zu Zement gebrannt und das SO₂-haltige Rauchgas zu SO₃ und dieses zu H₂SO₄ umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Gipskartonplatten möglichst trocken angeliefert und auf eine gleichmäßige, mühlengängige Kantenlänge vorzerkleinert werden und dass die zerkleinerten Gipskartonplatten ausgelesen und von Holzstücken, Stahlteilen und Plastikteilen befreit und dann bei auf 10 – 20 % der üblichen Menge gedrosselter Absaugluft auf Pulverfeinheit gemahlen und mit anderen Rohmehlkomponenten gemischt und in den Drehrohrofen eingetragen und unter Zugabe ausreichender Tertiärluftmengen verarbeitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zement und Schwefelsäure nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zur Herstellung von Zement und Schwefelsäure nach dem Patentanspruch 7.

Das Müller-Kühne-Verfahren beruht auf der reduzierenden Spaltung von Calciumsulfat oberhalb von 700°C mit Hilfe von Kohlenstoff. Das sich dabei zwischenzeitlich bildende Calciumsulfit reagiert mit dem überschüssigen Calciumsulfat zu Calciumoxid und Schwefeldioxyd. Der beim Brennen des CaO entstehende Zementklinker besteht im Wesentlichen aus Tricalciumsilicat, Dicalciumsilicat, Tricalciumaluminat und Tetracalciumaluminatferrit. Als Ausgangsmaterial wurden im wesentlichen die Naturstoffe Anhydrit, Koks, Rohton, Rohsand, Kies, Abbrand, Gips und Braunkohlenstaub angewendet. Die feuchten Ausgangsstoffe wurden getrocknet, gewichtsdosiert und anschließend in einer Kugelmühle zerkleinert und gemischt. Das so erhaltene Rohmehl wird in einen leicht geneigten Drehrohrofen eingebracht und durchläuft diesen im Gegenstrom zum Brenngas, wobei in der Regel Braunkohlenstaub verwendet wurde. Das klassische Gips-Schwefelsäure-Verfahren ist herkömmlichen Zementherstellungsverfahren wirtschaftlich unterlegen. Die Wirtschaftlichkeit kann aber durch Verwertung von Reststoffen aus anderen Herstellungsprozessen, die nur mit Problemen abgelagert werden können, angehoben werden. Die Substitution der traditionellen Naturrohstoffe und des Primärenergieträgers Braunkohle durch geeignete stofflich und/oder energetisch verwertbare Reststoffe stellt insbesondere in der derzeitigen Situation einen erheblichen Vorteil dar (Chemische Rundschau Nr. 38, 24. Sept. 1993, S. 11). Erprobt worden sind verschiedenste Reststoffe wie Anfallgips, Brauchkalk, Anfallschwefelsäure, Säureteere, Säureharze, Braunkohlenfilterachse, Bauschutt, gebrauchte Porzellane, Bleicherde und vieles andere mehr. Nachteilig ist, dass entsprechende Rohmehlkomponenten aber auch die Brennstoffkomponenten einen unterschiedlichen Einfluss auf das Verfahren und damit auf die Endprodukte, d. h. sowohl den Zement wie die Schwefelsäure haben. Darüber hinaus ist eine immer gleichbleibende Verfahrensführung nicht gegeben, zumal auch die nachgeschalteten Betriebsbereiche, wie beispielsweise die Entstaubung und die Gasaufbereitung in ihrer Effektivität durch die Zusammensetzung der Ausgangsprodukte stark beeinflusst sind. Wegen dieser Anfälligkeit des Verfahrens bezüglich nicht genau kalkulierbarer Zusatzstoffe ist bisher auch davon abgesehen worden, abgewohnte Gipse, insbesondere Gipskartonplatten, für das sogenannte Müller-Kühne-Verfahren einzusetzen. Insbesondere der hohe Anteil an Papier und papierähnlichen Stoffen musste es nach der geltenden Auffassung zu einer nachteiligen Beeinflussung des Verfahrens führen, insbesondere schon beim Zerkleinerungsprozess. Eine weitgehende Zerkleinerung beispielsweise solcher abgewohnten Gipskartonplatten ist aber eine wesentliche Voraussetzung für den notwendigen Aufschluss und die Möglichkeit, diese Reststoffe mit anderen Reststoffen zusammen für die Zement- und Schwefelsäureherstellung einzusetzen. Abweichend von der Lehre gemäß der DE-OS 44 33 049 wirken Papierfasern nicht als Reduktionsmittel zur Spaltung des Anhydrits, was erste Vorversuche gezeigt haben. Von daher bestehen auch gegen den Einsatz derartiger „Abprodukte" erhebliche zusätzliche Bedenken. Produktionsrückstände aus der Herstellung von Gipskartonplatten und auch anderen Gipsbaustoffen sind nicht zuletzt wegen der bestehenden Bedenken bisher der Wiederverwertung nicht zugeführt worden, vielmehr wurden sie auf Bauschuttdeponien abgelagert. Wegen der Verschärfung der Auslauggrenzwerte für Sulfat ist aber das Verbringen derartiger Materialien auf Bauschuttdeponien nicht mehr möglich. Vielmehr müssen sie auf grundwassergesicherten Deponien der höheren Klassen abgelagert werden, was erhebliche Kosten verursacht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Gipskartonplatten einer Verwertung und gefahrlosen Entsorgung zuzuführen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Weiterbildung bekannter Verfahren und durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 7 angegebene Weiterbildung bekannter Anlagen gelöst.

