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Feld der Erfindung
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Vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem
Zementklinker mit hohem Eisengehalt unter Anwendung der Saugzugsintertechnik.
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Stand der
Technik
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Ein
Zementklinker mit hohem Eisengehalt ist ein Zementklinker vom Nicht-Portlandtyp,
der Eisen (Fe2O3)
bis zu 40 % und darüber
als chemischen Hauptbestandteil enthält. Der aus Zementklinker mit hohem
Eisengehalt hergestellte Zement besitzt eindeutig hohe Bindekraft
durch Hydration. Dieser Typ Zementklinker mit hohem Eisengehalt
ist verwendbar als ein Ersatz für
Portland-Zement bei Bautätigkeiten,
als Spezialzement bei sulfatfesten Konstruktionen, als metallurgischer
Zement oder Binder beim Brikettieren, Pelletisieren und Sintern
von Eisenerz, Eisenoxid und metallhaltigem Abrieb zur Eisenherstellung
und als hydraulischer mineralischer Binder für absorbierende wasserlösliche Metalle
bei der Behandlung und Stabilisierung von gefährlichem toxischem Feststoffmüll.
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Portlandzement
und Aluminium haltige Zementsorten sind bekannte zementartige Systeme, bei
denen Kalziumsilikate und Kalziumaluminate jeweils die hauptsächlichen
mineralischen Zementphasen sind. Der Eisengehalt (Fe2O3) in diesen Zementsorten ist sehr niedrig
und beläuft
sich auf 2 bis 6 % im Portlandzement und bis zu 15 % (maximal) im
Aluminium haltigen Zement. Das Eisen und die eisenhaltigen mineralischen
Phasen, die in diesen zementartigen Systemen existieren, sind ziemlich
unbedeutend hinsichtlich Menge und Zementeigenschaft. Chemisch und
mineralogisch gesehen unterscheidet sich der Zement mit hohem Eisengehalt
sehr vom Portlandzement und Aluminium haltigen Zementsorten. Der
Eisengehalt (Fe2O3) des
Zements mit hohem Eisengehalt liegt über dem Grenzwert der beiden
vorerwähnten
Zementsorten. In der Hauptsache sind es die Eisenphasen vom Kalzium-Eisen-
und Kalzium-Aluminium-Eisen-Typ, die die hauptsächlichen mineralischen Bestandteile
des Zementklinkers mit hohem Eisengehalt ausmachen und für die Entwicklung
der hydraulischen Eigenschaft und Festigkeit des Zements verantwortlich
sind. Die hydraulische Eigenschaft und Entwicklung der Festigkeit
des Zements mit hohem Eisengehalt hängt in großem Maße von der mineralischen Struktur
und vom Grad der festen Lösung
unterschiedlicher Ferritphasen, von der Kristallinität und Anwesenheit
verschiedener Kalziumsilikat- und anderer mineralischer Phasen ab.
Im Zementklinker mit hohem Eisengehalt hängt die Bildung der verschiedenen
mineralischen Ferritphasen hauptsächlich von den chemischen Parametern
des Kalziums, Aluminiums und Eisens und den Sinter- und Kühlbedingungen
ab. Zum Vergleich bilden sich die mineralischen Ferritphasen des
Zementklinkers mit hohem Eisengehalt bei viel niedrigerer Temperatur
als die Kalziumsilikate der Portlandzementklinker. Im Hinblick auf
die hydraulische Eigenschaft und Festigkeit ist die Leistung des
Zements mit hohem Eisengehalt also besser als die des Portlandzements. Kalk-
und eisenhaltige Rohmaterialien sind die Hauptquelle für die Herstellung
von Zement mit hohem Eisengehalt. Dank der vielen vorteilhaften
Qualitäten
wie Kosteneffizienz, Energieeffizienz und bessere Leistung des Zements
mit hohem Eisengehalt gegenüber
dem Portlandzement wurde der Entwicklung eines geeigneten Verfahrens
zur Produktion von Zementklinker mit hohem Eisengehalt im vorliegenden
Zusammenhang mehr Aufmerksamkeit gewidmet.
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Gegenwärtig sind
mit Eisen angereicherte Feststoffabfälle in verschiedenen Zweigen
der metallurgischen, chemischen und Bergbauindustrie reichlich verfügbar. Die
Anhäufung
dieser Abfälle
ohne geeignete Verwendung ist ein bedeutendes Problem unter dem
Aspekt der verursachten Umweltverschmutzung. Die Verwendung dieser
Arten von Abfallmaterialien kann somit eine sinnvolle Wertschöpfungsanwendung
erfahren durch die Herstellung von Zementsorten mit hohem Eisengehalt.
