AT260772B - Verfahren zur Herstellung thermisch stabiler und abriebfester Granalien aus unplastischem Zementrohmehl - Google Patents

Description

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   Verfahren zur Herstellung thermisch stabiler und abriebfester Granalien aus unplastischem Zementrohmehl 
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen thermisch stabiler und abriebfester
Granalien aus unplastischem Zementrohmehl aus durch Beigabe chemischer Zusatzmittel. Das Neue hie- bei ist darin zu sehen, dass die zu granulierendenstoffe vor dem an sich bekannten Granulationsvor- gang mit hydrolysierenden Sulfaten sowohl zweiwertiger Metalle als auch dreiwertiger Metalle in Mengen von 0, 5 bis 2,5   Gel.-%   trocken vermischt werden. 



   Die Erzeugung ausreichend abriebfester und temperaturbeständiger Granalien ist für das Zement- brennen im   Lepol- bzw.   Schachtofen von entscheidender Bedeutung. Platzende oder nicht genügend ab- riebfeste Granalien beeinträchtigen die Zugverhältnisse des Ofens, die Ofenleistung, den gleichmässigen
Ofengang und die Qualität des Endproduktes. 



   Zementrohmehle, die plastische, quellfähige Tonmineralien enthalten, bieten für die Gewinnung von Granalien ausreichender Festigkeit auf dem Granulierteller im allgemeinen keine Schwierigkeiten. 



   Durch geeignete Wahl der beeinflussbaren Porosität der Granalien sind die erforderlichen Eigenschaften zu erreichen. 



   Die Gewinnung brauchbarer Granalien aus unplastischem Zementrohmehl, d. h. solches, das keine oder zu wenig quellfähige Tonmineralien enthält, ist jedoch recht schwierig. 



   Granalien aus derartigen Materialien haben fast immer bei normalen Nassfestigkeiten eine sehr schlechte Temperaturbeständigkeit und oft geringe Trockenfestigkeiten. Beim schnellen Erhitzen zer- platzen sie. 



   Bisher wurden in solchen Fällen, falls nicht geeigneteres Rohmaterial eingesetzt werden konnte, andere Granuliereinrichtungen,   z. B.   Zwangsmischer (z. B. Eirich-Mischer), Vibrationsgranulatoren u. ähnl. vorgeschlagen. Ein Erfolg durch Verwendung einer andern Granuliereinrichtung ist jedoch nicht mit Sicherheit zu erreichen. 



   Ein anderer Körnungsaufbau des Materials kann unter Umständen vorteilhaft sein. Hiezu ist jedoch eine Umstellung des Mahlbetriebes, eventuell auf Kosten der Mühlenleistung, oder die Verwendung be- sonderer Zerkleinerungsmaschinen erforderlich. 



   Bei Schachtofenanlagen hat sich vielfach eine Vergröberung der Körnung des dem Zementrohmehl zugemischten Brennstoffes vorteilhaft ausgewirkt. Diese Massnahme erhöht jedoch den Brennstoffver- brauch. 



   Die   angeführten Verfahren zur Verbesserung   der Qualität der aus unplastischem Material hergestell- ten Granalien ergeben im allgemeinen jedoch nur Teilerfolge. Wenn es gelang, die Porosität der Gra- nalien zu erhöhen und dadurch die Platzneigung bei thermischer Beanspruchung zu verringern, so sank meist gleichzeitig die   Nass- und   Trockenfestigkeit der Granalien, wodurch infolge der mechanischen Be- anspruchung auf dem Rost oder im Ofen in erhöhtem Masse die kleineren Granalien zerstört wurden. 



   Stellte man durch Tellerneigung, Drehzahl und Wasserzufuhr eine geringere Porosität der Granalien ein, so besassen diese bessere   Nass- und   Trockenfestigkeiten, aber sie überstanden infolge ihrer dichteren
Struktur nicht die schnelle Erhitzung auf dem Rost. 