Mit erfindungsgemäßen Verfahren ist es überraschend möglich, Gipskartonplatten für den Müller-Kühne-Prozess nutzbar zu machen und auf diese Weise aus einem Entsorgungsproblem einen Produktionsvorgang zu machen. Über raschend ist vor allem, dass es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, die Gipskartonplatten mit ihrem hohen Anteil an Papier soweit zu zerkleinern, dass ein für den weiteren Verarbeitungsvorgang geeignetes Gips-/Papiermehl entsteht. Dieses Pulvermedium eignet sich sogar für Förderbänder, Schnecken, Regler, Becherwerke und Balsvorrichtung, wobei zweckmäßigerweise weitere Maßnahmen vorgesehen werden, um einen dauerhaften Betrieb mit diesem Problemmaterial zu ermöglichen. Bei entsprechenden Versuchen hat sich vorteilhaft herausgestellt, dass der Papierbestandteil relativ früh im Drehrohrofen verbrennt und zu einer deutlichen Reduzierung des Kristallwasseranteils führt, so dass sich relativ früh ein Halbhydrat ergibt, welches dann im steigenden Temperaturbereich bei 500°C in reines Anhydritpulver verwandelt. Durch das frühzeitige Auslesen von Fremdstoffen wird der Prozess von Störungen freigehalten, wobei die gedrosselte Abluft auch bei Kugelmühlen ein genaues Einhalten der jeweiligen Grobfraktion erlaubt. Durch Zugabe ausreichender Tertiärluftmengen werden nachteilige Reaktionen im Prozess ebenso vermieden, wie durch das genaue Beobachten des CO-Gehaltes.

Theoretisch möglich ist es, die Gipskartonplatten zusammen mit den übrigen Einsatzmaterialien wie Koks, Sand, Aluminiumoxid und Eisenoxid zu vermahlen, um dann am Ende das fertige Rohmehl in die Rohmehlsilos und weiter zum Drehrohrofen zu fördern. Mahltechnische Vorteile werden aber dadurch mehr als aufgehoben, dass für einen kontinuierlichen Betrieb die Einhaltung von Mengen bei den Gipskartonplatten und das Ausschalten von Verunreinigungen ausgesprochen wichtig ist. Von daher ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Gipskartonplatten gesondert zerkleinert und gemahlen werden. Die auf Pulverfeinheit gemahlenen Gipskartonplatten können vor der Zwischenlagerung mit Sprühabsorptionsware und dann oder gleichzeitig mit Kohlenstoff, SiO₂, Al₂O₃ und Fe₂O₃ gemischt werden. Dadurch wird die Lagerfähigkeit des Rohmehls in Silos wesentlich verbessert. Auch der Transport zum Ofensilo kann so mit üblichen Systemen bewerkstelligt werden.

Zur einwandfreien Vorbereitung ist es zweckmäßig, dass die Gipskartonplatten möglichst sortenrein ausgebrochen und trocken gelagert werden. Gemäß der Erfindung ist dann vorgesehen, dass die Gipskartonplatten auf eine Kantenlänge von 20 – 30 mm geshreddert werden, wobei der Shredder wegen der staubbindenden Wirkung im eingehausten Zustand untergebracht ist und über Filter abgesaugt wird.

Die bei der Zerkleinerung zwangsweise mit entstehenden Papierschnitzel und Blättchen können nachteilig auf den Prozess nicht einwirken, wenn wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Mühlenabsaugluft auf 10 – 20 % der üblichen Menge gedrosselt wird. Bestimmte Stoffe wie Holz und Plastik schwimmen auf der Kugeleinlage der Mühle und müssen von Zeit zu Zeit abgelesen werden. Ein Verpelzen der Mühle und der Kugeln ist aber nicht festzustellen, wenn wie beschrieben mit gedrosselter Mühlenabsaugluft gefahren wird.

Die anhaftende Papierfraktion kann besonders gut mitgemahlen werden, wenn eine relativ grobe Kugelgattierung von 60 – 100 mm eingesetzt wird. Zusammen mit der gedrosselten Mühlenabsaugluft ist so der gesamte Prozess gegen Verunreinigungen insbesondere auch durch die Papierfraktion unempfindlich.

Nachteilig bei der Gipsfraktion ist, dass sie aufgrund ihrer Feinheit zu Anbackungen neigt, was weitgehend dadurch vermieden werden kann, dass das Silo für das gemahlene Gipsmaterial mit Wänden mit negativem Sturz, Austragshilfen und Auflockerungsvorkehrungen ausgelegt wird. Außerdem sollten Regeleinlagerungszeiten von weniger als einer Woche eingehalten werden.

