Von Seebach, H. M.:
Die Wirkung von Dämpfen organischer Flüssigkeiten bei der Zerkleinerung von Zementklinker in Trommelmühlen

Zusammenfassung
Schriftenreihe der Zementindustrie Heft 35/1969

Bei der Zementerzeugung stellt das Mahlen von Klinker unter Zusatz von 4 bis 6 Gewichtsprozent Gips einen wesentlichen Kostenfaktor dar. Einen Überblick über den Aufwand an elektrischer Energie und über die Energieausnutzung DO/A beim Mahlen von Portlandzement der drei verschiedenen Festigkeitsklassen gibt Tafel 1. Daraus geht hervor, daß die massenbezogene Oberfläche des Zementes nicht proportional der investierten Arbeit steigt. Je größer die massenbezogene Oberfläche des Mahlgutes ist, desto geringer ist die Energieausnutzung, d.h. die insgesamt in der Mühle je Arbeitseinheit erzeugte Oberfläche.

Tafel 1: Energieausnutzung bei der technischen Zementmahlung (n. Unterlagen des VDZ)

Mahlgut

massenbezogene Oberfläche (nach Blaine) Om in cm²/g

massenbezogene Zerkleinerungsarbeit Am

Energieausnutzung DO/A in cm²/J

in kWh/t

in J/g

PZ 275

2500 – 3000

20 – 30

72 – 108

23 – 42

PZ 375

3500

30 – 50

108 – 180

19 – 32

PZ 475

5000

50 – 80

180 – 288

17 – 28

Es ist auf vielfältige Weise versucht worden, die Energieausnutzung zu erhöhen. Kaum eine der bisher durchgeführten verfahrenstechnischen Änderungen hat jedoch so große wirtschaftliche Erfolge eingebracht wie die Verwendung von Mahlhilfsmitten bei der Zementmahlung. Als Mahlhilfsmittel haben sich seit Beginn der 60er Jahre organische Flüssigkeiten bewährt, insbesondere Glykole und Äthanolamine. Sie werden in Mengen von 0,1% oder weniger, bezogen auf den Massendurchsatz der Mahlanlage, im allgemeinen zusammen mit dem Mahlgut der Mühle aufgegeben. Dadurch kann bei gleicher massenbezogener Oberfläche des Zementes die Durchsatzleistung der Mühlen um 20 bis 30%, bei manchen Anlagen auch um 40 bis 50% erhöht werden.

In Bild 1 sind Ergebnisse von Untersuchungen wiedergegeben, die H. Schneider mit dem Mahlbarkeitsprüfer nach H. G. Zeisel unter Verwendung von handelsüblichen Mahlhilfsmitteln erhielt. Die Ergebnisse zeigen in Übereinstimmung mit den Erfahrungen an Zementmahlanlagen, daß man durch Zugabe von Mahlhilfsmitteln um so mehr Zerkleinerungsarbeit einspart, je größer die massenbezogenen Oberfläche des Endproduktes ist. Bei der Herstellung von Zement der Festigkeitsklasse Z 275 mit einer massenbezogenen Oberfläche nach Blaine von etwa 2500 bis 3000 cm²/g wird noch zu wenig Zerkleinerungsarbeit eingespart, um die Kosten für Mahlhilfsmittel zu decken. Erst bei den feiner gemahlenen Zementen der Festigkeitsklassen Z 375 und Z 475 wird die Verwendung von Mahlhilfsmitteln wirtschaftlich. Der Anteil dieser Zemente an der Gesamtproduktion von Portlandzement beträgt jedoch nur etwa 10 bis 15%. Durch die vorliegenden Untersuchungen sollte daher geprüft werden, ob es auch beim Mahlen von Zementen der Festigkeitsklasse Z 275 möglich ist, durch Zugabe von Mahlhilfsmitteln so viel Zerkleinerungsarbeit einzusparen, daß die Gesamtkosten des Mahlprozessen gesenkt werden.

