Herstellung von Zementklinker

Herstellung von Zementklinker

Was wird in einem Zementdrehofen hergestellt? Klinker = besteht aus C 3 S, C 2 S, C 3 A und C 4 AF Zement = hydraulischer Binder, der an der Luft und unter Wasser erhärtet. Klinker und Zuschlagstoffe (Gips, Puzzolan, Flugasche, granulierte Hochofenschlacke...) werden gemeinsam zu Zement vermahlen. Ausser Portlandzement (OPC, Grauzement) gibt es Weisszement, Aluminatzement, Sulfatzement, Sorelzement... Beton = Mischung aus Zuschlagstoffen, Zement und Wasser.

Kalkstein + Ton Rohstoffe Gips Klinker Hochofenschlacke Zwischenprodukte Zement Endprodukt

Schema der Zementherstellung preparation dedusting Quarrying Raw material Clinker/cement Flue gas burning Cement mill Silos dispatching Coal mill

Die Anfänge... Lafarge, Le Teil 1899

... Der erste Zementdrehrohrofen: Ø 1.8-2.0 x 20-25m, 40 tato Englisches Patent vom 2.Mai 1885: Improvements in Manufacturing Cements..., von Frederick Ransome

Tudela Veguin, La Robla, Spanien Vorcalcinierofen, Ø 4,2 x 60m, 3100 tato, Inbetriebnahme 2004

Kosten einer Neuanlage (1.5m t/a) (Alsop 2005, USDm) Equipamiento 63 Equipamiento de cantera 3 Molienda de la materia prima y mezcla 13 Horno, precalentador y enfriador 18 Molienda de carbón y almacenamiento 5 Almacenamiento de clinker 3 Molienda de cemento 9 Almacenamiento de cemento y embalaje 3 Equipamiento electrico y de control 9 Ingenieria, construcción, gestion de montaje, transporte, entrega 19 Obra civil, construcción 38 Financiación 18 Repuestos 4 Imprevistos (5%) 7 150

Elektrischer Verbrauch eines Zementwerkes (Alsop 2005) KWh/t % Extracción y premezcla 6 5 Molienda de crudo 28 24 Mezcla 7 6 Cocción y enfriamiento 25 22 Molienda de cemento 44 38 Transporte, embalaje y carga 6 5 Total 116

Energiebedarf eines Zementwerkes (Ritzmann 1994) Kcal/kg clinker % Calor entrante 741 Combustible 732 99 Calor sensible 9 1 Calor saliente 741 Clinkerización 416 56 Gas del precalentador 169 23 Gas del enfriador 94 13 Radiación, convección 51 7 Resto 11 1

Reaktionen während des Klinkerbrandes (Taylor 1990) Wärmetauscher Drehofen Kühler Temperatur C