Weiter vorne ist bereits darauf hingewiesen worden, dass es zweckmäßig ist, den CO-Gehalt und die Zugabe von Tertiärluft genau zu überwachen. Außerdem hat sich herausgestellt, dass die Einhaltung eines zielgerichteten Prozesses auch dadurch überwacht werden kann oder ergänzend überwacht werden kann, dass die Verfärbung der Säure überwacht und die Zugabe von gemahlenen Gipskartonplatten mengenmäßig entsprechend gesteuert wird. Dementsprechend wird die Zugabe der Gipskartonplatten auch genau überwacht, beispielsweise durch Zuordnung einer Bandwaage zum Leseband, worauf weiter hinten noch eingegangen wird. Zweckmäßig ist es darüber hinaus, Schwankungen in den verschiedenen Stoffen, insbesondere im SiO₂ dadurch auszugleichen, dass nach der Mahlung des Gipsmaterials dieses einer Homogenisierung unterzogen wird.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Anlage mit Silos und einer Zerkleinerungseinrichtung für die Rohmehlkomponenten, dem Rohmehlsilo, dem Drehrohrofen und der Zementaufbereitung, wobei das Verfahren nach den er läuterten Ansprüchen besonders gut und genau durchgeführt werden kann, wenn der als Kugelmühle ausgebildeten Zerkleinerungseinrichtung ein Walzenshredder vorgeschaltet ist, wenn die Kugelmühle über eine regelbare Luftabsaugung verfügt und wenn die Silos der Rohmehlkomponenten und das Gipsmaterialsilo einen gesteuerten Auslauf aufweisen. Durch diese besondere Ausbildung ist es überraschend möglich, zunächst einmal ein Ausgangsgipsmaterial in Form von zerkleinerten Gipskartonplatten zur Verfügung zu stellen, das dann auf üblichen bzw. gezielt dafür ausgerüsteten Kugelmühlen optimal soweit aufgemahlen werden kann, dass sich aus Gips und Papier und sonstigen Fremdstoffen ein Gemisch ergibt, das dann auch gezielt mit anderen Rohmehlkomponenten zusammen in das Drehrohr eingebracht werden kann. Die Kugelmühle, die mit entsprechenden großen Kugeln ausgerüstet ist, wird über die Luftabsaugung so geregelt, dass jeweils alle Bestandteile der Gipskartonplatten sicher aufgemahlen werden können.

Wegen der staubenden Wirkung des zum Einsatz kommenden Materials, das ja auch möglichst trocken sein soll, ist es von Vorteil, wenn der Walzenshredder eingehaust und mit einer Trocknungsanlage zu kombinieren ist. Die Trocknungsanlage sorgt dann für eine ergänzende Abtrockung, wenn das geshredderte Material den Feuchteansprüchen des nachfolgenden Prozesses nicht ganz genügen sollte.

Wichtig ist es, die eingehenden Gipskartonplatten vorzusortieren, um schädigende Auswirkungen insbesondere auf den Mahlprozess zu vermeiden. Aus diesem Grunde sieht die Erfindung vor, dass dem Walzenshredder ein Leseband mit Bandwaage nachgeschaltet oder der Kugelmühle ein solches vorgeschaltet ist. Über die Bandwaage am Leseband kann die aufgegebene Menge genau registriert und entsprechend mit den anderen Rohmehlkomponenten so zusammen gemischt werden, dass sich jeweils ein optimales oder optimiertes Ausgangsprodukt ergibt.

Auch wenn die entsprechend zerkleinerten bzw. gemahlenen Gipskartonplatten zu Anbackungen neigen, kann es sicher gehändelt werden, wenn das Gipsmaterialsilo als Hochbunker ausgeführt und mit Schubrosten und/oder einem umlaufenden Schermesser ausgerüstet ist. Denkbar sind auch Klopfvorrichtungen, die Anbackungen im Hochbunker entweder vermeiden oder für deren Auflösung sorgen. Zweckmäßig kann es darüber hinaus sein, das Gipsmaterialsilo glockenartig auszubilden und mit Auflockerungseinrichtungen wie den Klopfeinrichtungen zu versehen.

Es hat sich in Versuchen herausgestellt, dass es wichtig ist, eine genaue Zumischung der einzelnen Komponenten auch auf Dauer sicherzustellen, was insbesondere dadurch möglich wird, dass dem Ofensilo des Drehrohrofens ein Chargenmischer vorgeordnet ist. Über diesen gewichtsüberwachten Chargenmischer ist die Möglichkeit gegeben, die Rohmehlmischung aus den Einzelkomponenten, die ja alle pulverförmig vorliegen, genau einzustellen und einzuhalten. Der Chargenmischer wird beispielsweise durch die Analyse des Gipskartonplattenpulvers bzw. deren Ergebnisse geregelt, indem er mit den einzelnen Austrägen der Silos zusammengeschaltet werden kann.

Die Gipskartonplatten können mit einer Durchlaufmühle gemahlen werden, wobei ein relativ hoher Anteil an Grobfraktionen über 200 μ übrig bleibt. Auffällig ist dabei, dass die Anteile der Organikfraktionen im Gehalt fast gleich sind. Bei Mahlung der Gipskartonplatten und Einsatz von Sichtern ist es aber überraschend möglich, auch höhere Feinheiten zu erreichen. Hierzu ist vorgesehen, dass die Kugelmühlen mit einem Sichter ausgerüstet und damit auf eine Mahlfeinheit von < 90 μ einstellbar ausgebildet sind. Ein solches Gipskartonplattenpulver lässt sich vorteilhaft mit Anhydrit, Rea-Mehl, SAV-Pulver u. ä. mischen, um somit in allen Rezepturen der Vor- und Hauptmischung vorteilhaft genutzt zu werden.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Verfahren und eine Anlage geschaffen ist, mit der es möglich ist abgewohnte Gipskartonplatten einer Verwertung und damit gefahrlosen Entsorgung zuzuführen. Das Gipskartonmaterial kann vorteilhaft soweit vorzerkleinert werden, dass sie zweckmässig zur Müller-Kühne-Anlage verbracht werden können, um hier durch Vermahlen soweit aufgeschlossen zu werden, dass sie auch mit Verunreinigungen problemlos weiterverarbeitet und letztlich zu Zement und H₂SO₄ verarbeitet werden können. Überraschend dabei ist, dass die zu erwartenden negativen Einflüsse der Papierkomponenten völlig entfallen und sogar letztlich noch positiv dadurch ausgenutzt werden können, dass das Ausgangsprodukt frühzeitig im Drehrohrofen von Kristallwasser befreit wird. Der den Prozess verlassende Zementklinker kann vorteilhaft weiter aufbereitet werden, so dass insgesamt gesehen ein nicht nur umweltfreundliches sondern sogar noch in der Wirtschaftlichkeit verbessertes Verfahren zur Verfügung steht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

1 eine vereinfachte schematische Wiedergabe des Verwertungsverfahrens und

2 ein Schema der Gipskartonplattenaufbereitung.