Obwohl einige Forschungsaktivitäten
in der Vergangenheit auf diesem Gebiet stattgefunden haben, hat
die technologische Entwicklung bei der Produktion von Zement mit hohem
Eisengehalt dennoch keinen bedeutenden Fortschritt erzielt.
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Auf
folgende Offenlegungen wird hiermit verwiesen:
- 1. Kimenko
Z.G; Tikhonov, V.A. Bobik, G.L; Petrovskaya, N.L.: Dmitrievskii,
V.S.; Ozerov, V.M. (USSR). Visn L'Viv, Politekh. Inst. 1975, 95, 98–100 (Ukraine). Produktion
von Zement mit hohem Eisengehalt zum Sintern von Eisenerzkonzentrat
(Chemical Ab.: 1975, 85: 1294451 g).
- 2. Tikhonov, V.A; Klimenko, Z.G: Berezhnenko, E.T.; Zhavoronkova,
E.V. (L'Viv. Politekh,
Inst. L'Vov, USSR).
Tr-Mezhdunar. Kongr. Khim. Tsem., 6. 1974 (veröffentlicht 1976), 3, 154–6 (Russ).
Herausgegeben durch Boldyrev, A.S.; Stroiizdat: Moskau, USSR. Zement
mit besonders hohem Eisengehalt (Chemical Abs.: 1977, 86: 110385n).
- 3. Mehta, P.K. (Univ. von Californien). Hydraulischer Zement
mit hohem Eisenoxidgehalt. U.S. 4 036 657 (Cl. 106–89, C04B7/02),
19. Jul. 1977, Anmeldung 598 411, 23. Juli 1975 (Chemical Abs.:
1977, 87: 121920e).
- 4. Buraev, M.L.; Tuzyak, V.e; Shpinova, L.G. (L'Viv. Politekh Inst.,
L'Vov, USSR). Synthese
des Aluminium-Eisenoxid haltigen Zements aus rotem Schlick. Kompleskn
Ispol'. Miner. Syr'ya, 1984 (2) 72–75 (Russ)
(Chemical Abs.: 1985, 102: 50050h).
- 5. Feng. Xiuji, Zhu, Yufeng (Wuhan Inst. Build Mater. Wuhan,
Volksrep. China). Forschung über
früh festigenden
Zement mit hohem Eisengehalt. Congr. Int. Quim. Cemento [An] 8.
1986, 2, 285–92
(Eng) (Chemical Abs.: 1988, 109: 78641y).
- 6. Huo, Xingong; Zhen, Yinchum; Liu, Zhencai; Wang, Baoan; Wang,
Suqing; Ruan, Doutian (Benxi Steel Co.) Faming Zhuanli Shenqing
Gongkai Shoumingashu. Produktion von Ferritzement unter Verwendung
hochaktivierter Schlacke aus Drehofenstahlschmelze. CN 87, 100,
826 (Cl. C04B7/153), 16. Dez. 1987. Anmeld. 13. Feb. 1987 (Chemical
Abs. 1989, 110: 43938u),
in denen Anstrengungen unternommen
wurden, hydraulischen Zementklinker mit hohem Eisengehalt aus Rohmaterialien
wie Eisenerz, rotem Schlick, Stahlschmelzschlacke unter Verwendung
herkömmlicher
Zementöfen
und durch Schmelzen in Stahlschmelzkonvertern zu entwickeln.
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Die
Nachteile der bisherigen Verfahren bestehen in den Einschränkungen
bei der Verwendung verschiedener Typen von mit Eisen angereicherten Rohmaterialien,
in der Verschlechterung der Lebensdauer feuerfester Stoffe durch
der Bildung einer flüssigen
mit Eisen angereicherten Phase bei niedriger Temperatur, durch die
Schwierigkeit, eine geeignete reduzierende und oxidierende Atmosphäre aufrecht zu
halten und die schnellen Kühlungsbedingungen, um
die gewünschten
mineralischen Phasen des hydraulischen mit Eisen angereicherten
Zements zu erzielen, durch die Involvierung mehrerer Verfahrensschritte,
um den Klinker durch Stahlschmelzkonverter herzustellen, durch das
energie-intensive Zerkleinern fließender und geschmolzener mit
Eisen angereicherter Klinkerpartikel usw.