Chemische Zusammensetzung des Klinkers, I C H E M I C A L A N A L Y S E S PARAMETERS COMPOSITION l w day SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO CaO MgO K2O SO3 L Ph LOI fcao LSF SR AR C3S C2S C3A C4AF C3S C2S % <8% % % corr <3% % <1% % % <2,5% <10 corr 1 21,92 5,75 3,18 66,1 62,2 1,49 0,42 0,65 27 0,5 3,21 94,1 2,45 1,81 59,1 18,3 9,9 9,7 43 31 1,16 2 22,33 5,63 3,11 66,3 63 1,54 0,17 0,66 26,3 0,4 2,82 93,1 2,55 1,81 57,9 20,4 9,7 9,5 44 32 1,2 3 22,43 5,65 3,13 66,5 64,2 1,56 0,15 0,67 26,4 0,4 1,78 93 2,55 1,81 57,8 20,7 9,7 9,5 48 28 1,24 4 22,13 5,64 3,17 66,1 63,1 1,51 0,52 0,65 26,7 0,4 2,47 93,4 2,51 1,78 58,2 19,6 9,6 9,6 46 30 1,2 5 22,24 5,66 3,11 65,9 63,4 1,46 0,58 0,68 26,7 0,3 2,11 92,9 2,54 1,82 56,9 20,9 9,7 9,5 47 30 1,22 6 22,31 5,6 3,05 65,7 63,2 1,52 0,7 0,86 26,7 0,4 1,99 92,4 2,58 1,84 55,8 21,9 9,7 9,3 46 30 1,21 7 22,46 5,69 3,1 65,8 63,3 1,47 0,64 0,7 26,9 0,4 1,93 91,8 2,56 1,84 54,3 23,4 9,8 9,4 44 31 1,21 8 22,27 5,67 3,11 65,8 63,9 1,49 0,52 0,52 26,5 0,4 1,48 92,6 2,54 1,82 56,1 21,5 9,8 9,5 48 28 1,22 9 22,5 5,69 3,11 65,8 64,1 1,47 0,62 0,36 26,5 0,3 1,39 91,7 2,56 1,83 54,2 23,7 9,8 9,5 47 29 1,22 10 22,15 5,55 3,09 65,7 63,2 1,48 0,65 0,66 26,4 0,3 2,06 93,1 2,56 1,8 57,3 20,3 9,5 9,4 47 29 1,2 11 22,35 5,51 3,13 66 63 1,47 0,57 0,56 26,2 0,4 2,47 92,8 2,59 1,76 57,3 20,9 9,3 9,5 45 31 1,16 12 22,6 5,46 3,18 66,1 65,5 1,5 0,49 0,67 26,2 0,4 92 2,62 1,72 55,8 22,7 9,1 9,7 54 23 1,19 23 22,07 5,6 3,27 66,2 65,8 1,43 0,4 0,37 26,4 0,4 93,9 2,49 1,71 59,4 18,5 9,3 9,9 58 19 1,22 24 21,99 5,63 3,25 65,9 62,6 1,41 0,66 0,6 26,9 0,6 2,52 93,7 2,48 1,73 58,7 18,8 9,4 9,9 45 29 1,13 25 22,17 5,66 3,07 65,6 61 1,37 0,84 0,92 27 0,4 4,12 92,7 2,54 1,84 56 21,4 9,8 9,3 37 38 1,14 26 21,67 5,57 3,15 65,7 65,1 1,41 0,73 0,67 26,6 0,5 94,9 2,49 1,77 60,9 16,2 9,4 9,6 59 16 1,14 27 22,33 5,69 3,36 65,8 62,5 1,44 0,71 0,7 27,5 0,6 2,58 92,1 2,47 1,69 55 22,5 9,4 10,2 42 33 1,18 28 22,4 5,63 3,18 66,1 63 1,43 0,55 0,5 26,5 0,5 2,41 92,6 2,54 1,77 56,5 21,7 9,5 9,7 44 32 1,14 29 22,07 5,7 3,45 66,1 63,3 1,45 0,38 0,49 27,2 0,4 2,25 93,4 2,41 1,65 58 19,6 9,3 10,5 47 29 1,14 30 21,44 5,34 3,17 66,1 62,3 1,47 0,72 0,79 26,1 0,6 3,03 96,7 2,52 1,68 65,8 11,9 8,8 9,6 50 24 1,13 31 22,63 5,36 3,21 65,9 61,7 1,45 0,57 0,69 26 0,6 3,48 91,8 2,64 1,67 55,7 22,9 8,8 9,8 38 37 1,14 n 31 31 31 31 31 31 31 31 31 31 26 31 31 31 31 31 31 31 31 31 31 mean 22,15 5,58 3,16 65,9 63,3 1,46 0,59 0,68 26,59 0,5 2,32 93,3 2,53 1,76 57,9 19,9 9,4 9,62 47 28 1,17 min 21,44 5,34 2,98 65,5 61 1,37 0,15 0,36 25,94 0,3 1,15 91,7 2,41 1,65 54,2 11,9 8,8 9,06 37 16 1,12 max 22,63 5,75 3,45 66,5 65,8 1,56 0,84 1,01 27,48 2 4,12 96,7 2,64 1,84 65,8 23,7 9,9 10,5 58 38 1,24