1 zeigt das Schema eines Müller-Kühne-Verfahrens mit kombinierter Gipskartonplattenverwertung. Dabei ist der Drehrohrofen mit 1 bezeichnet und die Feuerung mit 2. Zur Feuerung werden sowohl flüssige wie feste Brennstoffe, die in Tanks 3 gelagert sind, eingesetzt wie auch Anfallschwefelsäure, die im Tank 4 gelagert wird. Die dazu zum Einsatz kommenden Zulieferfahrzeuge sind allgemein mit 5 bezeichnet.

Wiederum vom Drehrohrofen 1 ausgehend ist die Rohmehlseite zu betrachten, wobei der Rohmehleintrag mit 8 bezeichnet ist. Diesem Rohmehleintrag 8 wird letztlich das entsprechend aufbereitete Rohmehl zugeführt, wobei verschiedene Silos 9, 10 für Rohmehl und 11 für Anhydrit vorgesehen sind. Mit 12 ist ein Fahrzeug bezeichnet, über das Shreddergut vorgehalten bzw. den nachfolgenden Einrichtungen zugeführt wird. Die übrigen Transportfahrzeuge sind allgemein mit 13 bezeichnet.

Das die Silos 9, 10, 11 und auch 12 verlassende Material wird einer Zerkleinerungseinrichtung 14, hier einer Kugelmühle 15 zugeführt und dabei soweit zerkleinert, dass es für den nachfolgenden Prozess im Drehrohrofen 1 optimal aufbereitet ist.

Der Kugelmühle 15 ist ein Leseband 16 vorgeschaltet, um Plastikstreifen, Holzstücke, Plastikfolie, sperrige Stahlteile u. ä. rechtzeitig vor der Kugelmühle 15 zu entfernen. Die für die Rohmehlaufbereitung und auch für die Gipsaufbereitung vorgesehene Kugelmühle 15 ist mit einem Sichter 17 kombiniert, um eine Mahlfeinheit < 90μm sicherzustellen.

Das die Kugelmühle 15 verlassende Mehl wird dem Rohmehlsilo 20 zugeführt, oder auch dem Gipskartonsilo 18. Sowohl der Auslauf 19 des Gipskartonsilos 18 wie auch der Auslauf 21 des Rohmehlsilos 20 sind so geregelt, dass jeweils genau vordosierte Mengen der einzelnen Komponenten in das Ofensilo 24 gelangen. Dem Ofensilo 24 ist dabei ein Chargenmischer 26 vorgeordnet, der für eine genaue Vermischung der einzelnen Komponenten Sorge trägt, so dass über den Siloaustrag 25 jeweils genau das den Vorgaben optimal entsprechend zusammengemischte Rohmehl in den Drehrohrofen 1 gelangt.

und dies gleichzeitig eine Austreibhilfe für das im Gips vorhandene Kristallwasser ist. Dieses wird sich im Bereich bis 150°C soweit vermindern, daß ein Halbhydrat übrig bleibt, welches dann im steigenden Temperaturbereich bei 500°C weiter entweicht und somit ein reines Anhydridpulver entsteht. Dieser Prozeß läuft in den ersten 10 m des Drehrohrofens 1 ab. Damit hier keine für den Prozeß nachteiligen Reaktionen entstehen, ist besonders darauf zu achten, daß eine ausreichende Menge Tertiärluft über die Tertiärluftzugabe 22 erfolgt. Außerdem sollte der CO-Gehalt bei etwa 0,3 Vol.-% eingestellt und entsprechend überwacht werden. Schließlich ist die Verfärbung der Säure zu beobachten, wobei diese Verfärbung vom CO-Gehalt abhängig ist.

Der den Drehrohrofen 1 verlassende Klinker wird in der Zementaufbereitung 28 weiter für den Verkauf vorbereitet, während über das Rauchgasfilter 29 eine Entstaubung des Rauchgases erfolgt, so daß in der nachfolgenden H₂SO4-Fabrik 30 die notwendige Umwandlung erfolgen kann.

2 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Walzenshredder 32, über den das geshredderte Gut über ein Leseband 16, 33 einer Kugelmühle 15 zugeführt wird. Mit 34 ist eine Probenahmestelle bezeichnet, die vor der Kugelmühle 15 angeordnet ist. Das gemahlene Gipsmaterial gelangt über einen Schneckenförderer 35 und ein Becherwerk 36 in ein Silofahrzeug 37 und von dort in das Gipskartonsilo 18.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.

