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LU103194B1 - cement additive from old concrete - Google Patents

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Publication number
LU103194B1
LU103194B1 LU103194A LU103194A LU103194B1 LU 103194 B1 LU103194 B1 LU 103194B1 LU 103194 A LU103194 A LU 103194A LU 103194 A LU103194 A LU 103194A LU 103194 B1 LU103194 B1 LU 103194B1
Authority
LU
Luxembourg
Prior art keywords
carbonation
mill
thyssenkrupp
grinding
mechanical activation
Prior art date
Application number
LU103194A
Other languages
German (de)
Inventor
Oliver Maier
Sergej Ratzlaff
Original Assignee
thyssenkrupp Polysius GmbH
Thyssenkrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by thyssenkrupp Polysius GmbH, Thyssenkrupp AG filed Critical thyssenkrupp Polysius GmbH
Priority to PCT/EP2024/055693 priority Critical patent/WO2024188710A1/en
Application granted granted Critical
Publication of LU103194B1 publication Critical patent/LU103194B1/en

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02Treatment
    • C04B20/023Chemical treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von mineralischem Material wie Altbeton, Altzementstein und dergleichen, wobei das mineralische Material carbonatisiert und mechanisch aktiviert wird.The present invention relates to a method for treating mineral material such as old concrete, old cement brick and the like, wherein the mineral material is carbonated and mechanically activated.

Description

thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 1/15thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG August 31, 2023 LU103194 1/15

Zementzusatzstoff aus Altbetoncement additive from old concrete

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um mit Altbaustoffen, zum Beispiel Zementstein,The invention relates to a method for using old building materials, for example cement stone,

Kohlendioxid sicher zu binden und so eine sichere Langzeitlagerung zu gewährleisten und gleichzeitig eine Aktivierung zu erreichen, um diesen Stoff als Zementzuschlagsstoff verwenden zu können.To safely bind carbon dioxide and thus ensure safe long-term storage and at the same time achieve activation in order to be able to use this substance as a cement aggregate.

In zunehmendem Maße wird es notwendig, natürliche Ressourcen zu schonen und auf recyceltes Material zurückzugreifen. Ebenso sind die Emissionen von Kohlendioxid alsIt is becoming increasingly necessary to conserve natural resources and to use recycled materials. Likewise, emissions of carbon dioxide as

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 der Speicherung ist die Einbringung als verflüssigtesThe cause of global warming is critical. Therefore, the separation of carbon dioxide from the exhaust gas and its permanent storage or use is becoming increasingly important. One possible form of storage is the introduction of liquefied

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 potenziell wieder Kohlendioxid produziert wird.Carbon dioxide into the soil. However, this process is not without controversy, as permanent retention is not necessarily guaranteed and if it were to escape, the greenhouse effect would be intensified again, especially since further energy is required for separation and storage, potentially producing carbon dioxide again.

Eine der Kohlendioxid-intensiven Industrien ist die Zementindustrie. Zum einen wird für den Brennprozess viel Energie benötigt, was bei den herkömmlichen fossilenOne of the carbon dioxide-intensive industries is the cement industry. On the one hand, the firing process requires a lot of energy, which is not possible with conventional fossil fuels.

Brennstoffen zu einer Kohlendioxid-Emission führt. Zum anderen wird aus demfuels leads to carbon dioxide emissions. On the other hand, the

Rohmaterial, hauptsächlich Kalkstein oder Mergel, Kohlendioxid prozessbedingt freigesetzt.Raw material, mainly limestone or marl, carbon dioxide released during the process.

Auf der anderen Seite fallen bei Abriss von Beton-Bauwerken große Mengen von Altbeton an. Daher wird derzeit diskutiert, Beton wiederaufzubereiten, um beispielsweise neuenOn the other hand, large quantities of old concrete are produced when concrete structures are demolished. Therefore, there is currently discussion about recycling concrete, for example to make new

Zement und Beton herzustellen. Hierbei ist jedoch problematisch, dass beispielsweiseCement and concrete are produced. However, the problem here is that, for example,

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 derSand and the hardened cement are mixed and bonded together in a way that is difficult to separate. The sand-free or at least sand-poor component of the old concrete is also called old cement brick. It is known that concrete during the

Lebensdauer Kohlendioxid aufnehmen kann, jedoch nur einen Bruchteil der bei dercarbon dioxide during its lifetime, but only a fraction of the carbon dioxide

Herstellung aus dem Kalkstein freigesetzten Kohlendioxid. Nach langer Zeit, beispielsweise bei sehr alten Gebäuden, kann dieser Wert bei etwa 25 % bezogen auf den Calciumgehalt des Betons liegen, es wird also sehr langsam und damit über lange thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 2/15Production of the carbon dioxide released from the limestone. After a long time, for example in very old buildings, this value can be around 25% based on the calcium content of the concrete, so it is released very slowly and therefore over a long period of time thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 2/15

Zeiträume in etwa bis zu 1/4 des ursprünglich freigesetzten Kohlendioxids wieder aufgenommen.Periods of time approximately up to 1/4 of the carbon dioxide originally released is reabsorbed.

