TY - THES

T1 - Rotationszerstäubung als Methode der Inwertsetzung von mineralischen Reststoffen

AU - Eisner, Peter

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Der Klimawandel stellt alle energie- und treibhausgasintensiven Industrien vor die Herausforderung, ihre Produktionsprozesse hinsichtlich deren Klimafreundlichkeit zu verbessern. Mit einem Anteil von jeweils 7 % an den globalen CO2-Emissionen haben dabei die Eisen- und Stahl- sowie die Zementindustrie eine zentrale Schlüsselposition inne. Neben der intrinsischen Motivation der Unternehmen spielen auch extrinsische Faktoren, wie die Änderungen der gesetzlichen Rahmenbedingungen, oder das wachsende Interesse an Nachhaltigkeit von Seite der Investoren eine große Rolle.In der Eisen- und Stahlindustrie führt diese „Greentransformation” zu neuen Produktionsprozessen wie der Direktreduktion von Eisenerz mit Wasserstoff und dem Ausbau von Elektrolichtbogenöfen, was auch Änderungen in den Flüssen der Nebenprodukte zur Folge hat. Es kommt zur Verringerung der Verfügbarkeit von Hochofenschlacke, die als Hüttensand in der Zementindustrie als Ersatz für den Klinker eingesetzt wird. Somit ist es notwendig, Alternativen zum Hüttensand zu finden und zu erforschen, um die prozessbedingten CO2-Emissionen in der Zementindustrie weiter mitigieren zu können.Bei der Produktion von Hüttensand wird dieser in einem amorpher Zustand erstarrt, damit sich latent hydraulische Eigenschaften ausbilden, die zur Bindemitteleignung führen. In der Vergangenheit wurde dies mit einer Nassgranulation gelöst. Dabei kommt es nicht nur zumVerlust der gesamten nutzbaren Energie der mineralischen Phase, es wird weiters noch Energiezur Trocknung des Hüttensandes benötigt. Die Trockengranulation mittels Rotationszerstäubung hingegen erlaubt es, die thermische Energie des Produktes nutzbar zu machen und gleichzeitig die Trocknungsenegie einzusparen. Dabei wird mittels Fliehkraft ein Zerfall des schmelzflüssigen Materials in Tropfen herbeigeführt. Die an die Luft übertragene Wärme kann anschließend als Prozesswärme eingesetzt werden.Um die Effekte bei der Rotationszerstäubung von verschiedenen mineralischen Reststoffen untersuchen zu können, wird eine entsprechende Anlage benötigt. Ziel dieser Arbeit ist es daher,eine Rotationszerstäubungsanlage im Labormaßstab am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnikauszulegen, zu konstruieren und zu errichten. Diese soll dabei mit der bereits vorhandenenInduktionsschmelzanlage kombinierbar sein.Die Ergebnisse der ersten Versuche der Rotationszerstäubung zeigen, dass die Partikel der produzierten mineralischen Phase den gegenständlichen Ansprüchen für eine Bindemittelnutzung genügen und mit den zuvor durchgeführten Berechnungen in Einklang stehen.

AB - Der Klimawandel stellt alle energie- und treibhausgasintensiven Industrien vor die Herausforderung, ihre Produktionsprozesse hinsichtlich deren Klimafreundlichkeit zu verbessern. Mit einem Anteil von jeweils 7 % an den globalen CO2-Emissionen haben dabei die Eisen- und Stahl- sowie die Zementindustrie eine zentrale Schlüsselposition inne. Neben der intrinsischen Motivation der Unternehmen spielen auch extrinsische Faktoren, wie die Änderungen der gesetzlichen Rahmenbedingungen, oder das wachsende Interesse an Nachhaltigkeit von Seite der Investoren eine große Rolle.In der Eisen- und Stahlindustrie führt diese „Greentransformation” zu neuen Produktionsprozessen wie der Direktreduktion von Eisenerz mit Wasserstoff und dem Ausbau von Elektrolichtbogenöfen, was auch Änderungen in den Flüssen der Nebenprodukte zur Folge hat. Es kommt zur Verringerung der Verfügbarkeit von Hochofenschlacke, die als Hüttensand in der Zementindustrie als Ersatz für den Klinker eingesetzt wird. Somit ist es notwendig, Alternativen zum Hüttensand zu finden und zu erforschen, um die prozessbedingten CO2-Emissionen in der Zementindustrie weiter mitigieren zu können.Bei der Produktion von Hüttensand wird dieser in einem amorpher Zustand erstarrt, damit sich latent hydraulische Eigenschaften ausbilden, die zur Bindemitteleignung führen. In der Vergangenheit wurde dies mit einer Nassgranulation gelöst. Dabei kommt es nicht nur zumVerlust der gesamten nutzbaren Energie der mineralischen Phase, es wird weiters noch Energiezur Trocknung des Hüttensandes benötigt. Die Trockengranulation mittels Rotationszerstäubung hingegen erlaubt es, die thermische Energie des Produktes nutzbar zu machen und gleichzeitig die Trocknungsenegie einzusparen. Dabei wird mittels Fliehkraft ein Zerfall des schmelzflüssigen Materials in Tropfen herbeigeführt. Die an die Luft übertragene Wärme kann anschließend als Prozesswärme eingesetzt werden.Um die Effekte bei der Rotationszerstäubung von verschiedenen mineralischen Reststoffen untersuchen zu können, wird eine entsprechende Anlage benötigt. Ziel dieser Arbeit ist es daher,eine Rotationszerstäubungsanlage im Labormaßstab am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnikauszulegen, zu konstruieren und zu errichten. Diese soll dabei mit der bereits vorhandenenInduktionsschmelzanlage kombinierbar sein.Die Ergebnisse der ersten Versuche der Rotationszerstäubung zeigen, dass die Partikel der produzierten mineralischen Phase den gegenständlichen Ansprüchen für eine Bindemittelnutzung genügen und mit den zuvor durchgeführten Berechnungen in Einklang stehen.

KW - Rotationszerstäubung

KW - mineralische Reststoffe

KW - Hüttensand

KW - Hochofenschlacke

KW - Klinker

KW - Substitut

KW - Klimawandel

KW - Eisen- und Stahlindustrie

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KW - Greentransformation

KW - CO2-Emissionen

KW - Elektrolichtbogenofen

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KW - Thermoprozesstechnik

KW - Rotary Atomizer

KW - Mineral Residues

KW - Granulated Blast Furnace Slag

KW - Blast Furnace Slag

KW - Clinker

KW - Substitute

KW - Climate Change

KW - Iron and Steel Industry

KW - Cement Industry

KW - Sustainability

KW - Binder

KW - Green Transformation

KW - CO2-Emissions

KW - Electric Arc Furnace

KW - Induction Melting Plant

KW - Thermal Processing Technology

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.147

DO - 10.34901/mul.pub.2024.147

M3 - Masterarbeit

ER -