   Viele dieser Zusatzmittel, vor allem organischer Art, haben den Nachteil, dass sie als kapillaraktive 

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Stoffe die Oberflächenspannung des Wassers stark erniedrigen. Da die Zugfestigkeiten der durch Flüssig- keitsbrücken oder monomolekulare Wasserschichten verursachten Bindungen der Rohmehlteilchen aber proportional mit der Oberflächenspannung der Granulierflüssigkeit abnehmen, ermöglichen diese Zu- satzmittel meist keine durchgreifende Verbesserung der Granalienqualität. 



   Von den elektrolytischen Zusätzen hat sich, wie in der Literatur vermerkt, vor allem NaCL be- währt. Die verbesserte Stabilität der Granalien beruht in diesem Fall hauptsächlich auf der Ausbildung   von "Kristallbrückenbindungen" zwischen   den Rohmehlteilchen, die beim Trockenprozessentstehen. Der
Nachteil eines   NaCL-Zusatzes   besteht jedoch darin, dass der Alkaligehalt der Granalien erhöht wird, was insbesondere bei bereits reichlich Alkali enthaltenden Rohmehlen zu unerwünschten Störungen des
Ofenbetriebes führen kann. Ausserdem wird durch den NaCL-Zusatz die Granalienporosität nur unbedeu- tend verändert. 



   Beispielsweise wurde das Rohmehl eines Zementwerkes, in dem seit einigen Jahren Schwierigkeiten bei der Granulation auftreten, zu Versuchen verwendet :
Dieses Rohmehl wurde aus drei unterschiedliche Mengen Ton enthaltenden, spröden Kalksteinsorten in einer Becherwerksumlaufmühle mit Mahltrocknung hergestellt. Der Rückstand betrug zirka   81a   und 4900   Maschen/cm.   Auf einem Granulierteller wurde das Rohmehl mit etwa 15,   5%     H, 0,   bezogen auf das feuchte Material, granuliert. Die gewonnenen Granalien besassen eine gute Nassfestigkeit neben einer sehr geringen   Trockenfestigkeit.   Alle Granalien platzen beim Erwärmen mit dem Bunsenbrenner bzw. beim sehr schnellen Erhitzen in einem auf 10500C gehaltenen Muffelofen schalig auseinander. 



  Alle Versuche durch Änderung des Wassergehaltes, der Tellerneigung, der Wasserzugabestelle und der Mahlfeinheit, eine Verbesserung der thermischen Stabilität der Granalien zu erreichen, waren erfolglos. Auch eine Vorfeuchtung des Rohmehls vor der Granulation ergab keine wesentliche Verbesserung. Zusätze von Zement, frühhochfestem Zement, Klinker,   HSO   und quellfähigen Tonen bis   6%   brachten nur graduelle Verbesserungen. Es gelang nicht, thermisch beständige Granalien zu erzeugen. 



   Werden diesem Rohmehl hingegen gemäss der Erfindung vor dem Granulationsvorgang hydrolysierende Sulfate entweder zweiwertiger Metalle oder dreiwertiger Metalle sowie einer Kombination aus beiden, vorzugsweise Sulfate des Aluminiums,   Eisen (II), Eisen (III)   und Chrom (III), beispielsweise Aluminiumsulfat   AL (SO,) g. 18 HO   in Mengen von 0,5 bis 2,5   Gew. -0/0,   vorzugsweise 0, 7 Gew.-%, bezogen auf das trockene Rohmehl, zugesetzt, derart, dass Rohmehl und Zusatzmittel trocken innig miteinander gemischt und dann mit Wasser granuliert werden, so gewinnt man Granalien, die sowohl beim Erwärmen mit einem Bunsenbrenner als auch beim Erhitzen in einem auf 1 0500Cgehaltenen Muffelofen formbeständig bleiben. Ihre Porosität ist etwa   15-20'%'höher und   ihre Schale fester als ohne Zusatzmittel. 



   Ein trockenes Vermischen der Komponenten ist deshalb notwendig, weil sich nur auf diesem Wege eine gleichmässige Verteilung der Zusatzmittel in dem zu granulierenden Material erzielen lässt. Die gegenseitige Umhüllung der Reaktionsteilnehmer bedingt, dass bei Zugabe der Granulierflüssigkeit die erstrebten Reaktionen im Granuliergut überall mit der gleichen Intensität ablaufen und somit in der gebildeten Granalie an allen Stellen die gleiche Porosität herrscht. 