Chemische Zusammensetzung des Klinkers, II day LOI SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O LSF SR AR fcao g/l L Ph 1400 C April 10 0,28 19,95 5,77 2,63 66,9 1,22 1,54 0,4 0,27 104 2,38 2,19 0,75 1072 24,7 April 11 0,3 19,95 5,84 2,61 66,6 1,23 1,68 0,4 0,3 103 2,36 2,24 0,75 1078 24,9 April 12 0,28 20,04 5,89 2,65 66,7 1,25 1,49 0,4 0,29 103 2,35 2,22 0,39 1108 25,2 April 13 0,31 20,1 5,87 2,64 66,6 1,26 1,48 0,4 0,3 103 2,36 2,22 0,53 1080 25,1 April 14 0,19 20,08 5,95 2,63 66,8 1,26 1,42 0,4 0,3 103 2,34 2,26 0,58 1096 25,3 April 15 0,21 20,13 5,92 2,67 66,8 1,22 1,39 0,3 0,25 103 2,34 2,22 0,75 1074 25,1 April 16 0,35 19,97 5,91 2,65 67 1,2 1,3 0,3 0,27 104 2,33 2,23 0,76 1076 25 April 17 0,3 20,07 5,84 2,63 66,9 1,17 1,49 0,3 0,24 103 2,37 2,22 0,72 1056 24,7 April 18 0,38 20,11 5,89 2,67 66,7 1,22 1,39 0,3 0,24 103 2,35 2,21 0,53 1094 25 April 19 0,26 20,06 5,82 2,73 66,8 1,22 1,41 0,3 0,24 103 2,35 2,14 0,39 1129 25 April 20 0,35 20,03 5,88 2,69 66,7 1,19 1,49 0,3 0,24 103 2,34 2,19 0,59 1103 25 April 21 0,25 20,14 5,88 2,7 66,8 1,23 1,39 0,2 0,23 103 2,35 2,18 0,76 1075 25 April 22 0,25 20,16 5,89 2,68 67 1,29 1,28 0,3 0,23 103 2,35 2,2 0,65 1114 25,1 April 23 0,3 20,1 5,83 2,65 66,9 1,24 1,42 0,3 0,22 103 2,37 2,2 0,86 1055 24,7 April 24 0,27 20,1 5,84 2,64 66,9 1,22 1,52 0,3 0,2 103 2,37 2,21 0,94 1045 24,7 April 25 0,29 20,13 5,9 2,65 66,8 1,24 1,41 0,3 0,23 103 2,35 2,22 0,79 1058 25 April 26 0,43 20,14 5,88 2,63 66,8 1,23 1,38 0,3 0,22 103 2,37 2,24 0,77 1054 24,8 April 27 0,6 20,13 5,9 2,63 66,9 1,15 1,39 0,2 0,21 103 2,36 2,24 0,73 1059 24,8 mean 0,31 20,08 5,87 2,65 66,8 1,22 1,44 0,3 0,25 103 2,36 2,21 0,68 1079 24,9

Charakteristika eines OPC-Klinkers Kalkstandard (KSt): beschreibt, wieviel CaO von den Klinkerphasen gebunden werden kann KSt = CaO/(2.8SiO 2 + 1.2Al 2 + 0.65Fe 2 ) Typischer Bereich: 0.92-0.98 Silikatmodul (SM): beschreibt die Menge der Silikatphasen und der Klinkerschmelze Typischer Bereich : 2.2 2.8 SM = SiO 2 /(Al 2 + Fe 2 ) Tonerdemodul (TM): beschreibt Verhältnis zwischen Aluiminat- und Ferritphasen Typischer Bereich 1.2 3.0 TM = Al 2 / Fe 2

Charakteristika eines OPC-Klinkers Freikalk: das ungebundene CaO, das analytisch bestimmt wird Litergewicht (g/l): Raumgewicht des Klinkers (Korngröße >5 mm). Indikator für Brennbedingungen. Typischer Bereich 1250 1350 g/l Schmelzphasenmenge in der zentralen Sinterzone (Lea & Parker 1935): 1338 C (Al 2 /Fe 2 > 1.38): 6.10Fe 2 + MgO* + K 2 O + Na 2 O 1338 C (Al 2 /Fe 2 < 1.38): 8.20Al 2-5.22Fe 2 + MgO* + K 2 O + Na 2 O 1450 C: Typischer Bereich bei 1450 C: 24 28% MgO* max 2.0% 3.00Al 2 + 2.25Fe 2 + MgO* + K 2 O + Na 2 O

Freikalk (fcao) und Litergewicht (kg/l) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 kg/l fcao 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Kiln stop and burner repair 29 31

Klinkerphasen C 3 S 3CaO.SiO 2, Tricalciumsilikat, Alita: Hauptkomponente. Muss rasch abgekühlt werden, ansonsten Zerfall in C 2 S + CaO. Erhöhte Anfangs- und Endfestigkeit, erhöhte Hydratationswärme. C 2 S 2CaO.SiO 2, Dicalciumsilikat, Belita: Nebenkomponente. Muss rasch abgekühlt werden, ansonsten Modifikationswechsel (γ, dusting ). Niedrige Anfangsfestigkeit, erhöhte Endfestigkeit, niedrige Hydratationswärme. C 3 A 3CaO.Al 2, Tricalciumaluminat: Nebenkomponente. Erhöhte Anfangsfestigkeit, erhöhte Hydratationswärme, niedrige Endfestigkeit. C 4 AF 4CaO.Al 2.Fe 2, Ferrit: Nebenkomponente. Hydraulisch nicht aktiv.