Die gechredderten Gipskartonplatten ließen sich trotz des augenscheinlich hohen Papieranteils mittels der Kugelmühle zu einem Pulver mahlen, das vom Aussehen her und nach Handfühlbarkeit die Kriterien eines verwertbaren Pulvers zu erfüllen schien. Die bei der Addition fehlenden Masse-% sind als Kristallwasser zu werten.
Bei der Kornverteilung zeigte sich dabei, daß vor allem die organische Phase (Papierphase) sich in der Grobfraktion anreicherte. Dies deckt sich mit Beobachtungen, die in Parallelversuchen bei der Fa. Knauf ebenfalls festgestellt wurden.
Während des Gipskartonplattenmahlversuches wurde laufend Probe genommen und nach Stoffgehalten analysiert. Die Schüttdichte des erzeugten Pulvers liegt zwischen 650 – 700 g/l (nichtkomprimiert). Der Durchsatz durch die Mühle wurde mit ca. 5 t/h ermittelt und schwankte besonders, beeinflußt durch Störungen bei der Mühlenaufgabe infolge Stochern, Haufwerkstau etc. Es gab dabei auch Phasen, in denen in die Mühle über kontinuierliche Strecken bis zu 6 t/h aufgegeben und durchgesetzt wurden.
Energiebedarf:
Während des Mahlversuches wurden die elektrischen Daten abgelesen, wodurch es zu folgender Leistungsermittlung kommt: P = I × U × √3cosφ P = 49 A × 5 000 V × 1,73 × 0,89 = 377,2 kW
Dies bedeutet eine spezifische Mahlleistung von
Produktfeuchte:
Im gemahlenen Gut wurde bei 40 °C eine Feuchte < 0,1 % (Oberflächenfeuchte) ermittelt.
Bei Trocknungstemperaturen um 70°C betrug die ermittelte Feuchte 0,9 Gew.-%. Letztere Messung ist deshalb von Bedeutung, da davon ausgegangen werden muß, daß die Erwärmung in der Mühle in diese Bereiche gehen kann und sich daraus bereits Wasserablösungen aus dem Kristallwasser entstehen. Die erzeugte Erwärmung wurde gemessen mit 70°C.
Mühlenventilation:
Der Gasabzug aus der Mühle wurde stark eingedrosselt damit keine im Mahlprozeß leicht verwehbaren Papierschnitzel sich vor die Mahlschlitzwände setzen und den Durchgang blockieren. Die übliche Gasabzugsmenge von 20 000 m³/h wurde um den
Aus dem geshredderten Material der Anlieferer ließen sich bei dem Ausleseband noch 6 Fässer a 200 l mit Störgut füllen. Dazu zählen Plastikstücke, Holz, Folien, Metallteile, Bücher, Zeitschriften, Kataloge, Schuhe etc. Wird die ausgelesene Ware mit 0,5 t eingeschätzt, dann wäre dies ein Anteil im Anliefergut von etwa 0,5 %. Dies ist zwar statistisch gesehen sehr wenig, läßt aber den Verzicht auf eine manuelle Durcharbeitung der angelieferten Ware aus Anlagenschutzgründen nicht zu.
Mühlenöffnung:
Nach dem Mahlversuch wurde die Kugelmühle geöffnet und konnte besichtigt werden, wobei sich folgende Feststellungen machen ließen:

– Am Mühleneinlauf waren die Ecken mit einem Ansatz ausgepolstert.
– Im weiteren Verlauf konnten die Mahlkugeln angesehen werden, deren Aussehen noch nicht als Verpelzung zu werten ist sowie die Schlitzwand von Kammer 1 und Kammer 2 deren Durchlässigkeit nach wie vor gewährleistet war.
– Von Interesse waren dann noch die übrigen Mahlkammern und das Auslaufsieb. In der Kugelmahlkammer war keine größere Auffälligkeit festzustellen. Die Mahlkammer mit Cylpebsen war verpolstert und die Schlitze angesetzt, d. h. Cylpebse eignen sich nicht zur Gipskartonplattenmahlung und sollten durch Kugeln ersetzt werden.
– Demgegenüber war das Auslaufsieb in größerem Stile zugesetzt und auch an den Anlaufkragen hatte sich entsprechendes Material aufgebaut. Bei genauerem Hinsehen fiel jedoch auf, daß ein Teil des Siebversatzes aus dem Altbetrieb stam men mußte, da es eine Dunkelfärbung aufwies und deshalb aus dem früheren Anhydritmahlbetrieb stammen muß. Trotzdem ist dieses Anzeichen zu beachten, da angenommen werden kann, daß infolge der Feuchtefreisetzung bei höheren Mahlguttemperaturen sich solche Ansätze bilden können. Begegnet werden könnte diesem Verhalten hier mit größeren Sieböffnungen.

Sonstige Beobachtungen:
Die Gipskartonplatten waren zwar geshreddert, doch sind die Gipsstückigkeiten an handflächengroßen Papierblättern haftig, was zu gelegentlichen Problemen im Förderstrom führt z. B. Verstopfung von Engpässen. So mußte der Einlauf in die Mühle manuell besetzt sein, um den Stauerscheinungen möglichst schnell mit Stocherhantierungen begegnen zu können. Für die Zukunft müssen sicher Shredderverfahren vorgesehen werden, die eine kleinere Stückigkeit gewährleisten und dabei auch das anhaftende Papier entsprechend zerkleinern.
Das Gipsmehl hatte schlechte Fließeigenschaften. Es neigte zum Anhaften und war als Staub schneeballähnlich komprimierbar. Die Entladung aus dem Silofahrzeug gelang nur mit Zusatzluft.
Das gemahlene Gipsmehl wurde am 10.06.1996 mit verschiedenen REA-Sorten im Verhältnis 1:1 ins Vorlagesilo abgemischt.
Das Gipsmehl baute sich bei der Verarbeitung zwischen dem Gewichtaufnehmer der Schüttstromwaage und dem Auslaufschlot, sowie im Auslaufschlot selber immer wieder auf. Der Materialfluß konnte in gewünschter Menge nur durch ständiges Klopfen aufrechtgehalten werden. Auch mußte in die Mischanlage immer wieder mit Sonderaktionen eingegriffen werden, um die gewünscht Gipsmehltonnage dosieren zu können. Zum Ende der Abmischung hatte sich im Silo noch eine Brücke gebildet, die aber mittels Igeln zum Einsturz gebracht werden konnte. Das Silo ließ sich leerfahren.
Aufbereichtung des Gipsmehl-REA-Gemisches zu ofengerechtem Rohmehl:
Um einen repräsentativen Querschnitt zu erhalten, wurden Proben aus