Aus der WO 2020 / 058 247 A1 ist ein Verfahren und eine Anlage zum Aufbereiten vonWO 2020 / 058 247 A1 describes a method and a plant for processing

Material, das Zementstein enthält, bekannt.Material containing cement stone is known.

Aus der EP 3 656 750 A2 ist die Verwendung von Kohlendioxid aus und für Zement bekannt.The use of carbon dioxide from and for cement is known from EP 3 656 750 A2.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2022 132 073 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur effizienten Reduktion von Kohlendioxidemissionen bekannt.From the subsequently published DE 10 2022 132 073, a method and a device for the efficient reduction of carbon dioxide emissions is known.

Insbesondere im Bereich der Zementindustrie haben sich aktivierte Tone als Zusatzstoff etabliert. Der derzeit übliche Weg ist die Trocknung und Calcinierung der Tone, also eine thermische Aktivierung. Hierbei wird zum einen Energie für die Erwärmung benötigt, zum anderen kann die hohe Temperatur auch weitere Stoffveränderungen bewirken, die gegebenenfalls unerwünscht sind. Ferner erfordert der thermische Prozess eineActivated clays have become established as additives, particularly in the cement industry. The current method is to dry and calcine the clays, i.e. thermal activation. This requires energy for heating, and the high temperature can also cause further material changes that may be undesirable. The thermal process also requires a

Rauchgasreinigung zur Abscheidung der entstehenden Stickoxid- und Schwefeloxid-Flue gas cleaning to remove the resulting nitrogen oxide and sulphur oxide

Emissionen und andere. Außerdem erfordert der thermische Prozess künftig den Einsatz von Verfahren zur Abscheidung und gegebenenfalls Reinigung des erzeugten beziehungsweise freigesetzten Kohlendioxids.emissions and others. In addition, the thermal process will require the use of processes for the capture and, if necessary, purification of the carbon dioxide produced or released.

Aus der WO 2017 / 008 863 A1 ist ein Verfahren und eine Anlagenanordnung zumWO 2017 / 008 863 A1 describes a method and a system arrangement for

Aufbereiten und Aktivieren eines Rohstoffes bekannt.Processing and activating a raw material.

Aus der EP3909682A1 ist ein Verfahren und eine Wälzmühle zum thermomechanischen Aktivieren eines Tongemisches bekannt.From EP3909682A1 a method and a roller mill for the thermomechanical activation of a clay mixture is known.

Aus der DE 10 2015 106 109 A1 ist ein Verfahren zur tribochemischen Aktivierung vonDE 10 2015 106 109 A1 describes a process for the tribochemical activation of

Bindemitteln und Zusatzstoffen bekannt.Binders and additives are known.

Aus der WO 2020 058 247 A1 ist ein Verfahren und Anlage zum Aufbereiten vonWO 2020 058 247 A1 describes a method and plant for processing

Material, das Zementstein enthält, bekannt.Material containing cement stone is known.

thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 3/15thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG August 31, 2023 LU103194 3/15

Es besteht daher die Überlegung, die Aktivierung von Tonen durch eine Einbringung mechanischer Energie beim Mahlprozess vorzunehmen, um so die thermische Energie durch grünen Strom ersetzen zu können sowie um die Aufoxidation zum Beispiel vonIt is therefore being considered to activate clays by introducing mechanical energy during the grinding process in order to replace thermal energy with green electricity and to accelerate the oxidation of, for example,

Eisen zu vermeiden.to avoid iron.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2023 106 210 ist ein Verfahren zur Mahlung und puzzolanischen Aktivierung in einer Rührwerkskugelmühle bekannt.From the subsequently published DE 10 2023 106 210 a process for grinding and pozzolanic activation in a stirred ball mill is known.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2023 106 217 ist ein Verfahren zur Mahlung und puzzolanischen Aktivierung in zwei separaten Stufen einer Rührwerkskugelmühle bekannt.From the subsequently published DE 10 2023 106 217 a process for grinding and pozzolanic activation in two separate stages of a stirred ball mill is known.

Aus der nachverôffentlichten DE 10 2023 106 221 ist die Kombination aus mechanischer und thermischer Aktivierung in wenigstens einer Rühwerkskugelmühle bekannt.From the subsequently published DE 10 2023 106 221, the combination of mechanical and thermal activation in at least one agitator ball mill is known.

Aufgabe der Erfindung ist es, aus Altbeton ein möglichst hochwertiges Material zu erhalten, um dadurch zum einen Kohlendioxid insbesondere aus der Atmosphäre zu binden und zum anderen die Menge an für den Zement benötigten Klinker zu reduzieren.The object of the invention is to obtain a material of the highest possible quality from old concrete in order to bind carbon dioxide, particularly from the atmosphere, and to reduce the amount of clinker required for the cement.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenenThis object is achieved by the method with the features specified in claim 1

Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.Features. Advantageous further developments emerge from the subclaims, the following description and the drawings.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Carbonatisierung von mineralischem Material wie Altbeton, Altzementstein und dergleichen. Derartige Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zum einen können dadurch Kohlendioxid gebunden und soThe method according to the invention is used for the carbonation of mineral material such as old concrete, old cement brick and the like. Such methods are known from the prior art. On the one hand, carbon dioxide can be bound and thus