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Ziel der Erfindung
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Das
Hauptziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung
von hydraulischem Zementklinker mit hohem Eisengehalt unter Anwendung
der Saugzugsintertechnik vorzuschlagen, das die oben beschriebenen
Nachteile umgeht.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Flexibilität des Verfahrens
für eine
große
Vielfalt von Rohmaterialien, Abrieb, Feststoffabfällen usw., die
Kalk und Eisen enthalten, aufrecht zu halten.
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Noch
ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Feststoffabfälle, die
Koks, Kohle, Holzkohle und Kohlenstoff enthalten, als Quelle für Treibstoff
in dem Verfahren zu verwenden.
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Noch
ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einfachere Rohstoffverarbeitungs-
und Sinterschritte des Verfahrens zu erhalten, um die Verwendung
von feuerfesten Stoffen und Hochtemperaturschmelzvorgängen zu
vermeiden.
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Noch
ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein umweltfreundliches
Verfahren vorzuschlagen und einfachere Werksmaschinen für die kontinuierliche
kommerzielle Produktion in kleinen Verarbeitungslosen zu verwenden.
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Noch
ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, hohe Produktivität und niedrigen
Energieverbrauch bei der Herstellung von Zementsorten mit hohem
Eisengehalt von 40 % Eisen (Fe2O3) und darüber aufrecht zu halten.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Demgemäß schlägt die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker
mit hohem Eisengehalt vor, bei welchem der Fe2O3 Gehalt mindestens 33 % beträgt, unter
Anwendung der Saugzugsintertechnik, das folgende Arbeitsgänge umfasst:
Herstellen einer homogenen Rohmixtur aus Rohmaterialien, die aus
Kalkstein, Kalk, Kalkschlamm, kalkhaltigen Feststoffabfällen, Eisenerz,
rotem Schleimschlick, eisenhaltigem Bauxit, Laterit, Ton, Eisenoxid
enthaltenden metallurgischen und chemischen Abfällen, Schlacke, Koksklein,
Koks, kohlehaltigem Schlamm, kohlenstoffhaltigen festen Abfällen und
irgendeiner Mixtur davon ausgewählt
sind, wobei das chemische Verhältnis von
CaO/(Al2O3 + Fe2O3), SiO2/(Al2O3 +
Fe2O3) und (Al2O3 + Fe2O3) in der homogenisierten Rohmixtur jeweils
zwischen 1,3 bis 2,5, 0,2 bis 0,5 und 0,25 bis 0,8 beträgt bei einem
Anteil an Fe2O3 in
der homogenisierten Rohmixtur im Bereich von weniger als 40 % und
einem Anteil an festem Kohlenstoff in der homogenisierten Rohmixtur
im Bereich von 4 bis 12 %, Pelletisieren der resultierenden homogenisierten Rohmixtur
in Anwesenheit von Wasser zur Herstellung von granulierten Partikeln,
Sintern und Kühlen der
pelletisierten granulierten Partikel durch Saugzugsintertechnik
zur Umwandlung in Klinker, Zerkleinern der Klinkerpartikel mit und
ohne Gips zur Herstellung von hydraulischen Zement- und Bindersorten
mit hohem Eisengehalt für
unterschiedliche Anwendungen.
