Zementherstellung: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Datei:Zementherstellung.jpg|mini|gerahmt|Zementherstellung (Trockenverfahren)]]Die wichtigsten Grundstoffe für die Zementherstellung sind [[Kalkstein]] und Ton, die meist getrennt abgebaut und danach im geeigneten Verhältnis gemischt werden.
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[[Zement]] besteht aus verschiedenen Haupt- und Nebenbestandteilen (siehe [[Zementarten]]). <br />
Im folgenden Text wird die Herstellung des [[Zementklinker|Zementklinkers]] und das Mischen bzw. gemeinsame Vermahlen mit den weiteren Hauptbestandteilen (Herstellung siehe unter dem jeweiligen Stichwort) geschildert.<br /><br />
Die Ausgangsstoffe zur Herstellung des Zementklinkers müssen hauptsächlich [[Calciumcarbonat]] (CaCO<sub>3</sub>) und [[Siliciumdioxid]] (SiO<sub>2</sub>; Kieselsäure) sowie in geringen Mengen [[Aluminiumoxid]] (Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) und [[Eisenoxid]] (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) enthalten. Zu den Gesteinen, die diese Verbindungen liefern, gehören [[Kalkstein]] (liefert das Calciumcarbonat) und [[Ton]] (liefert das Siliciumdioxid), die meist getrennt abgebaut und danach im geeigneten Verhältnis gemischt werden, aber auch als [[Mergel]] natürlich gemischt vorliegen.


Die Zementherstellung umfasst fünf Hauptbereiche:
Die Zementherstellung umfasst fünf Hauptbereiche:
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1. Gewinnung und Aufbereitung des Rohmaterials:
1. Gewinnung und Aufbereitung des Rohmaterials:


Lockerung des Gesteins im Sprengverfahren und Verladung mit Löffelbaggern oder Radschaufelladern auf Schwerlastwagen. In einer Brecheranlage zerkleinert und zu Schotter. Aufschüttung von Mischbetten zum Ausgleich grober Schwankungen der Rohstoffe. Der [[Calciumcarbonat]]gehalt sollte 76 bis 78 % der Mischung betragen. Zugabe von Korrekturstoffen ([[Sand]], Löß, [[Eisenoxid]]), um das Verhältnis von [[Siliciumdioxid]] (SiO<sub>2</sub>) zu [[Tonerde]] (Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) und [[Eisenoxid]] (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) in engen Grenzen zu halten. Mahlen und Trocknen der Rohmischung in Mahltrocknungsanlagen (Rohrmühlen mit Füllung aus Stahlkugeln oder Wälzmühlen mit Stahlwalzen). Dabei werden ca. 90 % des Mahlguts zu Körnern unter 90 µm Größe vermahlen. Das fertige Mahlgut (Rohmehl) wird in hintereinandergeschalteten Silos durch systematisches Abziehen und Befüllen "homogenisiert", d.h. innig und gleichmäßig vermischt.
Die Lockerung des Gesteins erfolgt im Sprengverfahren, die Verladung mit Löffelbaggern oder Radschaufelladern auf Schwerlastwagen. In einer Brecheranlage wird das Gestein zu Schotter zerkleinert und zum Ausgleich grober Schwankungen der Rohstoffe zu Mischbetten aufgeschüttet. Der [[Calciumcarbonat]]gehalt sollte 76 bis 78 % der Mischung betragen. Es erfolgt die Zugabe von Korrekturstoffen ([[Sand]], Löß, [[Eisenoxid]]), um das Verhältnis von [[Siliciumdioxid]] (SiO<sub>2</sub>) zu [[Tonerde]] (Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) und [[Eisenoxid]] (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) in engen Grenzen zu halten. Die Rohmischung wird in Mahltrocknungsanlagen (Rohrmühlen mit Füllung aus Stahlkugeln oder Wälzmühlen mit Stahlwalzen) gemahlen und getrocknet. Dabei werden ca. 90 % des Mahlguts zu Körnern unter 90 µm Größe vermahlen. Das fertige Mahlgut (Rohmehl) wird in hintereinandergeschalteten Silos durch systematisches Abziehen und Befüllen "homogenisiert", d.h. innig und gleichmäßig vermischt.