Phasensystem C-S-A-F-M Komponenten Eutektikum C C 3 S + C 2 S 2050 C 3 S + C 2 S + C 3 A 1455 C 3 S + C 2 S + C 3 A + C 4 AF 1341 C 3 S + C 2 S + C 3 A + C 4 AF + MgO 1301 (Taylor 1990)

Klinkermikroskopie RHI Technology Centre Leoben, Austria

Inhomogener Klinker mit Freikalk- und Belitnestern 2 Homogener, reaktiver Klinker Alit (1), Belit (2), Freikalk (3), Präparationsharz (4). Anschliff, geätzt mit Essigsäuredampf 1 3 RHI Technology Centre Leoben, Austria

Klinkermikroskopie aluminate ferrite belite Alit 71.5 % CaO, 25.6 % SiO 2, 1.0 % Al 2, 0.7 % Fe 2, 1.2 % MgO Belit 63.6 % CaO, 33.3 % SiO 2, 1.2 % Al 2, 0.8 % Fe 2, 0.4% MgO, 0.4 % K 2 O, 0.3 % S Ferrit 50.1 % CaO, 5.2 % SiO 2, 18.5 % Al 2, 21.1 % Fe 2, 3.5 % MgO, 1.3 % TiO 2, 0.3% MnO alite Aluminat 55.3 % CaO, 7.9 % SiO 2, 22.8 % Al 2, 4.6 % Fe 2, 9.0 % MgO, 0.4 % K 2 O RHI Technology Centre Leoben, Austria

Vertikalmühle mit Separator Materialaufgabe 100-200 mm und 3-8% Feuchte Kapazität <550 t/h

Montage einer Rohmehlmühle

Rohmehl, Korngrößenverteilung Raw mill dust 100 90 80 70 % pass % Durchgang 60 50 40 30 20 10 0 1000 100 µm equivalent particle diameter Equivalenter Partikeldurchmesser 10 1

Schema einer Zementdreofenanlage

Zyklonabscheider, Blick nach oben

Drehrohr und Laufring

Überwachung der Ofenmanteltemperaturen mittels Infrarotkameras Plant A

Erneuerung der feuerfesten Ausmauerung

Klinkerprobe zur Bestimmung von Freikalk und Litergewicht

Drehofenbrenner

Schwerölflamme

Feste Brennstoffe: Heizwert vs Flüchtige volatiles % 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 bituminous lignite antracite 15 20 25 30 35 Qnet MJ/kg coals petcoke

Brennstoffe in der Zementindustrie Fuel Heat Value kcal/kg S Cl P2O5 Conventional Natural Gas 10770 Coal 5660-7250 Petcoke 8130 <7 0,01 Fuel Oil 9570 2,7 0,06 Alternative Tyres 7090 1,7 0,1 Fluff 3522 0,8 1,2 Dried Sewage Sludge 2367-3005 0,5-1,4 0,05-0,20 <10 Bone and Animal Meal 4013-4537 0,4 0,6 <5 Scrap Wood 3125 Solvents 3882-5769 0,7 0,2 Plastic 5048 Used Oil 7933-9340 0,6 0,2 Srap Paper and Cellulose 4087 Scrap Textiles 5048 Impregnated Sawdust 3160 0,3 0,2

Alternativbrennstoffe: SRF (solid recovered fuel) Aufbereiteter und zerkleinerter SRF: Heizwert 25 MJ/kg, Cl < 0.7% Vorselektierter SRF

Getrockneter Klärschlamm

Vorsortierung von Altreifen

Aufgabe von Altreifen System Beumer, installiert bei Salonit Anhovo, Slowenien

Schalen von Palma africana

Rostkühler Tertiärluft Staubabsetzkammer Sekundärluft Kühlerabluft Transport zum Klinkersilo System PYROSTEP (KHD Humboldt Wedag)

Heissteil des POLYTRACK -Kühlers

Klinkereinlauf nach einem Jahr Betrieb

Zementverbrauch (in kg) und Bruttoeinkommen (in USD) Aus J. KELLAM, Global Cement Magazine, February 2008