1. Probenehmer am Doppelwellenmischer
2. Siloeinlauf
3. aus dem Silo selbst und
4. von der Bandwaage unter dem Silo (nach je einer halbstündigen Abmischun

Die Ergebnisse der Proben 1. und 4. sind in gewissen Toleranzen gleich. Die Rezeptur wurde mit den Analsyenwerten der Probe 1. erstellt. Ergebnis der Querschnittsanalsyse nach beendeter Mahlung:

Kalkstandard: 99,88

Ton-Modul: 3,99

Silicat-Modul: 2,17
Grundsätzlich ist es geglückt, aus den schelvenhaften geshredderten Gipskartonplatten ein Pulver brauchbarer Konsistenz herzustellen, das man gemischt als Rohmehl dem Ofen anbieten kann. Dieses Material hat gewisse Eigenschaften, sowohl bei der Bearbeitung als auch bei der Handhabung, dem Rechnung getragen werden muß.
Es ist auffällig, daß dieses Material sehr leicht zum Anbacken und Brückenbilden neigt und deshalb in der Fließbewegung keine Hindernisse oder Quetschungen auftreten dürfen. Soweit möglich, kann man mit Ausrüstung und Nachrüstung in der Anlage WSZ diesen Umständen gerecht werden. Folgende Gesichtspunkte sollte man daher als Ergebnis aus den Versuchen bei einer Anlagenumstellung beachten:

– Shredderung der Gipskartonplatten zu kleineren Stückigkeiten auch das Papier betreffend,
– Trockenhaltung des Materials möglichst unter 1 % Oberflächenfeuchte und Verhinderung zu starker Erwärmung im Prozeß, damit keine Kristallwasserherauslösung erfolgt,
– Mahlung mit grober Gattierung,
– Vermeidung von engen Öffnungen oder engen Siebdurchlässen
– besondere Gestaltung von Siloeinrichtungen und deren Auslässe (Nutzung bekannter Installationen und Konstruktionen für Gipsdihydrat)
– Vermeidung von Überfütterung der Kugelmühle, damit keine unzulässigen Verpolsterungen innerhalb des Mühlensystems entstehen
– sauberes Auslesen des einzusetzenden Materials, damit keine unzulässigen Gegenstände in den Mühlenbereich kommen (beim Besichtigen der geöffneten Kügelmühle wurden keine aufschwimmenden unzulässigen Stoffe wie Holz, Plastik oder ähnliches gefunden im Gegensatz zur Technikumsmühle bei DEZMU)
– möglichst kein zu langes Einlagern von Gipskartonplattenrohmehl in den entsprechenden Siloeinheiten
– Transporte von Gipskartonplattenmehl mit Silofahrzeugen über größere Entfernungen sollten vermieden werden.

Aufgrund der Schwierigkeiten mit dem geshredderten Material und dem Aufwand bezüglich des Auslesens sollte überlegt werden, solche Handlungen direkt zum Verwerter, sprich WSZ zu legen und somit ganz oder teilstückige Gipskartonplatten direkt anzuliefern. Beim Öffnen der Kugelmühle fiel besonders auf, daß im Bereich des Einlaufes sehr große Anbackungen in der Trommelecke zu erkennen waren.
Diesem Pähnomen ist gewiß zu begegnen, indem man mit größerer Kugelmühlenfüllung arbeitet und darüber hinaus eine noch größere Kugelgattierung wählt z. B. Kugeldurchmesser 100 mm anstatt 80. Desweiteren wäre zu überlegen, ob in diesem Mühlenbereich eine Sortierpanzerung von Nutzen sein könnte.
Die Verpolsterung der Cylpebse-Mahlkammern zeigt, daß kleine Gattierungen bei Gipskartonplattenmahlungen vermieden werden sollten. Im Grunde reicht die beschriebene Rohmühle als 2-Kammermühle aus.
Bei der Herstellung der Rezeptur darf angemerkt werden, daß sich das Gipskartonplattenmehl problemlos mit anderen Stoffen mischen läßt und die Zumischung dieser anderen Stoffe z. B. REA-Sprühabsorptionsprodukte, Filterstäube, Kraftwerksflugaschen etc. das Fließverhalten des Gipskartonplattenmehls eher verbessern.
Bei der Rezeptur ist man davon ausgegangen, daß das im Rohmehl enthaltene Papierpulver sich nicht an der chemischen Reaktion beteiligt, da man dies aus vorgeschalteten Laborversuchen ablesen konnte.
Das Gipskartonplattenmehl weist in seiner Zusammensetzung größere Schwankungen auf, die bei Dauereinsatz durch einen homogenisierenden Betrieb ausgeglichen werden müssen. Besonders herausragend in der Komposition ist der teilweise beachtliche Gehalt an SiO₂ der beachtet werden muß.
Für einen ersten Großversuch kann zusamenfassend das Ergebnis für die Herstellung des Gipskartonplattenmehls und weiter die Verarbeitung zu Rohmehl als gut und gelungen bezeichnet werden.
Für den Brennversuch war das Ofensilo soweit leergefahren, daß das Gipskartonplattenrohmehl aus den Rohmehlsilos nachgespeist werden konnte. Diese Nachspeisung setzte auf Anhieb nicht ein, weshalb aus einem anderen Silo zur Aufrechterhaltung des Ofenbetriebes ersatzweise noch herkömmliches Rohmehl dazugespeist werden mußte, bis die Gängigkeit des entsprechenden Silos sichergestellt war. Der Transport vom Rohmehlsilo zum Ofensilo und weiter in den Ofen hinein fand über die herkömmlichen und bestehenden Fördersysteme statt und ließ sich problemlos damit bewältigen. Für den Ofenbetrieb war bezüglich des Messens, Beobachtens vorbereitet worden