Emissionen vermieden werden. Zum anderen hat sich herausgestellt, dass das so erzeugte Material sich gut als Zementzusatzstoff eignet. Erfindungswesentlich wird das mineralische Material nicht nur carbonatisiert, sondern auch mechanisch aktiviert. Es hat sich gezeigt, dass das so carbonatisierte und mechanisch aktivierte Material sich noch viel besser als Zementzusatzstoff eignet. Es wird davon ausgegangen, dass diese beiden unterschiedlichen Verfahren unterschiedliche Komponenten unterschiedlich positiv thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 4/15 verändern. Beton und damit auch Altbeton und daraus erzeugte Fraktionen wie zumEmissions are avoided. On the other hand, it has been found that the material produced in this way is well suited as a cement additive. Essential to the invention, the mineral material is not only carbonated, but also mechanically activated. It has been shown that the material carbonated and mechanically activated in this way is even more suitable as a cement additive. It is assumed that these two different processes change different components in different positive ways. Concrete and thus also old concrete and fractions produced from it such as

Beispiel Altzementstein bestehen aus unterschiedlichen Komponenten. Zwei wesentlicheExample Old cement bricks consist of different components. Two essential

Komponenten sind hydratisierter Zement, der vereinfacht aus Calcium-Silikat-Hydraten und Calcium-Silikat-Aluminat-Hydraten besteht, und Quarzsand (SiO,). Es kann davon ausgegangen werden, dass sich beispielsweise die Metalloxide, wie zum Beispiel CaO oder MgO, bei der Carbonatisierung umsetzen, beispielsweise zu CaCO; oder MgCOs.Components are hydrated cement, which consists of calcium silicate hydrates and calcium silicate aluminate hydrates, and quartz sand (SiO2). It can be assumed that the metal oxides, such as CaO or MgO, are converted during carbonation, for example to CaCO3 or MgCO3.

Diese Annahme aus der bekannten Carbonatisierung von Altbeton ist als eine wahrscheinliche Reaktion anzusehen. Es kann weiter beispielsweise davon ausgegangen werden, dass beispielsweise eine Sandkomponente, beispielsweise SiO, durch eine mechanische Aktivierung veränderbar ist, beispielsweise in Richtung Silikagel, was wiederum die Eigenschaften beim Abbinden und somit die Eignung alsThis assumption from the known carbonation of old concrete is to be regarded as a probable reaction. It can also be assumed, for example, that a sand component, for example SiO, can be changed by mechanical activation, for example in the direction of silica gel, which in turn changes the properties during setting and thus the suitability as

Zementzusatzstoff verbessert. Aufgrund der Komplexität des Ausgangsprodukts ist es schwer, genau die verschiedenen Aktivierungsmechanismen zu identifizieren, aber es hat sich herausgestellt, dass diese Kombination einen besonders gut geeignetencement additive. Due to the complexity of the starting product, it is difficult to identify exactly the different activation mechanisms, but it has been found that this combination provides a particularly suitable

Zementzusatzstoff ergibt.cement additive.

Altbeton, Altzementstein und dergleichen können auch Bestandteile von zum BeispielOld concrete, old cement brick and the like can also be components of, for example,

Ziegelstein, Klinkerstein oder Backsteinen enthalten. Zum einen sind diese Komponenten beim Abriss oft schwer zu trennen. Zum anderen werden diese aus Tonen hergestellt, welche ebenfalls eine mechanische Aktivierbarkeit aufweisen.Bricks, clinker bricks or bricks. On the one hand, these components are often difficult to separate during demolition. On the other hand, they are made from clays, which also have mechanical activation.

Weiter können Altbeton, Altzementstein und dergleichen auch beispielsweiseFurthermore, old concrete, old cement brick and the like can also be

Asbestminerale enthalten. Zum einen sind diese in Altbaustoffen oftmals enthalten. Zum anderen werden diese durch die mechanische Aktivierung grundlegend zerkleinert und indie Matrix eingebettet, sodass diese so sicher verarbeitet und damit nachhaltig entsorgt werden können. Insbesondere können die Asbestfasern nach der mechanischen Aktivierung elektronenmikroskopisch nicht mehr nachgewiesen werden. Daher eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch zur nachhaltigen Entsorgung von Asbest.Contain asbestos minerals. On the one hand, these are often contained in old building materials. On the other hand, they are fundamentally crushed by mechanical activation and embedded in the matrix, so that they can be processed safely and thus disposed of sustainably. In particular, the asbestos fibers can no longer be detected using an electron microscope after mechanical activation. The method according to the invention is therefore also suitable for the sustainable disposal of asbestos.

