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

Die Mahlung von Zement ist mit einem hohen elektrischen Energiebedarf verbunden. Mehr als 60% des Elektroenergiebedarfs bei der Zementherstellung wird für Zerkleinerungsprozesse benötigt. Die Mahltechnik steht heute vor der Herausforderung, bei stetig steigenden Qualitätsansprüchen der Verbraucher (z.B. optimierte Korngrößenverteilungen und höhere Feinheiten) gleichzeitig eine Steigerung der Energieeffizienz zu erzielen. Bei den etablierten Mahlsystemen der Zementindustrie ist nach heutigem Kenntnisstand bei steigenden Qualitätsforderungen allerdings keine Verbesserung der Energieeffizienz zu erwarten.

Beim Ansatz der separaten Feinstmahlung besteht durch die Implementierung eines zusätzlichen Freiheitsgrades die Möglichkeit, zukünftig steigenden Qualitätsanforderungen zu entsprechen. Dabei werden mittels Vormahlung durch Hochdruckzerkleinerung mehrere grobe Zwischenprodukte generiert und teilweise separat mit einer Rührwerkskugelmühle feinst nachgemahlen. So entstehen unterschiedliche feine Zwischenprodukte, die sich anhand eines im Vorgängervorhaben entwickelten Mischungsmodells (IGF-Vorhaben 18853 N) zu einer gewünschten Korngrößenverteilung mischen lassen. Mit dem Ziel, möglichst hohe Anteile an groben Zwischenprodukten für die Mischungen zu verwenden, entstehen so maßgeschneiderte Produkte, deren spezifischer Gesamtenergiebedarf hauptsächlich durch den geringen Energieverbrauch der Vormahlung bestimmt wird. Der fehlende Feinstanteil wird dabei durch die Nachmahlung erzeugt und in den nötigen Mengen zur Mischung zugegeben. Die Möglichkeit, verschiedene grobe und feine Zwischenprodukte miteinander zu mischen, erschließt einen Freiheitsgrad, mit dessen Hilfe sich optimierte Zementeigenschaften einstellen lassen.

Im Vorgängervorhaben wurde bereits in Batch-Versuchen anhand von CEM I-Zementen gezeigt, dass sich mit dem Ansatz der separaten Feinstmahlung konventionelle Kugelmühlenzemente nachbilden lassen, ohne die Zementeigenschaften negativ zu beeinflussen. Eine Verbesserung der Energieeffizienz der separaten Feinstmahlung konnte dabei in Aussicht gestellt werden. Der Nachweis, dass sich durch die separate Feinstmahlung der Gesamtenergiebedarf zur Herstellung von Zementen senken lässt, war ein Hauptfokus dieses Nachfolgeprojektes.

Da Kompositzemente auf dem deutschen Zementmarkt einer wachsenden Nachfrage unterliegen, wurde in diesem Projekt ein besonderer Fokus auf die separate Feinstmahlung von Zement-Hauptbestandteilen (Klinker, Kalkstein und Hüttensand) sowie von Kompositzementen (CEM II/A-LL und CEM III/B) gelegt. Das Ziel des IGF-Vorhabens 20656 N bestand darin, das Potential der separaten Feinstmahlung für die Praxis nutzbar zu machen und die separate Feinstmahlung mittels skalierbarer Mahlanlagen zu untersuchen.

Zum einen sollte eine Vormahlung mittels Gutbettwalzenmühle (GBWM) für die Herstellung von groben Zwischenprodukten eingesetzt werden. Zum anderen wurden aus einem Teil der groben Zwischenprodukte aus der Vormahlung mittels Rührwerkskugelmühle feine Zwischenprodukte erzeugt. Ferner sollte eine Bewertung des Gesamtenergiebedarfs zur Erzeugung dieser Zemente im direkten Bezug zu den Zementeigenschaften erfolgen. Der Gesamtenergiebedarf setzt sich dabei aus der Vormahlung mittels Gutbettwalzenmühle (GBWM), der separaten Feinstmahlung mittels RWKM sowie aus dem Homogenisierungs- und Mischungsaufwand zusammen. Zur Durchführung der Mahlungen wurden skalierbare Mahlanlagen verwendet, die es möglich machen, den Gesamtenergiebedarf auf eine industriell realisierbare Größenordnung zur Produktion von Zementen zu skalieren. An Kundenvorgaben und an verschiedene Anwendungsfälle angepasste und maßgeschneiderte Zemente bieten durch die gezielte Steuerung der Feinheit und Korngrößenverteilung des Endprodukts unter gleichzeitiger Steigerung der Energieeffizienz der Mahlung enorme wirtschaftliche Vorteile für KMU.