BE1032940A1

BE1032940A1 - Anreicherung von Altzementstein aus Altbeton

Info

Publication number: BE1032940A1
Application number: BE20245588A
Authority: BE
Inventors: Carsten Sachse; Sergej Ratzlaff; Jan Strotmann; Bernd Xenia Schulze
Original assignee: thyssenkrupp Polysius GmbH; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2024-09-03
Filing date: 2024-09-03
Publication date: 2026-04-16
Also published as: BE1032940B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Altbeton oder einem Altbetonprodukt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Mahlen des Altbetons oder des Altbetonprodukts in einer Rührwerkskugelmühle 10, b) Größenselektive Trennung des Mahlgutes aus Schritt a) in eine Grobfraktion 40 und eine Feinfraktion 50.

Description

Anreicherung von Altzementstein aus Altbeton

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abreicherung von Quarz und somit zur

Anreicherung von Altzementstein aus Altbeton.

In zunehmendem Maße wird es notwendig, natürliche Ressourcen zu schonen und auf recyceltes Material zurückzugreifen. Ebenso sind die Emissionen von Kohlendioxid als

Ursache für die globale Erwärmung kritisch. Daher wird zunehmend auf die Abtrennung von Kohlendioxid aus dem Abgas und dessen dauerhafte Speicherung oder Nutzung gesetzt. Eine mögliche Form ist die Einbringung als verflüssigtes Kohlendioxid in das

Erdreich. Dieses Verfahren ist jedoch nicht unumstritten, da ein dauerhafter Verbleib nicht zwangsläufig garantiert ist und bei einem Entweichen damit der Treibhauseffekt wieder verstärkt werden würde, zumal für Abtrennung und Lagerung weitere Energie benötigt wird und damit potentiell wieder Kohlendioxid produziert wird.

Eine der Kohlendioxid-intensiven Industrien ist die Zementindustrie. Zum einen wird für den Prozess viel Energie benötigt, was bei den herkömmlichen fossilen Brennstoffen zu einer Kohlendioxid-Emission führt. Zum anderen wird aus dem Rohmaterial, beispielsweise Kalkstein, Kohlendioxid prozessbedingt freigesetzt.

Auf der anderen Seite fallen bei Abriss von Beton-Bauwerken große Mengen von Altbeton an. Daher wird derzeit diskutiert, Beton wiederaufzubereiten, um beispielsweise neuen

Zement herzustellen. Hierbei ist jedoch problematisch, dass beispielsweise Sand und der abgebundene Zement schwer trennbar miteinander vermischt und verbunden sind. Die sandfreie oder wenigstens sandarme Komponente des Altbetons wird auch als

Altzementstein bezeichnet. Es ist bekannt, dass Beton während der Lebensdauer

Kohlendioxid aufnehmen kann, jedoch nur einen Bruchteil der bei der Herstellung aus dem Kalkstein freigesetzten Kohlendioxid. Nach langer Zeit, beispielsweise bei sehr alten

Gebäuden, kann dieser Wert bei etwa 20 % bezogen auf den Calciumgehalt des Betons liegen, es wird also sehr langsam und damit über lange Zeiträume in etwa 1/5 des ursprünglich freigesetzten Kohlendioxids wieder aufgenommen.

Aus der WO 2020 / 058 247 A1 ist ein Verfahren und eine Anlage zum Aufbereiten von

Material, das Zementstein enthält, bekannt.

Aus der EP 3656 750 A2 ist die Verwendung von Kohlendioxid aus und für Zement bekannt.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2022 132 073 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur effizienten Reduktion von Kohlendioxidemissionen bekannt.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2023 113 943 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur effizienten Reduktion von Kohlendioxidemissionen bekannt.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2023 123 525 ist die Aktivierung von Altbeton mittels eines Pflugscharmischers und einer Mühle bekannt.