Die mechanische Aktivierung ist ein Effekt, welcher bei einem Mahlen mit sehr hohemMechanical activation is an effect that occurs when grinding at very high

Energieeintrag auftritt. Beim Mahlen kann man drei Phasen voneinander trennen. Die erste Phase zeichnet sich dadurch aus, dass die Partikelgröße mit zunehmender eingebrachter Mahlenergie kleiner wird. Dieses ist der normale Mahlbereich, in dem alle thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 5/15 üblichen Mahlprozesse ablaufen. Denn am Ende der ersten Phase erreicht man einEnergy input occurs. During grinding, three phases can be separated from one another. The first phase is characterized by the fact that the particle size becomes smaller with increasing grinding energy input. This is the normal grinding range in which all thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 5/15 usual grinding processes take place. Because at the end of the first phase, a

Plateau, bei dem zusätzlich eingebrachte Mahlenergie eben keine Veränderung derPlateau, where additional grinding energy does not change the

Partikelgröße mehr bewirkt. Daher wird diese Phase im Mahlbetrieb vermieden, da bei höheren Kosten kein zusätzlicher Gewinn erzielbar ist. Bringt man noch mehrThis phase is therefore avoided in the grinding process, as no additional profit can be achieved at higher costs. If you add even more

Mahlenergie ein, so gelangt man in eine dritte Phase, in der die PartikelgröRe sogar wieder zunimmt. Diese dritte Phase wird daher umso mehr vermieden, da diese für höhere Kosten ein schlechteres Ergebnis liefert. Es hat sich jedoch gezeigt, dass in dieser dritten Phase es zu einer Veränderung von chemischen Bindungen kommt, das Material selber wird also verändert. Insbesondere können so inerte Materialen, wie beispielsweiseIf you add more grinding energy, you enter a third phase in which the particle size increases again. This third phase is therefore avoided as it produces a poorer result at higher costs. However, it has been shown that in this third phase there is a change in chemical bonds, i.e. the material itself is changed. In particular, inert materials such as

SiO, verändert werden, sodass es nicht mehr nur ein sehr stabiles und regelmäßigesSiO, so that it is no longer just a very stable and regular

Kristallgitter ist, sondern über Fehlstellen und Defekte reaktive Zentren aufweist. Einer der Vorteile ist, dass diese Aktivierung (mehr oder weniger) bei Raumtemperatur erfolgt und nicht wie beispielsweise die thermische Aktivierung von Tonen bei 800 °C bis 1000°C. Bei den Tonen ergibt sich daraus der Vorteil, dass beispielsweise Eisen-Zentren nicht zu Eisen-Ill aufoxidiert werden, was bei der thermischen Aktivierung passiert, was aufgrund der Rotverfärbung ungewünscht ist. Daher ist die mechanische Aktivierung gerade für Tone derzeit in den Fokus gerückt.crystal lattice, but has reactive centers via defects and flaws. One of the advantages is that this activation takes place (more or less) at room temperature and not at 800°C to 1000°C like the thermal activation of clays, for example. In the case of clays, this has the advantage that iron centers, for example, are not oxidized to iron III, which happens with thermal activation, which is undesirable due to the red discoloration. Therefore, mechanical activation is currently the focus of attention, especially for clays.

Mechanische Aktivierung bedeutet also, dass ein Vermahlen in der dritten Phase erfolgt, also bei sehr hohem Energieeintrag.Mechanical activation means that grinding takes place in the third phase, i.e. with very high energy input.

Auch wenn dieses von den Tonen bekannte Problem der Rotverfärbung bei Altbeton nicht im Vordergrund steht und dadurch der Vorteil der Farboptimierung eben beim Altbeton nicht wesentlich ist, hat sich dennoch gerade die Kombination aus Carbonatisierung und mechanischer Aktivierung als besonders geeignet herausgestellt, um einen besonders guten Zementzusatzstoff zu erhalten. Ein besonders guter Zementzusatzstoff bedeutet, dass dieser in besonders hohen Anteil (bei gleicher Zementqualität bzw. gleichenEven if the problem of red discoloration, which is known from clays, is not the main problem in old concrete and the advantage of color optimization is therefore not significant in old concrete, the combination of carbonation and mechanical activation has proven to be particularly suitable for obtaining a particularly good cement additive. A particularly good cement additive means that it contains a particularly high proportion of (with the same cement quality or the same

Eigenschaften des damit erzeugten Betons) eingebracht werden kann und/oder dass andere Komponenten ersetzt werden können, beispielsweise und insbesondere Klinker.properties of the concrete produced with it) and/or that other components can be replaced, for example and in particular clinker.

Dadurch wird das Brennen von Klinker eingespart, was sowohl Kosten als auchThis saves the burning of clinker, which saves both costs and

Kohlendioxidemissionen vermeidet.avoids carbon dioxide emissions.

thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 6/15thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG August 31, 2023 LU103194 6/15

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die mechanische Aktivierung durchIn a further embodiment of the invention, the mechanical activation is achieved by

Mahlen mit einem Energieeintrag pro Tonne mineralischem Materials von wenigstens 300 kWh / t durchgeführt. Bevorzugt wird die mechanische Aktivierung durch Mahlen mit einem Energieeintrag pro Tonne mineralischem Materials von wenigstens 500 kWh / t durchgeführt.Grinding is carried out with an energy input per tonne of mineral material of at least 300 kWh/t. Preferably, mechanical activation is carried out by grinding with an energy input per tonne of mineral material of at least 500 kWh/t.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die mechanische Aktivierung durchIn a further embodiment of the invention, the mechanical activation is achieved by