Die bisherigen Erfahrungen sowie die Untersuchungen von H. Schneider deuten darauf hin, daß die als Mahlhilfen verwendeten organischen Flüssigkeiten das Haften von feinen Teilchen aneinander (Sekundärkornbildung) sowie an den Mahlkörpern vermindern, die Fließfähigkeit erhöhen und dadurch das Austragen des Feingutes aus der Mühle erleichtern und auf diese Weise den Mahlprozeß in der Kugelmühle günstig beeinflussen. Die dispergierende Wirkung der als Mahlhilfsmittel bekannten Flüssigkeiten wird aus der stärkeren Neigung zum Stauben solcher Zement, aus der geringeren Festigkeit einer verdichteten Pulversäule und aus der verkürzten Mühlenverweilzeit beim Mahlen mit Hilfsmitteln abgeleitet. Diese Wirkung wird wie folgt erklärt: Die Flüssigkeiten verdampfen in der Mühle und werden physikalisch an die beim Mahlen entstehenden frischen Oberflächen angelagert. Dadurch werden die ungesättigten Valenzkräfte, die beim Trennen eines Festkörpers auf den neuen Oberflächen entstehen, abgesättigt. Dies soll eine geringere Haftneigung der Teilchen untereinander zur Folge haben.

Demgegenüber kommen P. A. Rehbinder und Mitarbeiter, A. Smekal, W. v. Engelhardt und J. L. v. Eichborn aufgrund ihrer Untersuchungen zu der Schlußfolgerung, daß der "Zerkleinerungswiderstand" von spröden Festkörpern, wie z.B. Zementklinker, durch Adsorption von oberflächenaktiven Stoffen vermindert werden kann. Dies würde bedeuten, daß die Verwendung solcher oberflächenaktiver Stoffe als Mahlhilfsmittel auch in der Grobkammer der Zementmühle sowie bei der Herstellung der weniger fein gemahlenen Zemente von wirtschaftlichem Vorteil ist. Die Erfahrungen mit den bisher bekannten Mahlhilfsmitteln stehen damit jedoch nicht im Einklang.

Bei der Zerkleinerung in einer üblichen Trommelmühle überlagern sich die Verminderung der Korngröße durch Zerbrechen, Zerschlagen und Zerreiben sowie die Sekundärkornbildung. Aus diesem Grund kam es darauf an, den Einfluß der von den Mahlhilfsmitteln stammenden Dämpfe auf das Zerkleinern und auf die Neigung zur Sekundärkornbildung, d.h. auf den Bruchvorgang und auf das Haften der zerkleinerten Teilchen, voneinander getrennt zu untersuchen. Außerdem wurden Sorptionsmessungen ausgeführt, um Aufschluß über die Wechselwirkung zwischen den Dämpfen und der Klinkeroberfläche zu erhalten.

Dieser Unterteilung der Aufgabenstellung entsprechend, befaßt sich Abschnitt 2 mit dem Bruchvorgang und Abschnitt 3 mit den Haftkräften zwischen den Klinkerpartikeln und deren Beeinflussung durch Dämpfe verschiedener organischer Flüssigkeiten. Abschnitt 4 beschreibt die Sorptionsmessungen und die daraus abzuleitenden Schlußfolgerungen. Den Abschnitten ist jeweils ein Überblick über die zugehörige Literatur vorangestellt. In Abschnitt 5 wird der Zusammenhang zwischen dem Sorptionsverhalten der Dämpfe und der Haftkraft behandelt. Zur Überprüfung der Schlußfolgerungen, die sich aus den Untersuchungen des Bruchvorganges, der Haftkräfte und des Sorptionsverhaltens ergaben, wurde außerdem die Wirkung von Äthylenglykol beim Mahlen in einer Bond-Mühle geprüft. Darüber wird in Abschnitt 6 berichtet.