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Das
Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker mit hohem
Eisengehalt wendet die Saugzugsintertechnik an, die folgende Arbeitsgänge umfasst:
Herstellen einer homogenen Rohmixtur aus Rohmaterialien, die aus
Kalkstein, Kalk, Kalkschlamm, kalkhaltigen festen Abfällen, Eisenerz, rotem
Schleimschlick, eisenhaltigem Bauxit, Laterit, Ton, Eisenoxid enthaltenden
metallurgischen und chemischen Abfällen, Schlacke, Koksklein,
Koks, kohlehaltigem Schlamm, kohlenstoffhaltigen festen Abfällen und
irgendeiner Mixtur davon ausgewählt sind,
Pelletisieren der resultierenden homogenisierten Rohmixtur in Anwesenheit
von Wasser zur Herstellung von granulierten Partikeln, Sintern und
Kühlen
der pelletisierten granulierten Partikel durch Saugzugsintertechnik
zur Umwandlung in Klinker, Zerkleinern der Klinkerpartikel mit und
ohne Gips, um hydraulische Zement- und Bindersorten mit hohem Eisengehalt
für unterschiedliche
Anwendungen herzustellen.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Ausführung wird
die homogene Rohmixtur in halbnasser oder trockener Form durch Mischen
oder Zerkleinern, je nach der Feinheit der Partikel, hergestellt.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Ausführung beträgt das chemische
Verhältnis
von CaO/(Al2O3 + Fe2O3), SiO2/(Al2O3 +
Fe2O3) und (Al2O3 + Fe2O3) in der homogenisierten Rohmixtur zwischen
1,3 bis 2,5, 0,2 bis 0,5 und 0,25 bis 0,8 jeweils.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Ausführung liegt
die Feinheit der Partikel der homogenisierten Rohmixtur unter der
150 mesh (100 Mikron)-Größe.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung liegt
der Anteil an festem Kohlenstoff in der homogenisierten Rohmixtur
im Bereich von 4 bis 12 % als Charge für die Erzeugung der in-situ
Hitze für das
Sintern.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung erfolgt
das Pelletisieren der homogenisierten Mixtur in Anwesenheit von
Wasser zur Herstellung von granulierten Partikeln mit einer Größe von unter 15
mm und zu 8 bis 15 % aus Wasser bestehend.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung erfolgt
das Sintern der granulierten Partikel bei einer Temperatur im Bereich
von 1050 bis 1450°C zur
Umwandlung in Klinker durch die Saugzugsintertechnik, wobei eine
Betriebsbedingung bestehend aus 300 bis 600 mm Betthöhe der granulierten
Partikel, 200 bis 800 mm Wassersäule
(WG) Luftsaugdruck unter dem Bett und 15 bis 20 mm vertikale Sintergeschwindigkeit
von der Ober- bis zur Unterseite des Bettes aufrecht erhalten wird.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wird
das erhaltene Produkt bei 200 bis 1000°C und 400 bis 600 °C, je nach
der Größe der granulierten
Partikel, gekühlt.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung laufen
sowohl der Sinter- als auch der Kühlvorgang bei der Zementklinkerbildung
innerhalb des Bettes selbst und während eines Zeitraums von 15 bis
30 Minuten ab.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung ist
der Sinterherd frei von einer feuerfesten Auskleidung und Abscheider
sind an ihm befestigt zur Reinigung des Staubteilchen mit sich führenden heißen Gases
zum Zweck der Verschmutzungskontrolle während des Sintervorgangs.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wird
das verschlackte klumpige Aggregat zur Größenreduzierung zermalmt und
dann mit oder ohne Gips und anderen Zusatzstoffen gemahlen, um Zement-
und Binderarten für
unterschiedliche Anwendungen herzustellen.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wird
ein mineralbildender Wirkstoff, der aus sulfat-, fluor- und chlorhaltigen
Mineralien und chemischen Abfallstoffen ausgewählt ist, der Rohmixtur beigefügt.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
erfindungsgemäßen Verfahrenseinzelheiten
sind die Folgenden: Kalkstein, Kalk, Kalkschlamm, kalkhaltige feste
Abfälle,
Eisenerz, roter Schleimschlick, eisenhaltiger Bauxit, Laterit, Ton,
Eisenoxid enthaltende metallurgische und chemische Abfälle, Schlacke,
Koksklein, Koks, kohlehaltiger Schlamm, kohlenstoffhaltige feste
Abfälle
sind die verschiedenen Typen von Rohmaterialien, die sich für die Verwendung
zur Herstellung von Zementklinkersorten mit hohem Eisengehalt eignen.
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Sulfat-,
fluor- und chlorhaltige Mineralien und chemische Abfallstoffe sind
auch als mineralisierender Wirkstoff in dem Verfahren verwendbar.
Eisen ist ein Hauptbestandteil des Zements mit hohem Eisengehalt,
dessen Eisenanteil jenseits des Grenzwertes des Portlandzements
und Aluminium haltigen Zements liegt. Die Normen für chemische
Parameter für die
Konzeption der Rohmixtur für
den Zement mit hohem Eisengehalt unterscheiden sich ebenfalls von denen
der Portland- und Aluminium haltigen Zementsorten. Basierend auf
dem Gehalt von CaO, Fe2O3, Al2O3, SiO2,
Kohlenstoff usw. verschiedener Materialien und Zusatzstoffe wird
bei der Zubereitung der Rohmixturen des Zements mit hohem Eisengehalt nach
verschiedenen Eigenschaften entsprechend gemischt, um die wesentlichen
chemischen Parameter wie 1,3 bis 2,5 CaO (Al2O3 + Fe2O3),
0,2 bis 0,5 SiO2 (Al2O3 + Fe2O3),
0,25 bis 0,8 Al2O3 +
Fe2O3, 4 bis 12%
Kohlenstoff und mit oder ohne mineralisierendem Wirkstoff beibehalten
werden. Je nach der Feinheit der Partikel, des Feuchtigkeitsgehalts
und der Art der Materialien kann die Rohmixtur in trockener oder halbtrockener
Form nach dem Mischen oder durch Zerkleinern für eine komplette Homogenisierung
zubereitet werden. Die Feinheit der Partikel der homogenisierten
Rohmixtur wird vorzugsweise in einer Größe von unter 100 Mikron aufrechterhalten.