Mahlen mit einem Energieeintrag pro Mühlenvolumen von wenigstens 100 kW / m3, bevorzugt von wenigstens 200 kW / m3, durchgeführt.Grinding is carried out with an energy input per mill volume of at least 100 kW / m3, preferably of at least 200 kW / m3.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das über das Verfahren hergestellte Material einen Aktivitätsindex nach 28 Tagen gemäß DIN EN 450-1 von mindestens 85 % auf.In a further embodiment of the invention, the material produced by the process has an activity index after 28 days according to DIN EN 450-1 of at least 85%.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die mechanische Aktivierung durchIn a further embodiment of the invention, the mechanical activation is achieved by

Mahlen in einer Feinstmühle durchgeführt. Die Feinstmühle ist ausgewählt aus derGrinding is carried out in a fine mill. The fine mill is selected from the

Gruppe umfassend Schwingmühle, Planetenkugelmühle und Rührwerkskugelmühle.Group comprising vibrating mill, planetary ball mill and agitator ball mill.

Besonders bevorzugt ist die Feinstmühle eine Rührwerkskugelmühle. Dieser Mühlentyp hat sich als besonders geeignet herausgestellt, um die notwendigen hohenThe most preferred type of mill is a stirred ball mill. This type of mill has proven to be particularly suitable for achieving the necessary high

Energieeintrâge bei gleichzeitiger Skalierbarkeit auf industrielle Maßstäbe zu realisieren.energy inputs while maintaining scalability to industrial scale.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Feinstmühle eineIn a further embodiment of the invention, the fine mill is a

Rührwerkskugelmühle. Die Feinstmühle wird mit einem Mahlkörper-Füllungsgrad von 50 Vol.-% bis 95 Vol.-%, bevorzugt von 60 Vol.-% bis 70 Vol.-%, gefüllt. DasAgitator ball mill. The fine mill is filled with a grinding media filling level of 50 vol.% to 95 vol.%, preferably 60 vol.% to 70 vol.%. The

Schüttvolumen der Mahlkörper wird auf das Mahlraumvolumen der Feinstmühle bezogen. Da bei einer einfachen Schüttung der Füllungsgrad um 64 % und bei einer dichtesten Kugelpackung nur um 74 % liegt, ergibt sich selbst bei einem theoretischenThe bulk volume of the grinding media is related to the grinding chamber volume of the fine mill. Since the filling level is around 64% for a simple bulk and only 74% for a densely packed ball, even with a theoretical

Mahlkérper-Fullungsgrad von 100% ein entsprechender Freiraum, welcher beispielsweise von dem zu aktivierenden mineralischen Material eingenommen werden kann. Da der Füllungsgrad einer Mahlkörperschüttung aber sehr von der Form undA grinding media filling level of 100% leaves a corresponding free space, which can be occupied by the mineral material to be activated, for example. Since the filling level of a grinding media bed depends very much on the shape and

Gleichförmigkeit der Mahlkörper abhängt, ist es praktisch einfacher, hier den Mahlkörper-Uniformity of the grinding media, it is practically easier to determine the grinding media

Füllungsgrad eben auf das Schüttvolumen und nicht auf das eigentliche (gefüllte)Filling level refers to the bulk volume and not to the actual (filled)

Volumen zu beziehen.volume to obtain.

thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 7/15thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG August 31, 2023 LU103194 7/15

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Rührwerkskugelmühle mit einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von 2,5 bis 5 ausgewählt.In a further embodiment of the invention, a stirred ball mill with a length-to-diameter ratio of 2.5 to 5 is selected.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden keramische Mahlkörper ausgewählt.In a further embodiment of the invention, ceramic grinding media are selected.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Mahlkörper mit einemIn a further embodiment of the invention, grinding media with a

Durchmesser von 1 mm bis 10 mm ausgewählt.Diameters from 1 mm to 10 mm selected.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Rührwerkskugelmühle mit einerIn a further embodiment of the invention, the agitator ball mill is provided with a

Umfangsgeschwindigkeit von 2 m/s bis 6 m/s, bevorzugt von 3 m/s bis 5 m/s, besonders bevorzugt von 3,5 m/s bis 4,5 m/s, betrieben.Circumferential speed of 2 m/s to 6 m/s, preferably from 3 m/s to 5 m/s, particularly preferably from 3.5 m/s to 4.5 m/s.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Rührwerkskugelmühle mit einem Gasvolumenstrom und einem Materialstrom betrieben. Das Verhältnis vonIn a further embodiment of the invention, the agitator ball mill is operated with a gas volume flow and a material flow. The ratio of

Gasvolumenstrom zu Materialstrom wird derart eingestellt, dass das Verhältnis vonGas volume flow to material flow is adjusted so that the ratio of

Gasvolumenstrom zu Materialstrom zwischen 0,0001 m3/kg und 5 m3/kg, vorzugsweise zwischen 0,1 m°/kg und 2 m°/kg liegt.Gas volume flow to material flow is between 0.0001 m3/kg and 5 m3/kg, preferably between 0.1 m3/kg and 2 m3/kg.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Mahlen in einem Kreislauf.In a further embodiment of the invention, the grinding takes place in a cycle.