– die Durchsatzmenge
– die Ofenkopftemperatur
– der CO-Gehalt, Sauerstoffgehalt, So₂-Gehalt
– die Rauchgasmenge und die Feuerungsleistung
– als Probenahmen: die Zusammensetzung des Klinkers sowie die Rohlmehlzusammensetzung im Ofensilo
– das visuelle Aussehen der in diesem Zeitraum des Versuches erzeugten Schwefelsäure.
– Aus den gemahlenen ca. 80 t Gipskartonplattenmassen standen dann infolge der Mischung des Gipskartonplattenmehles mit Sprühabsorptionsprodukten im Verhältnis 1:1 und anderen Zuschlägen ein Rohmehl von 170 t zur Verfügung. Dieses Material wurde für den Versuch getrennt bereitgehalten und konnte bei Störungen stets durch herkömmliches Material umgangen werden und damit der gesicherte Ofenbetrieb immer möglich war.

Die Mischung von Gipskartonplattenmehl und SAV-Produkten im Verhältnis 1:1 wurde gewählt um

– Störungen aus dem Fließverhalten des Gipskartonplattenmehls zu reduzieren
– um die Mischbarkeit mit anderen Stoffen zu erfahren und um
– trotzdem noch so viel Kozentration an Gipskartonplattenmaterial einfließen zu lassen, daß Besonderheiten und davon stämmige Erscheinungen noch deutlich zu erkenne waren.

Der Brennstoffeinsatz sollte möglichst einheitlich gehalten werden ohne Sonderfahrweisen z. B. durch Einsatz von altherkömmlicher Kohle (Braunkohlestaub). Gefahren wurde mit Brennstoff: viskoses Öl (vergleichbar mit schwerem Heizöl), Sägemehl und ggf. Spaltharz sowie die übliche Zugabe von Anfallschwefelsäure im Brennerbereich. Als Ofendaten sind zu nennen

– Drehrohr 2, 8 m lichter Durchmesser × 70 m lang
– Rauchgasmenge 13 000 Nm³/h Rauchgasaustrittstemperatur 720 °C
– Rohmehlaufgabe 9 – 10 t/h Feuerungsleistung ca 40 GJ/h Drehzahl des Ofens 1,1 – 1,2 min^-1
- Tertiärluftzugabe 1 000 m³/h