Die homogenisierte Rohmixtur wird dann der Pelletisierung unterzogen,
um durch die Pelletisierungstechnik in Anwesenheit von Wasser pelletisierte
granulierte Partikel von unter 15 mm Größe herzustellen. Die Pelletisierungsbedingung
wird derart aufrechterhalten, dass die pelletisierten Partikel weniger
als 15 % Wasser zurückhalten
und eine Grünfestigkeit
für die Handhabung
beim Sintervorgang aufweisen. Das Sintern der pelletisierten Partikel
erfolgt durch die Saugzugsintertechnik zur Umwandlung in Zementklinker.
Die Prinzipien der Saugzugsintertechnik (DDS) sind kommerziell in
der Eisen- und Stahlindustrie zur Agglomeration von Eisenerzabrieb
für die Hochofenverwendung
bei der Eisenherstellung bekannt. Das granulierte Material der Zementrohmixtur wird
in den Sinterherd gefüllt,
der einem Topf ähnelt und
auf dem Boden aus Gitterstäben
besteht. Das Füllmaterial
ruht auf einer falschen (50 mm dicken) Herdschicht über dem
Gitterrost in Form eines etwa 300 bis 600 mm dicken Bettes. Die
Oberseite des Füllmaterialbettes
im Sinterherd wird entzündet
unter Verwendung von Brennern oder vorgebrannter Kohle oder Koks,
um eine Hitzefront zu erzeugen. Ein Luftsaugdruck zwischen 100 und
1000 mm WG wird unter den Gitterstäben aufrechterhalten, um die
Hitzefront um 15 bis 20 mm pro Minute von der Oberseite zum Boden
des Bettes zu bewegen. Trocknungskalzinieren, Sintern und dann Abkühlen des
in der Klinkerformation befindlichen Materials finden auf einem
statischen Bett statt. Die Anwesenheit von festem Kohlenstoff innerhalb
des Füllmaterials
erzeugt eine in-situ Hitze im Bett von um die 1000 bis 1500°C oder höhere Temperaturen.
Die Umwandlung des Füllbettes in
Zementklinker benötigt
15 bis 30 Minuten, je nach der Höhe
und Durchlässigkeit
des Füllbettes,
des Luftsaugdrucks, der Sintertemperatur usw. Das aus dem Sintertopf
entladene Klinkerprodukt wird auf eine Größe von unter 10 mm zermalmt,
um gelagert oder für
die Zerkleinerung zur Zementherstellung verwendet zu werden.
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Basierend
auf der Rohmixturzusammensetzung und Anwesenheit von Sulfatchlorid
oder Fluorit haltigen Zusatzstoffen enthält der durch das oben beschriebene
Verfahren hergestellte Zementklinker mit hohem Eisengehalt C2F, C4AF, C6AF2 und C6A2F mineralische
Strukturen von Ferritverbindungen, Di- und Trikalziumsilikate and Kalziumsulfoaluminat (C4A3S), Kalziumfluoraluminat
(C11A-CaF2), Kalziumchloraluminat
(C11A7ClCl2), Kalziumsulfoaluminoferrit (C2AxF1-x-Sa), [wobei
x von 0,1 bis 0,8 and n von 0,05 bis 0,5 schwanken] als Aufbau der
verschiedenen mineralischen Zementphasen [C-CaO, F-Fe2O3, A-Al2O3, S-SO4]. Ferritphasen von 30 und 70% treten in
Verbindung mit Dikalziumsilikat oder Trikalziumsilikat als primäre mineralische
Bestandteile im Zementklinker mit hohem Eisengehalt auf. Andere
Mineralien wie C4AS, C11A-CaF2,
C11A-CaCl2 and Kalziumsulfoaluminoferrit
existieren auch in verschiedenen Proportionen in der Ferritphase,
je nach der Art der Zusatzstoffe und Flussmittel.