Das heißt, dass das aus der Mühle kommende gemahlene Gut zurück in den Einlass derThis means that the ground material coming out of the mill is returned to the inlet of the

Mühle geführt wird. Im Kreislauf erfolgt eine grôBenselektive Trennung, beispielsweise mit einem Sichter. Die Grobfraktion der größenselektiven Trennung wird im Kreislauf zurückgeführt und die Feinfraktion der grélenselektiven Trennung wird aus demMill. A size-selective separation takes place in the circuit, for example with a sifter. The coarse fraction of the size-selective separation is returned in the circuit and the fine fraction of the size-selective separation is removed from the

Kreislauf ausgeschleust.cycle.

In vorteilhafter Weise kann die Carbonatisierung mit einem Verfahren zurAdvantageously, the carbonation can be carried out using a process for

Carbonatisierung erfolgen, wie beispielhaft aus der nachveréffentlichenCarbonation, as exemplified by the post-published

DE 10 2022 132 073 oder der nachverdéffentlichten DE 10 2023 113 943 bekannt.DE 10 2022 132 073 or the subsequently published DE 10 2023 113 943.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Carbonatisierung in einem mechanischen Wirbelbettreaktor durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass es gerade in thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 8/15 einem mechanischen Wirbelbettreaktor zu einer sehr vorteilhaften Veränderung des fein gemahlenen mineralischen Rohstoffs kommt. Durch die vergleichsweise einheitlicheIn a further embodiment of the invention, the carbonation is carried out in a mechanical fluidized bed reactor. It has been shown that a very advantageous change in the finely ground mineral raw material occurs in a mechanical fluidized bed reactor. Due to the comparatively uniform

Größenverteilung der agglomerierten Partikel wird sowohl das Anhaften in einerSize distribution of the agglomerated particles will ensure both adhesion in a

Wärmebehandlungsvorrichtung als auch das ungewollte Übergehen des Produktes in dieheat treatment device as well as the unwanted transfer of the product into the

Gasphase verhindert. Letzteres führt dazu, dass das Produkt aus dem Abgasstrom herausgefiltert werden muss und so praktisch im Kreis geführt wird, was eine Belastung für den Gesamtprozess darstellt.gas phase. The latter means that the product has to be filtered out of the exhaust gas stream and is thus practically circulated, which puts a strain on the overall process.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der mechanischeIn a further embodiment of the invention, the mechanical

Wirbelbettreaktor einen im Wesentlichen horizontal angeordneten Behälter auf. Entlang der Längsachse des Behälters ist mittig eine Welle angeordnet, wobei radial an der WelleFluidized bed reactor has a substantially horizontally arranged vessel. A shaft is arranged centrally along the longitudinal axis of the vessel, with radially

Mischwerkzeuge angeordnet sind. Diese Mischwerkzeuge können im einfachsten Fall stabförmig und senkrecht auf der Welle angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind dieMixing tools are arranged. In the simplest case, these mixing tools can be rod-shaped and arranged vertically on the shaft. Particularly preferred are the

Mischwerkzeuge Pflugschar-förmig ausgebildet. Beispiele für Pflugschar-förmigeMixing tools are designed in the shape of a ploughshare. Examples of ploughshare-shaped

Mischwerkzeuge können zum Beispiel der DE 27 29 477 C2 oder der DE 197 06 364 C2 entnommen werden. Im Wesentlichen horizontal ist im Sinne der Erfindung gemäß derMixing tools can be found, for example, in DE 27 29 477 C2 or DE 197 06 364 C2. Essentially horizontal in the sense of the invention according to the

EP 0 500 561 B1 zu verstehen.EP 0 500 561 B1 is to be understood.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Carbonatisierung in einemIn a further embodiment of the invention, the carbonation is carried out in a

Pflugscharmischer, einem Doppelwellenchargenmischer oder einem Flugstromreaktor durchgeführt.plowshare mixer, a twin-shaft batch mixer or an entrained flow reactor.

Bezüglich der Ausführung als Flugstromreaktor sein auf die DE 10 2022 132 073 verwiesen.Regarding the design as an entrained flow reactor, reference is made to DE 10 2022 132 073.

Für die Kombination aus Carbonatisierung und mechanischer Aktivierung gibt es drei prinzipielle Konzepte, die jeweils ihre Vorteile aufweisen. Dieses sind: 1) erstThere are three basic concepts for the combination of carbonation and mechanical activation, each with its own advantages. These are: 1) first

Carbonatisierung, dann mechanische Aktivierung; 2) erst mechanische Aktivierung, dannCarbonation, then mechanical activation; 2) first mechanical activation, then

Carbonatisierung; 3) gemeinsame mechanische Aktivierung und Carbonatisierung. Auf diese soll im Folgenden eingegangen werden.Carbonation; 3) joint mechanical activation and carbonation. These will be discussed below.

In einer ersten weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Carbonatisierung in einem separaten Schritt vor der mechanischen Aktivierung durchgeführt.In a first further embodiment of the invention, the carbonation is carried out in a separate step before the mechanical activation.

thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 9/15thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG August 31, 2023 LU103194 9/15

Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass zwischen der Carbonatisierung und der mechanischen Aktivierung ein Trocknungsschritt durchgeführt werden kann. DieThe advantage of this embodiment is that a drying step can be carried out between the carbonation and the mechanical activation.