   Würde man dagegen dem zu granulierenden Material die Zusatzstoffe im Wasser gelöst oder suspendiert beimischen-also beispielsweise Zementrohmehl mit einer solchen Lösung oder Suspension be-   sprühen-dann   würden die an die Gutpartikel angelagerten Flüssigkeitshüllen von Korn zu Korn eine unterschiedliche Dicke aufweisen, die angestrebten Reaktionen der Gasphasenbildung im Granuliergut ungleichmässig verlaufen und die Granalie keine einheitliche Porosität aufweisen. 



   Bei Variieren des Zusatzmittelanteils in den mit 0, 5-2, 5   Gew.-%   (bezogen auf das trockene Rohmehl) angegebenen Grenzen ist die Menge der zugeführten Granulierflüssigkeit nun nicht konstant zu halten, sondern jeweils der Dosierung der Zusatzmittel anzupassen. Bei Erhöhen der Wassermenge steigt nämlich gleichzeitig die sich beim Trockenprozess in der Granalie entwickelte Dampfmenge und damit die Dampfspannung an, die sich bei zu niedriger Porosität im Kapillarsystem nicht ausgleichen kann. Die Folge eines ungenügenden Zusatzmittelanteils wäre demgemäss ein Zerplatzen der Granalie. 



  Je höher also der Aluminiumsulfatzusatz gewählt wird, umso höher kann der Wassergehalt der Granalien   ohne Güteeinbusse   eingestellt werden.   Verständlicherweise kann die Granulierflüssigkeitsmenge nicht   beliebig, sondern nur bis zu einem bestimmten Wert gesteigert werden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei einem Grenzwert von 25 Gew.-% Wasser (bezogen auf die trockene Mischung) der durch Reaktion mit Zusatzmitteln erzeugbare Porenraum gerade noch ausreicht, den Dampf aus der Granalie abzuführen, ohne dass Gefügezerstörungen an ihr auftreten. Bei weiterer Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes können die in den Granalien auftretenden Spannungen durch Zugabe auch noch so grosser Mengen 

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   porenbildender Stoffe nicht mehr aufgefangen werden.

   Vermindert man demgegenüber die Menge der Zusatzmittel auf 0,5 Gew.-% (bezogen auf das trockene Rohmehl), so zeigen sich auch bei entsprechend verringerter Wasserzugabe Zerplatztendenzen. 



  Die Granulation erfolgt von Hand, in einer Hobarth-Schale sowie in einem kleineren Granuliertel - ! er. Die Ergebnisse waren in allen Fällen gleich. 



  Die chemische Wirkung des Zusatzmittels besteht darin, dass die bei der Hydrolyse des Aluminiumsulfates entstehende schwache Schwefelsäure mit dem Kalkstein des Rohmehles CO entwickelt und dadurch das Granaliengefüge auflockert. Das gleichzeitig entstehende AL(OH)3 und das gebildete Cas04'2HzO führen auf Grund ihrer Gel- bzw. Nadelstruktur zu einer festeren Bindung der Rohmehlteilchen und damit zu einer Verfestigung der Granalien.   
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 Schwenken vermischt. Die erhaltenen Granalien werden nass in einem Platintiegel in einen auf   10500C   gehaltenen Muffelofen gebracht und dann 10 min erhitzt. Eine andere Probe der feuchten Granalien wird auf einem Drahtnetz mit einem Bunsenbrenner 2 min schwach und anschliessend 15 min stark erhitzt. Bei beiden Versuchen zeigen die Granalien keine Absplitterungen und keine Platzneigung. 



     Beispiel 2 :   Die gleiche Wirkung wurde bei einem analogen Beispiel erreicht, das sich von dem vorhergehenden lediglich durch die Verwendung von   FeS04. 7 HzO an Stelle   von   Alz (S04) s. 18 HzO   unterscheidet. 
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 spiel 1. Die Ergebnisse waren die gleichen. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zur Herstellung thermisch stabiler und abriebfester Granalien aus unplastischem Zementrohmehl durch Beigabe chemischer Zusatzmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die zu granulierenden Materialien vor dem an sich bekannten Granulationsvorgang mit hydrolysierbaren Me- 
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