Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verbesserung der Energieeffizienz bei der Vermahlung von Kompositzementen mittels separater Feinstmahlung im semi-industriellen Maßstab

Für die etablierten Mahlsysteme der Zementindustrie sind nach heutigem Kenntnisstand bei steigenden Zementqualitätsanforderungen keine Verbesserungen der Energieeffizienz zu erwarten. Im Vorgängerprojekt konnte an CEM I – Zementen gezeigt werden, dass durch separate Feinstmahlung, Feinheit und Korngrößenverteilung (KGV) von qualitativ hochwertigen Kugelmühlenzementen nachgebildet werden kann. Es konnte der Nachweis erbracht werden, dass die Produkteigenschaften durch Mischen unterschiedlich feiner Zwischenprodukte aus dem zweistufigen Mahlverfahren optimiert werden können. Für den zweistufigen Zementmahlungsansatz der separaten Feinstmahlung konnte anhand der Umsetzung im Labormaßstab zusätzlich ein geringerer Energiebedarf in Aussicht gestellt werden.

Da Kompositzemente auf dem deutschen Zementmarkt einer stetig wachsenden Nachfrage unterliegen und diese durch Klinkersubstitution die CO2 –Emissionen deutlich reduzieren, soll in diesem Nachfolgeprojekt ein besonderer Fokus auf die separate Feinstmahlung von Zement-Hauptbestandteilen (Klinker, Kalkstein und Hüttensand) sowie von Kompositzementen (CEM II/A-LL und CEM III/A) gelegt werden. Um das Potential der separaten Feinstmahlung für die Praxis nutzbar zu machen, soll diese mittels semi-industrieller Mahlanlagen umgesetzt werden. Dadurch ist es möglich, den erforderlichen spezifischen Gesamtenergiebedarf auf eine industriell realisierbare Größenordnung zur Zementproduktion zu übertragen, was bisher nicht möglich war. Als Ergebnis erfolgt eine Bewertung des spezifischen Gesamtenergiebedarfs zur Erzeugung und Mischung der Zemente im direkten Bezug zu deren Eigenschaften. Für die KMU der Zementindustrie ergeben sich enorme wirtschaftliche Vorteile bei der Zementproduktion, da Feinheit und KGV gezielt gesteuert und gleichzeitig die Energieeffizienz der Mahlung erhöht werden kann. Durch eine gezielte, qualitative Optimierung soll ein an die Kundenvorgaben angepasstes und maßgeschneidertes Produkt realisiert werden.

Ergebniszusammenfassung:

Die separate Feinstmahlung (SFM) ist ein Mahlverfahren, welches erlaubt den spezifischen elektrischen Energiebedarf der Zementmahlung im Vergleich zur Kugelmühle (KM) zu senken. Im Vorgänger-Vorhaben (18853 N) konnte dieses Potential nicht im vollen Umfang bewertet werden. Das Ziel dieses Projekts besteht darin, einen Nachweis des Energieeinspar-potentials der SFM im Vergleich zur industriellen Vermahlung mittels KM zu erbringen. Die Ergebnisse zeigen, dass mittels semi-industrieller Mahlsysteme bis zu 16 % des Energiebedarfs bei der Herstellung von Portlandzementen durch Verwendung der SFM eingespart werden kann. Bei einem Portlandkalksteinzement liegt das Einsparpotential bei etwa 23 %, wenn die verwendeten Kalksteinanteile bereits im 1. Mahlschritt auf eine hohe Feinheit gemahlen werden. Bei hüttensandhaltigen Zementen ergibt sich besonders dann ein hohes Energieeinsparpotential, wenn der Klinkeranteil der SFM mit Hüttensandmehlen einer Vertikalwälzmühle (VRM) gemischt wird. In diesem Fall sind Einsparungen um 27 % möglich. Eine Reduzierung des Energiebedarfs muss allerdings in Verbindung mit den Zementeigenschaften bewertet werden. Anhand der Ergebnisse der Biegezug- und Druckfestigkeiten wurde festgestellt, dass die Festigkeiten der SFM-Zemente normgerecht sind, sich der Festigkeitsverlauf jedoch von denen der Referenzen aus der KM unterscheiden kann. Die Festigkeiten der SFM-Zemente fallen in der Regel etwas geringer aus. Der Wasseranspruch der Mischungen aus der SFM ist generell höher, als der der Referenz-Zemente. Dies steht einerseits mit einem höheren RRSB-Steigungsmaß der SFM-Mischungen in Verbindung, andererseits auch mit dem Anteil mittelfeiner bis hochfeiner Zwischenprodukte mit hydraulischer Aktivität. Unter Einbeziehung aller in diesem Projekt neu gewonnenen Ergebnisse ist anzumerken, dass das ermittelte Energieeinsparpotential der SFM erheblich sein kann, die Zementeigenschaften jedoch optimiert werden müssen.