Carbonatisierung benötigt einen Wassergehalt, beispielsweise 10 bis 20 Gew.-%, damit die Umsetzung zuverlässig und schnell erfolgt. Für die Aktivität des Produktes ist es jedoch vorteilhaft, wenn möglichst wenig Wasser nach der mechanischen Aktivierung vorhanden ist, um ein vorzeitiges Abbinden und damit ein Aktivitätsverlust verhindert werden kann. Gegebenenfalls kann nach der Carbonatisierung ein Desagglomerator mitCarbonation requires a water content, for example 10 to 20 wt.%, so that the reaction takes place reliably and quickly. However, for the activity of the product it is advantageous if as little water as possible is present after mechanical activation in order to prevent premature setting and thus a loss of activity. If necessary, a deagglomerator with

Steigrohrtrockner angeordnet sein, sodass das zuvor für die Carbonatisierung benötigteRiser dryer can be arranged so that the previously required for carbonation

Wasser ausgetragen und durch das Wasser möglicherweise erzeugt Verklumpungen wieder gelöst werden.Water is removed and any clumps that may have been created by the water are dissolved again.

In einer zweiten weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Carbonatisierung in einem separaten Schritt nach der mechanischen Aktivierung durchgeführt.In a second further embodiment of the invention, the carbonation is carried out in a separate step after the mechanical activation.

Vorteil dieser Ausführungsform ist das besonders feine Material, welches für dieThe advantage of this design is the particularly fine material which is used for the

Carbonatisierung verwendet wird. Durch die bereits erhöhte Oberfläche, die optimierteCarbonation is used. Due to the already increased surface, the optimized

Zugänglichkeit von Poren sowie die erhöhte Reaktivität durch die mechanischeAccessibility of pores and the increased reactivity due to the mechanical

Aktivierung kann die Carbonatisierung einfacher und effizienter erfolgen. Die Oberfläche ist optimal vorbereitet und reaktiv, sodass die Kontaktezeit / Verweilzeit minimiert und dennoch ein sehr hoher bis höherer Carbonatisierungsgrad erreichbar ist.Activation allows carbonation to be carried out more easily and efficiently. The surface is optimally prepared and reactive, so that the contact time / residence time is minimized and yet a very high to higher degree of carbonation can be achieved.

In einer Weiterbildung der ersten und zweiten weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Carbonatisierung in einem mechanischen Wirbelbettreaktor durchgeführt. DerIn a further development of the first and second further embodiment of the invention, the carbonation is carried out in a mechanical fluidized bed reactor. The

Mechanische Wirbelbettreaktor wird mit einer Werkzeug-Froude-Zahl von 3 bis 10 ausgewählt. Hierdurch wird eine gute Durchmischung und Fluidisierung des Wirbelbetts erreicht, was wiederum einen sehr guten Austausch zwischen der Kohlendioxid-haltigenMechanical fluidized bed reactor is selected with a tool Froude number of 3 to 10. This achieves good mixing and fluidization of the fluidized bed, which in turn ensures a very good exchange between the carbon dioxide-containing

Gasphase und dem Feststoff ermöglicht.gas phase and the solid.

In einer dritten weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Carbonatisierung und die mechanische Aktivierung in einem gemeinsamen Schritt durchgeführt. Dazu erfolgt das Mahlen, welches die mechanische Aktivierung bewirkt, in einer Kohlendioxid-reichenIn a third further embodiment of the invention, the carbonation and the mechanical activation are carried out in a joint step. For this purpose, the grinding, which causes the mechanical activation, takes place in a carbon dioxide-rich

Atmosphäre. Vorteil ist, dass nur eine Vorrichtung benötigt wird und damit Platzbedarf thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 10/15 und Zeitbedarf reduziert wird. Nachteilig ist, dass das Material feucht vermahlen wird, was wiederum mehr Masse in der Mühle bedeutet und den Energieeintrag damit erhöht.atmosphere. The advantage is that only one device is needed, which reduces the space required and the time required. The disadvantage is that the material is ground wet, which in turn means more mass in the mill and thus increases the energy input.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das aktivierte mineralische Material zur Ermittlung der Aktivierung untersucht. Zur Untersuchung werden ein Verfahren oder mehrere Verfahren ausgewählt aus der Gruppe umfassend IR-Spektroskopie, RAMAN-In a further embodiment of the invention, the activated mineral material is examined to determine the activation. For the examination, one or more methods are selected from the group comprising IR spectroscopy, RAMAN

Spektroskopie, Röntgenbeugungsanalyse, Warmeflusskalorimetrie, Thermogravimetrie,Spectroscopy, X-ray diffraction analysis, heat flow calorimetry, thermogravimetry,

Rasterelektronenmikroskopie, Partikelgrößen- und/oder Partikelformanalyse, NMR-Scanning electron microscopy, particle size and/or particle shape analysis, NMR

Spektroskopie. Abhängig von dem Ergebnis können beispielswiese die in der Mühle eingebrachte Energie oder der Durchsatz durch die Mühle angepasst werden.Spectroscopy. Depending on the result, the energy introduced into the mill or the throughput through the mill can be adjusted.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei der Carbonatisierung das mineralische Material auf eine Feuchte von 5 bis 25 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 15 Gew.- %, befeuchtet. Hierbei kann auch während der Carbonatisierung eineIn a further embodiment of the invention, during carbonation the mineral material is moistened to a moisture content of 5 to 25 wt. %, preferably 10 to 15 wt. %, in which case a