2. Brennen des [[Zementklinker]]s:
2. Brennen des [[Zementklinker]]s:


Das Brennen erfolgt in einem [[Drehofen]] von mehreren Metern Durchmesser und 50 bis 200 Metern Länge. Die Öfen rotieren langsam um ihre Längsachse. Infolge eines leichten Gefälles wandert das an einem Ende eingegebene Rohmehl der Flamme am anderen Ende des Ofens entgegen. Öfen mit Zyklonvorwärmer (Schwebegas-Wärmetauscheröfen) besitzen einen Wärmetauscher, der aus einem System mehrerer Zyklone besteht, in denen das Rohmehl auf rd. 800 °C erhitzt wird. Am Ende des Drehofens – in der Sinterzone – wird das Brenngut auf 1400 bis 1450 °C erhitzt, es beginnt teilweise zu schmelzen. Aus den Ausgangsstoffen bilden sich dabei die so genannten [[Klinkerphasen]]. Das sind Calciumsilicate und Calciumaluminate, die dem Zement seine charakteristischen Eigenschaften bei der hydraulischen Erhärtung geben. Das Brennprodukt, der [[Zementklinker]], verlässt den Ofen, wird gekühlt und gelangt zum Klinkerlager.
Das Brennen erfolgt meist in einem [[Drehofen]] von mehreren Metern Durchmesser und 50 bis 200 Metern Länge. Die Öfen rotieren langsam um ihre Längsachse. Infolge eines leichten Gefälles wandert das an einem Ende eingegebene Rohmehl der Flamme am anderen Ende des Ofens entgegen. Öfen mit Zyklonvorwärmer (Schwebegas-Wärmetauscheröfen) besitzen einen Wärmetauscher, der aus einem System mehrerer Zyklone besteht, in denen das Rohmehl auf rd. 830 °C erhitzt wird. Der im Rohmehl enthaltene Kalkstein ([[Calciumcarbonat]] CaCO<sub>3</sub>) wird hier teilweise entsäuert wird (Austreibung des [[Kohlendioxid]] CO<sub>2</sub>, Entstehen des [[Calciumoxid]]s CaO). Am Ende des Drehofens – in der Sinterzone – wird das Brenngut auf 1400 bis 1450 °C erhitzt, es beginnt teilweise zu schmelzen ([[Sinterung]]). Aus den Ausgangsstoffen bilden sich dabei die so genannten [[Klinkerphasen]]. Das sind Calciumsilicate und Calciumaluminate, die dem Zement seine charakteristischen Eigenschaften bei der hydraulischen Erhärtung geben. Das Brennprodukt, der [[Zementklinker]], verlässt den Ofen, wird gekühlt und gelangt zum Klinkerlager.


3. Mahlen der Zemente:
3. Mahlen der Zemente:


Damit aus dem [[Zementklinker]] das reaktionsfähige Produkt [[Zement]] entsteht, muss er äußerst fein gemahlen werden ([[Mahlfeinheit]]). Bei der Produktion von [[Portlandzement]]en wird der [[Zementmühle]] [[Zementklinker]] und etwa 5 M.-% [[Gips]]stein und/oder [[Anhydrit]] als Erstarrungsregler aufgegeben. Zur Erzeugung von [[Portlandhüttenzement]] und [[Hochofenzement]] werden die nach DIN EN 197-1 vorgeschriebenen Mengen [[Hüttensand]] zugemahlen. Auch bei anderen [[Zementarten]] werden [[Zementklinker]] und [[Zumahlstoffe]] in dem meist mehrstufigen Prozess i. d. R. gemeinsam gemahlen. Das fertige Mahlgut, der Zement, wird von den [[Zementmühle]]n zu den Zementsilos gefördert und gelangt von dort zu den Packmaschinen und zur losen Verladung.
Damit aus dem [[Zementklinker]] das reaktionsfähige Produkt [[Zement]] entsteht, muss er äußerst fein gemahlen werden ([[Mahlfeinheit]]). Bei der Produktion von [[Portlandzement]]en wird der [[Zementmühle]] [[Zementklinker]] und etwa 5 M.-% [[Gips]] und/oder [[Anhydrit]] als Erstarrungsregler aufgegeben. Zur Erzeugung anderer [[Zementarten]] mit weiteren Hauptbestandteilen werden die nach DIN EN 197-1 vorgeschriebenen Mengen gemeinsam gemahlen oder getrennt gemahlen und anschließend gemischt. Das fertige Mahlgut, der Zement, wird von den [[Zementmühle]]n zu den Zementsilos gefördert und gelangt von dort zu den Packmaschinen und zur losen Verladung.


