Ein prozessintegriertes Verfahren zur Calcinierung von Tonen

Prinzipiell müssen die zum Einsatz kommenden Tone je nach chemisch-mineralogischer Zusammensetzung auf Temperaturen von über 600 °C erhitzt werden, um ihr puzzolanisches Potential zu erlangen. Bei dem hier vorgestellten neuen VDZ-Verfahren wird der jeweilige Ton in einer Ofenanlage, bestehend aus einem Reaktor und einem oder mehreren Zyklonen, calciniert. Das hierfür nötige Heißgas wird dem Ofenkopf des Klinkerbrennprozesses entnommen und dem Reaktor zugeführt. Durch Verwendung von Heißluft aus dem Klinkerbrennprozess kann weitgehend auf zusätzlichen Brennstoff zur Temperung der Tone verzichtet werden. Nur für die Ausregelung der geeigneten Temperatur im Reaktor muss Brennstoff eingesetzt werden. Das Abgas aus der Mahltrocknung wird zur Beseitigung etwaiger unerwünschter organischer Verbindungen dem Ofeneinlauf des Klinkerprozesses zugeführt.

Da Tone sehr hohe Feuchtegehalte haben können, ist zu erwarten, dass diese zuvor in Mahltrocknungsanlagen gemahlen/getrocknet werden müssen. Für die Ofenanlage zur Calcinierung der Tone (Schwebegas) wäre es ideal, wenn das getrocknete tonhaltige Material in gemahlener Form aufgegeben wird.

In den benötigten Mahltrocknungsanlagen werden Korngrößen von 0-2 mm erzeugt. Dieses Material wird in einem Staubzyklon abgeschieden und dem Reaktor aufgegeben, der den größten Teil der Prozesswärme vom Ofenkopf des Klinkerbrennprozesses oder von einer anderen Stelle eines Klinkerkühlers bezieht. Idealerweise soll keine Schmelze entstehen, da diese zu Ansatzbildung im Reaktor und dem nachgeschalteten Zyklon führen könnte. 

Im nächsten Schritt ist es das Ziel, dass das calcinierte tonige Material das Ofensystem für die Calcinierung der Tone wieder mehlförmig verlassen kann. In diesem Fall könnten hintereinander geschaltete Zyklone auch die Kühlung des Materials übernehmen und gleichzeitig die Primärluft für einen Regelbrenner entsprechend vorwärmen. Falls materialbedingt nötig, kann dem 1. Zyklon nach dem Reaktor (materialaustragsseitig) eine Reduktionsstufe nachgeschaltet werden.

Versuchsanlage

Das feuchte tonige Material wird einem beheizten Mahl-/Zerkleinerungsaggregat aufgegeben. In diesem Mahlaggregat wird das Material getrocknet und gleichzeitig gemahlen. Das Material wird dann im Gasstrom aus der Mühle ausgetragen. Es kann einem Zyklon-Wärmetauscher bestehend aus mehreren Zyklonen aufgegeben werden, oder nach dem Abscheidezyklon dem Reaktor direkt aufgegeben werden. In diesem Reaktor werden die Tone thermisch in Meta-Tone umgewandelt. Die Verweilzeit der sich umbildenden Tone ist über die Länge des Reaktors definiert. Nach dem Reaktor bzw. dem Abscheidezyklon gelangen die Meta-Tone in den Kühlkreislauf. Hier werden die Meta-Tone über einer Reihe von Zyklonstufen abgekühlt. Gleichzeitig wird die im Gegenstrom zugeführte Kühlluft/Prozessluft erwärmt.  

Ziel

Die Zementindustrie verringert im Rahmen ihrer Anstrengungen zur Dekarbonisierung von Zement und Beton den Klinkergehalt im Zement (Verringerung des Klinkerfaktors) durch den Einsatz unterschiedlicher Zementhauptbestandteile. Hierfür ist neben dem Einsatz von Kalkstein vor allem der Einsatz latent-hydraulischer und puzzolanischer Zementhauptbestandteile unerlässlich. Die Nutzung calcinierter Tone als Zementhauptbestandteil ist zum Beispiel nach DIN EN 197 bereits genormt und wird in den kommenden Jahren stark an Bedeutung gewinnen. Ziel des neuen VDZ-Verfahrens ist die energieeffiziente Verwendung von Abluft aus dem Klinkerbrennprozess für die Temperung von Tonen, die damit einen Beitrag für eine signifikante CO₂-Minderung im Vergleich zu anderen Verfahren der Temperung ermöglicht.