Für alle diese Anwendungen ist es vorteilhaft den Altzementanteil möglichst hoch zu haben und möglichst wenig totes Gestein, insbesondere SiO2, mitzuschleppen. Ziel ist es daher den Anteil an SiO2 zu reduzieren beziehungsweise eine mit Cao und MgO angereicherte Fraktion bereitzustellen. Nur etwa 1/7 des Altbetons ist Altzement, Kies und Sand stellen als inerte SiO2-Anteil den Hauptanteil dar.

Aufgabe der Erfindung ist es, aus Altbeton eine SiO2-angereicherte und eine SiO2- abgereicherte Fraktion zu schaffen und so den Energieaufwand für die Aufbereitung des

Materials in der Weiterverarbeitung der SiO2-abgereicherten Fraktion zu reduzieren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen

Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Aufarbeitung von Altbeton oder einem

Altbetonprodukt, insbesondere zur Abtrennung einer besonders stark SiO2- angereicherten Fraktion. Somit soll und kann für eine weitere Verarbeitung eine mit

Altzementstein angereicherte Fraktion verwendet werden, was beispielsweise den

Energieaufwand für deren Aktivierung verringert. Das Verfahren weist die folgenden

Schritte auf: a) Mahlen des Altbetons oder des Altbetonprodukts in einer Rührwerkskugelmühle,

3 BE2024/5588 b) Grölenselektive Trennung des Mahlgutes aus Schritt a) in eine Grobfraktion und eine Feinfraktion.

Es hat sich überraschend herausgestellt, dass gerade eine Rührwerkskugelmühle besonders geeignet ist. Es wird derzeit davon ausgegangen, dass die bei der

Rührwerkskugelmühle üblicherweise kleineren Mahlkôrper in Bezug auf die Größe der

Mühle zu einer anderen Belastung beim Mahlvorgang kommt, wodurch der leichter mahlbare Altzementstein schneller zerkleinert wird und die SiO2-haltige Fraktion deutlich weniger zerkleinert wird. Weiterhin stellte sich heraus, dass der an den Quarzkörnern anhaftende Altzementstein nahezu vollständig entfernt wurde (Attrition), sodass die SiO2- haltige Fraktion hauptsächlich aus sehr reinen Quarzkörnern besteht Es hat sich gezeigt, dass bei einem Ausgangsmaterial mit einem SiO2-Anteil (Quarz-Anteil) von ungefähr 65 Gew.-% eine Anreicherung auf ungefähr 90 Gew.-% in der Grobfraktion möglich ist.

Gleichzeitig nimmt der Anteil einer Feinfraktion mit einem SiO2-Gehalt unter 50 Gew.-% deutlich zu.

Damit unterscheidet sich die Rührwerkskugelmühle deutlich von anderen Mühlentypen, sodass eine Anreicherung des Altzementsteins in sehr einfacher Weise erfolgen kann.

Üblicherweise erfolgt bereits auf der Baustelle eine erste Aufarbeitung des Altbetons, indem eine sehr grobe und extrem SiO2-haltige Fraktion abgetrennt wird. Ein solches

Zwischenprodukt wäre im Sinne der Erfindung ein Altbetonprodukt, ein Produkt, welches aus Altbeton hergestellt ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die größenselektive Trennung in

Schritt b) durch eine pneumatische Förderung der Feinfraktion aus der Mischung. Somit wird nur die Feinfraktion aus dem Feststoffstrom in einfacher Weise ausgetragen. Die

Feinfraktion kann anschließend beispielsweise in einem Zyklon oder Staubabscheider in einfacher Form wieder zurückgewonnen werden. Eine solche Trennung ist extrem einfach und verschleißarm.