4. Überwachung, Güteüberwachung:
4. Überwachung, Güteüberwachung:
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5. Umweltschutz:
5. Umweltschutz:


Emissionen von Stäuben und Gasen sind durch verfahrenstechnische Umstellungen bei der Zementherstellung drastisch vermindert worden. Zu Beginn der 90er Jahre betrug der Anteil der Zementindustrie an der gesamten industriellen Staubemission rd. 1 %, bei Stickoxiden rd. 1,5 %. Eingriffe in die Natur durch Abbauflächen und Steinbrüche werden durch intensive Rekultivierung in land- und forstwirtschaftliche Nutzflächen, in Biotope oder in Freizeit- und Naherholungsgebiete abgemildert.
Emissionen von Stäuben und Gasen sind durch verfahrenstechnische Umstellungen bei der Zementherstellung drastisch vermindert worden. <br />
Konnten in den 1950er-Jahren noch Staubemissionen bis zu 3.000 mg/m³ am Kamin von Drehofenanlagen gemessen werden, sind es heute nur noch 10 bis 20 mg/m³.<br />
Seit 1990 haben die deutschen Zementherstellern, die CO<sub>2</sub>-Emissionen sowohl spezifisch als auch absolut in einer Größenordnung von 20 bis 25 % verringert. Im Rahmen der [[Dekarbonisierung von Zement und Beton]] sollen diese Emissionen bis 2050 über das bereits erreichte Maß hinaus noch einmal deutlich reduziert werden.<br />
Eingriffe in die Natur durch Abbauflächen und Steinbrüche werden durch intensive Rekultivierung in land- und forstwirtschaftliche Nutzflächen, in Biotope oder in Freizeit- und Naherholungsgebiete abgemildert.


== Literatur ==
==Literatur==
*[http://www.beton.org/fileadmin/beton-org/media/Dokumente/PDF/Service/Zementmerkbl%C3%A4tter/B1.pdf Zement-Merkblatt B1: Zemente und ihre Herstellung]
*[http://www.beton.org/fileadmin/beton-org/media/Dokumente/PDF/Service/Zementmerkbl%C3%A4tter/B1.pdf Zement-Merkblatt B1: Zemente und ihre Herstellung]
*[http://shop.verlagbt.de/expertenwissen-baustoffe/zement.html Locher, Friedrich W.: Zement – Grundlagen der Herstellung und Verwendung. Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf 2000]
*[https://www.vdz-online.de/publikationen/umweltdaten/ Verein Deutscher Zementwerke e. V.: Umweltdaten der Zementindustrie]


== Siehe auch ==
[[Category:Bindemittel]]
*[[Drehofen]]
[[category: Baustoffherstellung]]
*[[Sinterung]]

Version vom 31. August 2021, 13:37 Uhr

Zementherstellung (Trockenverfahren)

Zement besteht aus verschiedenen Haupt- und Nebenbestandteilen (siehe Zementarten).
Im folgenden Text wird die Herstellung des Zementklinkers und das Mischen bzw. gemeinsame Vermahlen mit den weiteren Hauptbestandteilen (Herstellung siehe unter dem jeweiligen Stichwort) geschildert.

Die Ausgangsstoffe zur Herstellung des Zementklinkers müssen hauptsächlich Calciumcarbonat (CaCO3) und Siliciumdioxid (SiO2; Kieselsäure) sowie in geringen Mengen Aluminiumoxid (Al2O3) und Eisenoxid (Fe2O3) enthalten. Zu den Gesteinen, die diese Verbindungen liefern, gehören Kalkstein (liefert das Calciumcarbonat) und Ton (liefert das Siliciumdioxid), die meist getrennt abgebaut und danach im geeigneten Verhältnis gemischt werden, aber auch als Mergel natürlich gemischt vorliegen.

