Ressourceneffizienter Einsatz von sulfathaltigen Prozessstäuben zur Sulfatoptimierung unter Verwendung der isothermen Wärmeflusskalorimetrie

Bei der Zementklinkerherstellung fallen auch erhebliche Mengen an Prozessstäuben an, z.B. Bypassstäube. Die Zusammensetzung der Stäube kann auch innerhalb eines Werkes je nach Betriebszuständen unterschiedlich sein. Zu den relevanten Bestandteilen gehören Alkalisulfate und -chloride sowie Carbonate, Freikalk und Klinkerphasen. Als Nebenbestandteil können chloridreiche Stäube aufgrund des niedrigen Chloridgrenzwerts nur sehr begrenzt, sulfathaltige Stäube hingegen bis zu 5 M.-% zur Zementherstellung eingesetzt werden. Im Fokus stand die Untersuchung der Eignung sulfatreicher Prozessstäube als Nebenbestandteil zur Sulfatoptimierung. Hier wurde geprüft, ob und wie sich dadurch insbesondere bei Zementen mit mehreren Hauptbestandteilen Frühfestigkeiten verbessern lassen und der Klinkeranteil verringert werden kann. Durch einen verstärkten Einsatz sulfatreicher Prozessstäube lassen sich Anteile natürlicher Sulfatträger (Anhydrit, Gips) substituieren. Die isotherme Wärmeflusskalorimetrie erfasst die zeitliche Wärmefreisetzung der Zemente bei Hydratationsvorgängen. Je nach Zementhauptbestandteil erfordert eine optimale Hydratation unterschiedliche Verfügbarkeiten der Sulfate. Ob und wie diese zur Verfügung stehen, konnte durch die Verfolgung der Hydratationswärmefreisetzung nachvollzogen werden. Aus dem Vergleich mit den üblichen Methoden zur Sulfatoptimierung, wie Festigkeits- und Verarbeitbarkeitsuntersuchungen, wurde ermittelt, dass sich die Wärmeflusskalorimetrie als schnelle, einfache und kostengünstige Optimierungsmethode einsetzen lässt. Die Untersuchungen wurden an den gängigsten Zementarten mit mehreren Hauptbestandteilen sowie an hüttensand- und kalksteinhaltigen Zementen (CEM III/A, CEM II/B-M (S-LL), CEM II/A-LL, CEM II/B-M (Q-LL) durchgeführt. Isotherme Wärmeflusskalorimeter werden bereits heute von vielen Zementherstellern zur Bestimmung der Hydratationswärme eingesetzt. Daher können die Ergebnisse direkt von den KMU der Zementindustrie zur effizienteren Nutzung von Zementhaupt- und Nebenbestandteilen genutzt werden