Schritt b) mittels eines Sichters oder eines Siebes. Gerade das Sieb zeichnet sich durch eine extreme Trennschärfe aus. Zudem ist durch zwei übereinander angeordnete Siebe eine einfache Trennung in eine Grob-, Mittel- und Feinfraktion möglich. Bei einer

Trennung mit einem Sichter werden idealerweise, aufgrund der besonders hohen

Quarzanreicherung in der Rührwerkskugelmühle, die gesamten Sichtergrieße (Grobfraktion) abgetrennt. Gegebenenfalls kann auch ein nur Teilstrom der Sichtergrieße ausgeschleust werden und die verbleibenden Grieße werden im Kreislauf der Mühle erneut zugeführt.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden bei der Vermahlung in Schritt a) Mahlkörper mit einem Durchmesser von 1 bis 10 mm, bevorzugt 3 bis 6 mm, verwendet. Mit Mahlkörpern dieser Größe konnte ein besonders optimaler

Anreicherungseffekt des SiO2 in der Grobfraktion beobachtet werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden bei der Vermahlung in Schritt a) Mahlkörper aus Stahl oder keramische Mahlkörper verwendet. Vorteil keramischer

Mahlkörper ist, dass ein Abrieb im fertigen Produkt keinen negativen Einfluss hat.

Mahlkörper aus Stahl sind dagegen einfach und kostengünstig verfügbar.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Feinfraktion mit einem mittleren

Durchmesser von weniger als 125 um gewählt. Es hat sich gezeigt, dass sich gerade in dieser Fraktion eine besonders hohe Anreicherung der Altzementkomponente und ein besonders stark reduzierter Quarz-Anteil findet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Grobfraktion mit einem mittleren Durchmesser von mehr als 250 um gewählt. In dieser Fraktion hat sich die höchste Anreicherung an SiO2 gezeigt.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, eine Mittelfraktion, beispielsweise eine Fraktion zwischen 125 um und 250 um, zur Mühle zurückzuführen und somit nur eine Feinfraktion kleiner als 125 um und eine Grobfraktion größer als 250 um aus dem Mahlvorgang zu entnehmen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Mahlen in Schritt a) mit einem

Energieeintrag pro Mühlenvolumen von wenigstens 100 kW/m3 durchgeführt. Bevorzugt wird das Mahlen in Schritt a) mit einem Energieeintrag pro Mühlenvolumen von

> BE2024/5588 100 kW/m® bis 200 kW/m3 durchgeführt. Dieser Energieeintrag scheint dazu zu führen, dass zwar die leichter mahlbare Komponente, der Altzementstein, aber nicht die schwerer mahlbare Quarzkomponente primäre zerkleinert wird.

Energieeintrag von höchstens 100 kW/t, bevorzugt von höchstens 50 kW/t, besonders bevorzugt von höchstens 25 kW/t, durchgeführt. Ziel ist eben nicht eine vollständige feine

Vermahlung. Ziel ist vielmehr eine möglichst geringe Mahlung der schwer mahlbaren

Quarzkomponente, um so eine Trennung zu erreichen.

Mahlkörper-Füllungsgrad von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-%, bevorzugt von 50 Vol.-% bis 70 Vol.-%, durchgeführt. Der hohe Anteil an Mahlkörpern scheint sich ebenfalls positiv auf die Trennwirkung zwischen Altzementstein und Quarz auszuwirken.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Mahlen in Schritt a) in einer

Rührwerkskugelmühle mit einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von 2,5 bis 5 durchgeführt.

Rührwerkskugelmühle mit einem Gasvolumenstrom und einem Materialstrom durchgeführt. Das Verhältnis von Gasvolumenstrom zu Materialstrom wird derart eingestellt, dass das Verhältnis von Gasvolumenstrom zu Materialstrom zwischen 0,0001 m°/kg und 5 m°/kg, bevorzugt zwischen 1,0 m°/kg und 2,0 m*/kg liegt.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 erstes Beispiel

Fig. 2 zweites Beispiel

In Fig. 1 ist eine erste beispielhafte Vorrichtung zur Erläuterung des Verfahrens dargestellt. Über eine Altbetonzufuhr 12 wird Altbeton oder ein Altbetonprodukt der

Rührwerkskugelmühle 10 zugeführt und dort bei 150 kW/m3 mit 65 Vol.-% an keramischen Mahlkörpern für 10min gemahlen. Das Mahlgut wird aus der