Die Zementherstellung umfasst fünf Hauptbereiche:

1. Gewinnung und Aufbereitung des Rohmaterials:

Die Lockerung des Gesteins erfolgt im Sprengverfahren, die Verladung mit Löffelbaggern oder Radschaufelladern auf Schwerlastwagen. In einer Brecheranlage wird das Gestein zu Schotter zerkleinert und zum Ausgleich grober Schwankungen der Rohstoffe zu Mischbetten aufgeschüttet. Der Calciumcarbonatgehalt sollte 76 bis 78 % der Mischung betragen. Es erfolgt die Zugabe von Korrekturstoffen (Sand, Löß, Eisenoxid), um das Verhältnis von Siliciumdioxid (SiO2) zu Tonerde (Al2O3) und Eisenoxid (Fe2O3) in engen Grenzen zu halten. Die Rohmischung wird in Mahltrocknungsanlagen (Rohrmühlen mit Füllung aus Stahlkugeln oder Wälzmühlen mit Stahlwalzen) gemahlen und getrocknet. Dabei werden ca. 90 % des Mahlguts zu Körnern unter 90 µm Größe vermahlen. Das fertige Mahlgut (Rohmehl) wird in hintereinandergeschalteten Silos durch systematisches Abziehen und Befüllen "homogenisiert", d.h. innig und gleichmäßig vermischt.

2. Brennen des Zementklinkers:

Das Brennen erfolgt meist in einem Drehofen von mehreren Metern Durchmesser und 50 bis 200 Metern Länge. Die Öfen rotieren langsam um ihre Längsachse. Infolge eines leichten Gefälles wandert das an einem Ende eingegebene Rohmehl der Flamme am anderen Ende des Ofens entgegen. Öfen mit Zyklonvorwärmer (Schwebegas-Wärmetauscheröfen) besitzen einen Wärmetauscher, der aus einem System mehrerer Zyklone besteht, in denen das Rohmehl auf rd. 830 °C erhitzt wird. Der im Rohmehl enthaltene Kalkstein (Calciumcarbonat CaCO3) wird hier teilweise entsäuert wird (Austreibung des Kohlendioxid CO2, Entstehen des Calciumoxids CaO). Am Ende des Drehofens – in der Sinterzone – wird das Brenngut auf 1400 bis 1450 °C erhitzt, es beginnt teilweise zu schmelzen (Sinterung). Aus den Ausgangsstoffen bilden sich dabei die so genannten Klinkerphasen. Das sind Calciumsilicate und Calciumaluminate, die dem Zement seine charakteristischen Eigenschaften bei der hydraulischen Erhärtung geben. Das Brennprodukt, der Zementklinker, verlässt den Ofen, wird gekühlt und gelangt zum Klinkerlager.

3. Mahlen der Zemente:

Damit aus dem Zementklinker das reaktionsfähige Produkt Zement entsteht, muss er äußerst fein gemahlen werden (Mahlfeinheit). Bei der Produktion von Portlandzementen wird der Zementmühle Zementklinker und etwa 5 M.-% Gips und/oder Anhydrit als Erstarrungsregler aufgegeben. Zur Erzeugung anderer Zementarten mit weiteren Hauptbestandteilen werden die nach DIN EN 197-1 vorgeschriebenen Mengen gemeinsam gemahlen oder getrennt gemahlen und anschließend gemischt. Das fertige Mahlgut, der Zement, wird von den Zementmühlen zu den Zementsilos gefördert und gelangt von dort zu den Packmaschinen und zur losen Verladung.

4. Überwachung, Güteüberwachung:

Die Einhaltung der Zusammensetzung und der Eigenschaften des Zements wird durch die werkseigene Produktionskontrolle und die Fremdüberwachung überprüft. Gleichmäßige Eigenschaften des Zements werden durch weitgehend automatische Probennahme und Analyse der Roh-, Zwischen- und Endprodukte bei der Zementherstellung und entsprechende Steuer- und Regelmaßnahmen erreicht.

5. Umweltschutz:

Emissionen von Stäuben und Gasen sind durch verfahrenstechnische Umstellungen bei der Zementherstellung drastisch vermindert worden.
Konnten in den 1950er-Jahren noch Staubemissionen bis zu 3.000 mg/m³ am Kamin von Drehofenanlagen gemessen werden, sind es heute nur noch 10 bis 20 mg/m³.
Seit 1990 haben die deutschen Zementherstellern, die CO2-Emissionen sowohl spezifisch als auch absolut in einer Größenordnung von 20 bis 25 % verringert. Im Rahmen der Dekarbonisierung von Zement und Beton sollen diese Emissionen bis 2050 über das bereits erreichte Maß hinaus noch einmal deutlich reduziert werden.
Eingriffe in die Natur durch Abbauflächen und Steinbrüche werden durch intensive Rekultivierung in land- und forstwirtschaftliche Nutzflächen, in Biotope oder in Freizeit- und Naherholungsgebiete abgemildert.

Literatur