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Der
Sinter- und Kühlvorgang
der Saugzugsinterverfahren (DDS) läuft wirklich schnell ab im
Vergleich zum anderen existierenden Zementklinkerbildungssystem,
wodurch die Aufrechterhaltung der Mikrokristallinität der verschiedenen
mineralischen Zementphasen und ein höherer Grad an fester Lösung der
Ferritmineralien im Klinker begünstigt
wird. Die hohe hydraulische Festigkeit des Zements hängt mit der
Zusammensetzung und Kristallinität
der verschiedenen mineralischen Zementphasen zusammen. Insbesondere
formen die Zementklinker mit hohem Eisengehalt, die beim vorliegenden
Verfahren hauptsächlich
nadel- bis tafelförmig
hergestellt werden, mineralische Ferritphasen in Größen von
unter 10 Mikron und Dikalzium- und Trikalziumsilikatkristalle in
Größen von
unter 40 Mikron sowie feste Lösungen
von mineralischen C6AF2 und
C6A2F Ferritstrukturen.
Dank der besonderen Merkmale der mineralogischen und mikrostrukturellen
Eigenschaften der Festigkeit im Zementklinker mit hohem Eisengehalt, der
40 % und darüber
beträgt,
wird eine hydraulische Festigkeit von über 120 MPa im Zement nach
28 Tagen Aushärten
erreicht. Des Weiteren erfolgt die Formulierung des Zementklinkers
mit hohem Eisengehalt meistens durch Festkörperreaktion von Partikeln mit
minimaler Verschmelzung, welche die Aufrechterhaltung des schwammigen
und porösen
Charakters für
eine leichtere Zerkleinerung bis zur Zementfeinheit unterstützt.
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Ein
für Laborbedingungen
zugeschnittenes Saugzugsintersystem (DDS), das aus einem rechtwinkligen
kastenförmigen
Sinterherd der Größe 300 × 300 mm2 in der Querschnittfläche und 500 mm Höhe mit einer
Füllkapazität von 50
bis 60 kg granulierter Rohmixtur pro Verarbeitungslos besteht, wurde
für die
Durchführung
von Experimenten mit unterschiedlicher Betthöhe, Saugdruck, Sinter- und
Kühlrate
mit verschiedenen Zusammensetzungen angepasst, um das Verfahren
für die
kommerzielle Produktion von Zementklinker mit hohem Eisengehalt
zu optimieren.
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BEISPIEL 1
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Trockene
pulverförmige
Materialien aus Kalkschlamm eines Acetylenwerks [63,25% CaO], Hochofenstaub
(B.F.-Staub) [46,70% Fe2O3],
7,24% SiO2 und 30,17% Kohlenstoff] und Zusatzstoffe
werden gemischt, um 50 kg Rohmaterialienmixtur zu ergeben, wobei
das Gewichtsverhältnis
des Kalkschlamms und B.F.-Staubs 2:1 beträgt. Die vermischten Materialien
werden in einer Kugelmühle
pulverisiert zur Homogenisierung und Aufrechterhaltung einer Partikelfeinheit
von unter 150 mesh (BSS). Die homogenisierte Rohmixtur besteht im
chemischen Verhältnis
von jeweils 1,96, 0,21 und 0,31 aus CaO/(Al2O3 + Fe2O3),
SiO2/(Al2O3 + Fe2O3)
and Al2O3 + Fe2O3. Die homogenisierte
Rohmixtur wird dann in Anwesenheit von Wasser durch einen Scheibengranulator
pelletisiert, um granulierte Partikel in einer Größe von unter
15 mm herzustellen, die zu 10% aus Wasser bestehen. Die Massendichte
des grünen
granulierten Partikels beträgt
1250 kg/m3, 50 kg des grünen granulierten Materials
werden in einen kastenähnlichen
Sinterherd mit einer Querschnittsfläche von 300 mm × 300 mm
und Höhe
von 500 mm gefüllt, um
ein 450 mm dickes Bett in einer an Laborbedingungen angepasste DDS-Einheit
zu bilden. Die Oberseite des Bettes wird entzündet durch Auflage von brennendem
Koks und ein Luftsaugdruck von 350 mm Wassersäule (WG) wird unter dem Füllbett angewandt,
um den Sinter- und Kühlvorgang
zur Zubereitung des Zementklinkers mit hohem Eisengehalt in 30 Minuten
zu vollenden. Der in den pelletisierten granulierten Partikeln vorhandene
feste Kohlenstoff erzeugt in-situ Hitze für die Klinkerbildung bei einer Temperatur
von 1375°C.