Rührwerkskugelmühle 10 ausgetragen und in eine Trennvorrichtung 20 eingebracht, die in diesem Fall eine pneumatische Förderung der kleinen Partikel ermöglicht. Dazu wird über eine Gaszufuhr 22 Gas zugeführt und so die kleinen Partikel in einen Abscheider 30 gefördert. Die zu großen Partikel fallen im Gasstrom nach unten und werden entsprechend unten als Grobfraktion 40 ausgetragen. Im Abscheider 30 wird der

Gasstrom vom Feststoffstrom getrennt und das Gas über die Gasabfuhr 32 abgegeben und der Feststoff als Feinfraktion 50 entnommen. Die Feinfraktion 50 ist SiO2-arm und an

Altzement angereichert, die Grobfraktion 40 ist an SiO2 angereichert und kann bis zu 90% Quarz aufweisen. Somit bildet die Feinfraktion 50 den Wertstoff und die

Grobfraktion 40 den inerten Stoff dar.

Fig. 2 zeigt eine zweite beispielhafte Vorrichtung zur Erläuterung des Verfahrens. Auch in diesem Beispiel wird über eine Altbetonzufuhr 12 Altbeton oder ein Altbetonprodukt der

Rührwerkskugelmühle 10 ausgetragen und in eine Trennvorrichtung 20 eingebracht. Die

Trennvorrichtung 20 erzeugt neben der Feinfraktion 50 und der Grobfraktion 40 eine

Mittelfraktion 24, welche erneut der Rührwerkskugelmühle 10 zugeführt wird.

Beispielsweise kann die Trennvorrichtung 20 zwei unterschiedliche Siebe, beispielsweise mit 125 um und 250 um, aufweisen.

Bezugszeichen 10 Rührwerkskugelmühle 12 Altbetonzufuhr 20 Trennvorrichtung 22 Gaszufuhr 24 Mittelfraktion

Abscheider 30 32 Gasabfuhr

Grobfraktion

Feinfraktion

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Aufarbeitung von Altbeton oder einem Altbetonprodukt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Mahlen des Altbetons oder des Altbetonprodukts in einer Rührwerkskugelmühle (10), b) Größenselektive Trennung des Mahlgutes aus Schritt a) in eine Grobfraktion (40) und eine Feinfraktion (50).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die grölenselektive Trennung in Schritt b) durch eine pneumatische Förderung der Feinfraktion (50) aus der Mischung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die grôBenselektive Trennung in Schritt b) mittels eines Sichters oder eines Siebes erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vermahlung in Schritt a) Mahlkörper mit einem Durchmesser von 1 bis 10 mm, bevorzugt 3 bis 6 mm, verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vermahlung in Schritt a) Mahlkörper aus Stahl oder keramische Mahlkörper verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinfraktion (50) mit einem mittleren Durchmesser von weniger als 125 um gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grobfraktion (40) mit einem mittleren Durchmesser von mehr als 250 um gewählt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlen in Schritt a) mit einem Energieeintrag pro Mühlenvolumen von wenigstens 100 kW/m° durchgeführt wird.

3 BE2024/5588

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlen in Schritt a) mit einem Energieeintrag von höchstens 100 kWit, bevorzugt von höchstens 50 kW/t, besonders bevorzugt von höchstens 25 kW/it, durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlen in Schritt a) mit einem Mahlkôrper-Füllungsgrad von 40 Vol.-% bis 95 Vol.-%, bevorzugt von 50 Vol.-% bis 70 Vol.-%, durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlen in Schritt a) in einer Rührwerkskugelmühle (10) mit einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von 2,5 bis 5 durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlen in Schritt a) in einer die Rührwerkskugelmühle (10) mit einem Gasvolumenstrom und einem Materialstrom durchgeführt wird, wobei das Verhältnis von Gasvolumenstrom zu Materialstrom derart eingestellt wird, dass das Verhältnis von Gasvolumenstrom zu Materialstrom zwischen 0,0001 m°/kg und 5 m3/kg, bevorzugt zwischen 1,0 m#/kg und 2,0 m°/kg liegt.