DE60211031T2

DE60211031T2 - Verfahren zur herstellung von hydraulischem zementklinker mit hohem eisengehalt

Info

Publication number: DE60211031T2
Application number: DE60211031T
Authority: DE
Inventors: Bansidhar Regional Research Laborato NAYAK; Narain Vibhuti MISRA
Original assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Current assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2005521620A; AU2002249554A1; BR0215677B1; DE60211031D1; EP1487754B1; JP4554217B2; EP1487754A1; BR0215677A

Description

Feld der Erfindung
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker mit hohem Eisengehalt unter Anwendung der Saugzugsintertechnik.
Stand der Technik
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.
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.
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.
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),

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.
Ziel der Erfindung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Zusammenfassung der Erfindung
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.
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.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung wird die homogene Rohmixtur in halbnasser oder trockener Form durch Mischen oder Zerkleinern, je nach der Feinheit der Partikel, hergestellt.
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.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung liegt die Feinheit der Partikel der homogenisierten Rohmixtur unter der 150 mesh (100 Mikron)-Größe.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung wird ein mineralbildender Wirkstoff, der aus sulfat-, fluor- und chlorhaltigen Mineralien und chemischen Abfallstoffen ausgewählt ist, der Rohmixtur beigefügt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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.
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.
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 (C₂A_xF_1-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.
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.
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.
BEISPIEL 1
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.
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.
BEISPIEL 2
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.
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.
BEISPIEL 3
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.
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.
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.
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.

Claims

Verfahren zur Herstellung von hydraulischem Zementklinker mit hohem Eisengehalt, 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 festen Abfällen, Eisenerz, rotem Schleimschlick, eisenhaltigem Bauxit, Laterit, Ton, Eisenoxid enthaltenden metallurgischen und chemischen Abfällen, Schlacke, Koksklein, Kohlenkoks, 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 zwischen 1,3 bis 2,5, 0,2 bis 0,5 und 0,25 bis 0,8 jeweils 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 Partikel, 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 Binderarten mit hohem Eisengehalt für unterschiedliche Anwendungen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die homogene Rohmixtur in halbnasser oder trockener Form durch Mischen oder Zerkleinern, je nach der Feinheit der Partikel der Rohmaterialien, hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Feinheit der Partikel der homogenisierten Rohmixtur unter der 150 mesh (100 Mikron)-Größe liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Pelletisieren der homogenisierten Mixtur in Anwesenheit von Wasser erfolgt zur Herstellung von granulierten Partikeln mit einer Größe von unter 15 mm und zu 8 bis 15 % aus Wasser bestehend.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sintern der granulierten Partikel bei einer Temperatur im Bereich von 1050 bis 1450°C erfolgt 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.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erhaltene Produkt bei 200 bis 1000°C und 400 bis 600°C, je nach der Größe der granulierten Partikel, gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sowohl der Sinter- als auch der Kühlvorgang bei der Zementklinkerbildung innerhalb des Bettes selbst und während eines Zeitraums von 15 bis 30 Minuten ablaufen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sinterherd frei von einer feuertesten Auskleidung ist und an den Sinterherd Abscheider befestigt sind zur Entfernung des Staubteilchen mit sich führenden heißen Gases zum Zweck der Verschmutzungskontrolle während des Sintervorgangs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gesinterte klumpige Aggregat zermalmt und dann mit oder ohne Gips und anderen Zusatzstoffen gemahlen wird, um Zement- und Binderarten für unterschiedliche Anwendungen herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein mineralbildender Wirkstoff zur homogenisierten Rohmixtur hinzugefügt wird, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus sulphat-, fluor- und chlorhaltigen Mineralien und chemischen Abfallstoffen besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Eisengehalt (Fe₂O₃) der homogenisierten Rohmixtur weniger als 40 % beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeit des Sinterns und Kühlens jeweils zwischen 200 bis 1000°C und 400 bis 600°C pro Minute schwankt.