30 kg des mit Eisen angereicherten Klinkers werden aus 50 kg Füllmaterial
hergestellt.
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Der
Klinker besteht zu 59,70% aus Al2O3 and zu 25,5% aus Al2O3 + Fe2O3 als
chemischen Hauptbestandteil und zu 52% aus eisenhaltigen Ferritverbindungen
und zu 40% aus Trikalziumsilikat als die hauptsächliche mineralische Phase.
Der Klinker wird gemahlen, um Zementsorten mit und ohne Gips herzustellen.
Der ohne Gips zubereitete Zement weist eine Abbindezeit von 45 bis
160 Minuten und eine Druckfestigkeit von jeweils 420, 560, 710 kg
cm2 (Zement und Sandspeis-Verhältnis von
1:3) nach 3, 7 und 28 Tagen des Aushärtens auf. Der mit 4% Gips zubereitete
Zement weist eine Abbindezeit von 85 bis 210 Minuten und eine Druckfestigkeit
von jeweils 430, 576, 750 kg/cm2 des Zement-Sandspeis-Würfels im
Verhältnis
von 1:3 nach 3, 7 und 28 Tagen der Aushärtung auf. Die Wirkung des
Gipses als Abbindeverzögerer
auf die Festigkeitsentwicklung des Zements ist wirklich zu vernachlässigen.
Die Expansion des Zements liegt innerhalb des Grenzwertes des Portlandzements.
Dieser Typ von Zement mit hohem Eisengehalt ist für metallurgische
und Konstruktionszwecke geeignet.
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BEISPIEL 2
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Trockene
pulverförmige
Materialien aus Kalk eines Acetylenwerks, Staub eines Sauerstoff-Aufblas-Konverters
(BOF) [76,80% Fe2O3,
3,60% SiO2, 2,85% Al2O3, 11,08% CaO, 0,15 TiO2,
0,78% (Na2O + K2O),
Ton (50,59% SiO2, 20,82% Al2O3, 14,20% Fe2O3, 1,65% TiO2) und
Koksklein [68% gebundener Kohlenstoff, 29% Asche, 3% Flüchtiges]
werden in unterschiedlichen Gewichtprozentsätzen verwendet, um 50 kg Rohmixtur
zuzubereiten, die aus 7% festem Kohlenstoff und im chemischen Verhältnis von
jeweils 1,48, 0,27, 0,3 aus CaO/(Al2O3 + Fe2O3), SiO2/(Al2O3 +
Fe2O3) und Al2O3 + Fe2O3 besteht. Granulierte Pellets von unter
15 mm Größe der gemahlenen
Mixtur werden mit 12% Wasser mit dem Scheibengranulator zubereitet.
50 kg der granulierten Pellets werden verwendet, um mit dem an Laborbedingungen
angepassten DDS-System Klinker herzustellen, wobei 400 mm Betthöhe aufrechterhalten
werden und 250 mm WG Luftsaugdruck angewandt wird, um das Sintern
und Kühlen
in 28 Minuten zu vollenden. Das in den granulierten Pellets vorhandene Koksklein
erzeugt in-situ Hitze und die Klinkerbildung findet bei einer Temperatur
von 1420°C
statt. 34 kg Klinker wurden aus 50 kg Füllmaterial gewonnen.
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Der
Klinker enthält
53% CaO und 33% Fe2O3.
Mineralogisch betrachtet besteht der Klinker aus einem nadelförmigen Muster
von mit Eisen angereicherten Ferritmineralien aus C6AF2, C4AF und Kristallen
des Trikalziumsilikats (C3S) und Dikalziumsilikats
(C2S) in Größen von unter 40 Mikron. Der
aus diesem Typ Klinker zubereitete Zement weist eine Abbindezeit
von 120 bis 240 Minuten und eine Druckfestigkeit beim Verhältnis von
Zement zu Speis von 1:3 nach 1, 3, 7, 28 Tagen der Aushärtung von
jeweils 180, 430, 610 und 780 kg/cm2 auf.
Die Verwendung von Gips als Abbindeverzögerer im Zement zeigt wenig
bedeutende Wirkung auf Abbindezeit und Festigkeit. Diese Zementtypen
sind für
metallurgische ebenso wie für
Hochbauzwecke geeignet.
