Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierung der röntgenographischen Analyse von Stäuben aus der Klinkerproduktion als Grundlage zu ihrer Verwertung und zur Prozesskontrolle

Zur wirtschaftlichen und ökologischen Produktion von Zementen ist heute ein weitreichender Einsatz von alternativen Brennstoffen unerlässlich. Damit kann verfahrenstechnisch ein erhöhter Eintrag von z. B. Chlorid und Sulfat und der Anfall von verstärkt salzbefrachteten Staubmengen verbunden sein. Die röntgenographische Analyse solcher Stäube in den Werkslaboren ist oft fehlerbehaftet, da einerseits geeignete Kalibrierproben fehlen, andererseits die Variabilität der Stäube eine verminderte Präzision und schlecht nachvollziehbare Messfehler hervorruft. Durch eine verbesserte Charakterisierung dieser Stoffe kann eine optimierte Rückführung in den Produktionsprozess erreicht werden, weil z. B. für Dosierungen der Stäube zum Zement geringere Vorhaltemaße vorgesehen werden müssen. Dies ist insbesondere für kleine und mittlere Zementhersteller (KMU) von Interesse, die in der Regel nicht die Möglichkeit haben, innerhalb eines Firmenverbundes Staubmengen an andere Produktionsstandorte (z. B. Mahlwerke) zu verlagern.

Eine verbesserte Staubanalytik kann zudem die Prozessführung unterstützen, Störungen entgegenzuwirken, indem durch genaue Kenntnis der Staubzusammensetzung das Risiko der Bildung unerwünschter Ansätze im Ofensystem durch Chlorid- und Sulfatfrachten besser eingeschätzt werden kann. Das gilt insbesondere vor dem Hintergrund einer anzustrebenden weiteren Steigerung der Anteile alternativer Roh-/Brennstoffe, die insbesondere für KMU der Zementbranche eine ökonomische Notwendigkeit darstellt.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, die Vorgehensweise für robuste und präzise Staubanalysen in Werkslaboren zu definieren, um damit eine optimale Verwertung der Produktionsstäube zu ermöglichen bzw. die Prozesskontrolle zu unterstützen. Die Erkenntnisse werden in Form einer Verfahrensanleitung zusammengeführt, so dass die Implementierung von Analysemethoden an Prozessstäuben im Werkslabor auch ohne laufende Unterstützung externer Labore erfolgen kann.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsvorhabens war, die Vorgehensweise für eine möglichst robuste und präzise chemische und mineralogische Staubanalyse in Werkslaboren zu definieren, um damit eine optimale Verwertung der Produktionsstäube zu ermöglichen bzw. die Prozesskontrolle zu unterstützen.

Eine präzise chemische Beschreibung von Staubproben gelang durch eine kombinierte Analyse durch nasschemische Methoden (Chlorid, Sulfat, Alkalien) und eine CRM-basierte RFA-Messung an Schmelztabletten für die übrigen Elemente. Hierzu wurde die RFA-Präparation dahingehend optimiert, dass neben CO2 und Wasser auch die volatilen Salzgehalte vollständig verdampft wurden und so eine reproduzierbare Verrechnung der analytischen Befunde auf den Zustand der Ausgangsprobe ermöglicht wurde. Somit war die Voraussetzung geschaffen, die werksspezifischen Staubserien als Kalibrierproben mit ausreichender Genauigkeit zu charakterisieren.

Anhand dieser Kalibrierproben konnten Messmethoden für die produktionsnahe Staubcharakterisierung mittels Röntgenanalytik an Presstabletten definiert werden. Durch die Untersuchungen und Ergebnisse des Forschungsvorhabens konnte insbesondere solchen Laboren eine Methodik zur Analyse von Prozessstäuben an die Hand gegeben werden, die ihre Stäube in Ermangelung geeigneter Vergleichs- und Referenzproben lediglich durch standardlose, orientierende Analytik beschrieben haben.

Die Applikation der Kalibrierreihen in den jeweiligen Werkslaboren führte zu präziseren und vollständigeren Probenbeschreibungen. Dabei wurde insbesondere das Potential der feineren Probenaufbereitung noch nicht in allen Fällen ausgenutzt. In einem der Werkslabore gelang eine deutliche Verbesserung der Analysenpräzision im Vergleich zur bis dahin verwendeten standardlosen RFA-Messung. Durch die resultierende Verringerung des Vorhaltemaßes in der Dosierung des Staubes in Zementprodukten kann dort eine bis zu 30% höhere Verwertungsquote des Bypassstaubes erreicht werden.