Mit zunehmender Versuchszeit nehmen die Mischphasen mit Altbeständen, dokumentiert durch den höheren SO₃-Gehalt des Gipskartonplattenrohmehles zu und mit Beendigung bzw. Auslauf des Versuches diese SO₃-Konzentration wieder ab.
Der Versuch wurde über einen Tag gefahren. Die darüberhinaus gehende Zeit ist als Nachlaufzeit und Vermischung mit ankommenden Neuphasen zu werten.
Auch im Großversuch kann festgestellt werden, daß sich der Kohlenstoff aus dem Papier nicht an der Spaltreaktion des Gipses beteiligt. Würde dieser dies tun, dann wären unvergleichlich hohe Spitzenwerte des Calciumsulfides im Klinker zu beobachten gewesen; was nicht eintrat.
Beim Betrachten des Diagrammes muß berücksichtigt werden, daß vor diesem Versuch reine Sprühabsorptionsprodukt-Rohmehlfahrweise angewendet wurde und deshalb mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt, gestrichelten Linie, gefahren wurde.
Dies setzt naturgemäß an den Anfang des Umstellungsvorganges einen bescheidenen Peak an SO₃ (stellvertretend für Gips) im Klinker. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt über die Zeit, d. h. vermehrte Hereingabe von Gipskartonplattenrohmehl, verstärkt sich die sulfidische Umsetzung im Ofenbereich und damit die vermehrte Bildung von Calciumsulfid. Gleichzeitig nimmt erwartungsgemäß das SO₃ ab und hält sich in dem gewünschten Rahmen von < 2 %. Das Calciumsulfid ist in einem so niedrigen Bereich gegenüber der tolerierten Größe von 0,8 %, das es hier lediglich tendentiell und als wissenschaftlich bestätigten Vorgang betrachtet werden kann. Die prognostizierten Konzentrationsbewegungen entsprechend des Reaktionssolls werden voll erfüllt. Mit dem Auslaufen des Versuches sieht man auch hier ein deutliches Abfallen des Kohlenstoffgehalts mit Übergang zur kohlenstoffarmen Sprühabsorptions-Rohmehlfahrweise mit Nachwirkungen des hohen Restkohlenstoffgehaltes zu dem sich überlagernden SAV-Produkt mit deutlicher Erhöhung des Calciumsulfidwertes.
Eine merkliche Veränderung der übrigen Ofenparameter gegenüber dem SAV-Betrieb war nicht in dem Maße feststellbar, daß daraus eine Prozeßbeeinflussung hätte abgeleitet werden können. Vermutlich hat auch der Tertiärlufteinsatz von 1 000 m³/h ausgereicht, um die zusätzliche Verbrennung des Papieres im Rohmehl zu bewerkstelligen, da auch die CO-Werte nichtsignifikant und dauerhaft gestiegen sind, sondern im üblichen Schwankungsbereich liegen.
Der Klinker war von brauchbarer Qualität und konnte verwendet werden. Die entsprechenden Modulis und Standards stellten sich in den vorgesehenen Werten ein. Eine gewisse Aufmerksamkeit war darauf zu richten, inwieweit die thermische Umsetzung des Papiermehls im Ofen zur Beeinflussung der Qualität der Säure beiträgt (Verfärbung der Säure). Es trat etwa in der Mitte des Versuchszeitraumes eine Dunkelfärbung der Säure ein. Nachforschungen im Betrieb haben jedoch ergeben, daß diese Verfärbung nicht vom Papier des Gipskartonplattenrohmehles herkommen kann, sondern auf plötzliche Unregelmäßigkeiten aus der Brennstoffversorgung zurückzuführen ist. Solche Vorgänge hat es schon gegeben in früherer Zeit und nun sind sie gerade mitten im Versuch hier wieder aufgetreten (Vorführeffekt). Die Säureverfärbung stellt einen isolierten Vorgang anderer Herkunft dar.
Das Gipskartonplattenrohmehl verhielt sich unauffällig bei der Verarbeitung im Ofen.
Damit gemeint sind keine Störeinflüsse durch die Kristallwasserherauslösung und Papierkontingente.
Die Verfärbung der Säure ist im vorgenannten Punkt schon genügend erwähnt und braucht hier nicht mehr besonders kommentiert zu werden. Es ist davon auszugehen, daß bei einem Einfluß durch das Papier die Verfärbung sofort nach Einsatz des Gipskartonplattenrohmehles in der Säure hätte auftreten müssen.
Da dies nicht geschah, ist dies als unwahrscheinlich anzusehen, daß die Gipskartonplatten hier einen Betrag geleistet haben.
Insgesamt muß gesagt werden, daß die Verarbeitung des Gipskartonplattenrohmehles trotz einiger geringen äußeren Einflüsse (Wechseln des Brennstoffes, Arbeiten am Elektrofilter, Störungen an der Staubrückführung) eine unauffällige Verarbeitungsweise des Gipskartonplattenrohmehls entstand.
Als einzige negative Anmerkung ist zu werten, daß auch das Gipskartonplattenrohmehl gelegentlich zu Fließstörungen neigt und aus diesen Gründen besonders beobachtet werden mußte. Die konstruktiven technischen Vorkehrungen sind wie bei dem Kapitel Gipsartonplattenmahlung auch hier für das Transportverhalten zu beachten.
Für einen ersten Kurzversuch ist das Ergebnis als brauchbar, überwiegend als befriedigend und hoffnungsvoll, einzustufen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Zement und Schwefelsäure nach dem sogenannten Müller-Kühne-Verfahren, bei dem unter Zusatz von Reststoffen zum Rohmehl und Reststoffen zum chemisch reaktiven Kohlenstoff Calciumsulfat im Drehrohrofen gespalten und dann das CaO bei über 1200°C in Gegenwart von SiO₂, Al₂O₃ und Fe₂O₃ zu Zement gebrannt und das SO₂-haltige Rauchgas zu SO₃ und dieses zu H₂SO₄ umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Gipskartonplatten möglichst trocken angeliefert und auf eine gleichmäßige, mühlengängige Kantenlänge vorzerkleinert werden und dass die zerkleinerten Gipskartonplatten ausgelesen und von Holzstücken, Stahlteilen und Plastikteilen befreit und dann bei auf 10 – 20 % der üblichen Menge gedrosselter Absaugluft auf Pulverfeinheit gemahlen und mit anderen Rohmehlkomponenten gemischt und in den Drehrohrofen eingetragen und unter Zugabe ausreichender Tertiärluftmengen verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit anderen Rohmehlkomponenten gemischten gemahlenen Gipskartonplatten vor Eintrag in den Drehrohrofen zwischengelagert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gipskartonplatten auf eine Kantenlänge von 20 – 30 mm geschreddert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine relativ grobe Kugelgattierung von 60 – 100 mm eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfärbung der Säure überwacht und die Zugabe von gemahlenen Gipskartonplatten mengenmäßig entsprechend gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Mahlung der Gipskartonplatten das aufgemahlene Material unerzogen wird.
Anlage zur Herstellung von Zement und Schwefelsäure nach dem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche mit Rohmehlkomponentensilos (9, 10, 11) einer Zerkleinerungs einrichtung (14) für die Rohmehlkomponenten, einem Rohmehlsilo (20), einem Drehrohrofen (1) und einer Zementaufbereitung (28), dadurch gekennzeichnet, dass der als Kugelmühle (15) ausgebildeten Zerkleinerungseinrichtung (14) ein Walzenshredder (32) vorgeschaltet ist, dass die Kugelmühle (15) über eine regelbare Luftabsaugung verfügt und dass die Silos (9, 10, 11) der Rohmehlkomponenten und ein Silo für gemahlene Gipskartonplatten (18) einen zur Zudosierung genau vordosierter Mengen der einzelnen Komponenten gesteuerten Auslauf (19, 21) aufweisen.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzenschredder (32) eingehaust und mit einer Trocknungsanlage kombiniert ist.
Anlage nach Anspruch 7 bis Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gipsmaterialsilo (18) als Hochbunker ausgeführt und mit Schubrosten und/oder einem umlaufenden Schermesser ausgerüstet ist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gipsmaterialsilo (18) glockenartig ausgebildet und mit Auflockerungseinrichtungen versehen ist.
Anlage nach Anspruch 7 bis Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelmühlen (15) mit einem Sichter (17) ausgerüstet und damit auf eine Mahlfeinheit von < 90μm einstellbar ausgebildet sind.
Anlage nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Silo für das gemahlene Gipsmaterial mit Wänden mit negativem Sturz und Austraghilfen ausgelegt ist.