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BEISPIEL 3
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Kalzinierter
Kalk (88% CaO, 4,50% SiO2, 1,80 MgO), Eisenerzschlick
(93% Fe2O3, 1,12%
SiO2, 2,17% Al2O3), lateritischer Bauxit (38% Fe2O3, 41,5% Al2O3, 3,8% SiO2, 1,8%
TiO2), Koksabrieb (88% gebundener Kohlenstoff), Fluorit
und Gips werden gemischt in Gewichtsprozentsätzen von jeweils 48, 22, 16,
10,2 und 2, um 50 kg Rohmaterialienmixtur herzustellen. Diese wird
dann in der Kugelmühle
bis auf eine Partikelfeinheit von unter 150 mesh (BSS Sieb)Größe gemahlen.
Das chemische Verhältnis von
CaO (Al2O3 + Fe2O3) und Al2O3 + Fe2O3 der Rohmaterialienmixtur beträgt jeweils
1,42, 0,2 und 0,35. Die pulverförmige
Mixtur wird mit 15% Wasser granuliert, um unter 12 mm große granulierte
Partikel zu bilden. Dann werden 50 kg des granulierten Materials verwendet,
um Klinker durch die Saugzugsintertechnik (DDS) bei 1400°C unter Verwendung
von 460 mm Betthöhe
des Materials herzustellen.
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Der
resultierende Klinker enthält
56% CaO und 34% Fe2O3 als
Hauptbestandteil. Die verschiedenen mineralischen Phasen des Klinkers
sind C6AF2, C4AF, Kalziumsilikate (C3S,
C2S, C11A7CaF2), Kalziumsulfoaluminat
(C4A3S), Kalziumsulfoaluminoferrit
usw.. Der Klinker weist eine sehr feine kristalline Struktur verschiedener
mineralischer Phasen auf. Der mit Zugabe von 10% Gips zubereitete
Zement zeigt schnellere Abbindung (weniger als 60 Minuten) und sehr
hohe Druckfestigkeit von etwa 510, 700 kg/cm2 in
3, 7 und 28 Tagen des Aushärtens.
Die Verwendung von Gips hat eine sehr positive Wirkung in diesem
mit Eisen angereicherten Zementtyp.
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Es
wird daraus gefolgert, dass die Herstellung von Zementklinker mit
hohem Eisengehalt für verschiedene
Zwecke unter Verwendung verschiedener Sorten von Rohmaterialien
bei dem vorliegenden Verfahren ziemlich flexibel ist. Die schnellen
Sinter- und Kühlbedingungen
des Verfahrens stellen ein besonders Merkmal dar, um eine feine
kristalline Struktur, bei hoher Temperatur stattfindende feste Lösungen des
Ferrits und anderer mineralischer Phasen im Zementklinker mit hohem
Eisengehalt und hohe hydraulische Festigkeit des Zements zu erreichen.
Zusätzlich
zur Klinkerchemie und -mineralogie wird die Entwicklung der hohen
hydraulischen Festigkeit des Zements mit hohem Eisengehalt auch
mit der Partikelgröße des Zements
und dem Anteil an Gips als Abbindeverzögerer in Zusammenhang gebracht.
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Die
vorliegende Erfindung weist folgende Hauptvorzüge auf:
- 1.
Verwendung einer großen
Vielfalt von Rohmaterialien, Industrie- und Bergbaufeststoffabfällen, Abrieben
usw., die reich an Kalk und – Eisen
sind, sowie verschiedener Typen fließender Materialien.
- 2. Verwendungsmöglichkeiten
von festen Kohlenstoff enthaltenden Materialien wie Kohle, Koks, Holzkohle,
Abfallabrieb als Hauptquelle für
Treibstoff.
- 3. Flexibilität
bei der Konzeption der Rohmixtur zur Herstellung der Zementsorten
mit hohem Eisengehalt für
verschiedene Anwendungen.
- 4. Hohe thermale Effizienz bei der Klinkerbildung auf Grund
der Anwesenheit von in-situ Kohlenstoff innerhalb des Partikels.
- 5. Die schnelle Sinter- und Kühlrate des Sintersystems fördert den
hohen Grad an fester Lösung in
den mineralischen Eisenphasen und die Mikrokristallinität im Klinker,
um eine bessere Zementeigenschaft zu erreichen.
- 6. Minimierung der Verschmutzung, da das Sintersystem sowohl
trocken als auch durch Abscheider die Reinigung von Gas und Staub
durchführt.
- 7. Hohe Produktivität
des Sintersystems dank niedriger Retentionszeit.
- 8. Kosteneffizienz, da das Sintersystem frei von feuerfesten
Materialien ist.