Feuchtigkeitsmessung und/oder eine Nachbefeuchtung vorgesehen sein, um einHumidity measurement and/or re-humidification should be provided to ensure

Austrocknen und damit eine nicht ausreichende Carbonatisierung zu verhindern, gleichzeitig aber auch den Feuchtegehalt so gering wie möglich halten zu können. Da das Produkt am Ende trocken gelagert werden muss, muss jedes eingebrachte Wasser letztendlich auch während des Prozesses wieder entfernt werden, was Aufwand undTo prevent drying out and thus insufficient carbonation, but at the same time to keep the moisture content as low as possible. Since the product must be stored dry at the end, any water introduced must ultimately be removed again during the process, which requires effort and

Energie kostet.Energy costs.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Carbonatisierung und mechanischen Aktivierung von mineralischem Material wie Altbeton, Altzementstein und dergleichen. Die Vorrichtung dient bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßenIn a further aspect, the invention relates to a device for carbonation and mechanical activation of mineral material such as old concrete, old cement brick and the like. The device is preferably used to carry out the inventive

Verfahrens. Mit der Vorrichtung ist es möglich, aus Altbeton und dergleichen einen höherwertigen Zementzusatzstoff zu erzeugen, als mit den herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren möglich ist. Die Vorrichtung weist eine Hochenergiemühle zur mechanischen Aktivierung auf. Das bedeutet, dass mit der Vorrichtung eben nicht nur eine Carbonatisierung oder eine mechanische Aktivierung erfolgt, sondern dass dieProcess. The device makes it possible to produce a higher quality cement additive from old concrete and the like than is possible with conventional devices and processes. The device has a high-energy mill for mechanical activation. This means that the device not only carbonates or activates mechanically, but also

Vorrichtung eben ein neuartiges Produkt erzeugt, welches sowohl carbonatisiert als auch mechanisch aktiviert ist.device produces a novel product which is both carbonated and mechanically activated.

thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 11/15thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 08/31/2023 LU103194 11/15

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Hochenergiemühle eineIn a further embodiment of the invention, the high-energy mill is a

Rührwerkskugelmühle.agitator ball mill.

Für die Kombination aus Carbonatisierung und mechanischer Aktivierung gibt es drei prinzipielle Konzepte, die Jeweils ihre Vorteile aufweisen. Dieses sind: 1) erstThere are three basic concepts for the combination of carbonation and mechanical activation, each with its own advantages. These are: 1) first

Carbonatisierung, dann mechanische Aktivierung; 2) erst mechanische Aktivierung, dannCarbonation, then mechanical activation; 2) first mechanical activation, then

Carbonatisierung; 3) gemeinsame mechanische Aktivierung und Carbonatisierung. Auf diese soll im Folgenden eingegangen werden.Carbonation; 3) joint mechanical activation and carbonation. These will be discussed below.

In einer ersten weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vor der Hochenergiemühle eine Carbonatisierungsvorrichtung angeordnet. Bevorzugt ist zwischen derIn a first further embodiment of the invention, a carbonation device is arranged in front of the high-energy mill. Preferably, between the

Carbonatisierungsvorrichtung und der Hochenergiemühle eine Trocknungsvorrichtung angeordnet. Die Trocknungsvorrichtung ist beispielsweise ein Steigrohrtrockner, bevorzugt ausgestattet mit einem Desagglomerator. Dadurch kann die für dieA drying device is arranged between the carbonation device and the high-energy mill. The drying device is, for example, a riser dryer, preferably equipped with a deagglomerator. This allows the

Carbonatisierung benötigte Feuchtigkeit in einfacher Weise entfernt werden. Der optionale Desagglomerator, zum Beispiel eine Schlägermühle, kann durch dieThe moisture required for carbonation can be easily removed. The optional deagglomerator, for example a beater mill, can be

Feuchtigkeit gebildete Verklumpungen in effizienter Weise wieder aufbrechen, was die anschließende Vermahlung vereinfacht.Clumps formed by moisture can be broken up efficiently, which simplifies subsequent grinding.

In einer zweiten weiteren Ausführungsform der Erfindung ist nach der Hochenergiemühle eine Carbonatisierungsvorrichtung angeordnet. Der Vorteil ist, dass die durch die mechanische Aktivierung erfolgte Materialoptimierung die Carbonatisierung viel schneller, effizienter und vollständiger ablaufen lässt.In a second further embodiment of the invention, a carbonation device is arranged after the high-energy mill. The advantage is that the material optimization achieved through mechanical activation allows the carbonation to proceed much faster, more efficiently and more completely.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Hochenergiemühle und der Carbonatisierungsvorrichtung ein Zwischenspeicher angeordnet. DieseIn a further embodiment of the invention, an intermediate storage facility is arranged between the high-energy mill and the carbonation device. This

Ausführungsform ist besonders bevorzugt, wenn die Hochenergiemühle und/oder dieEmbodiment is particularly preferred if the high-energy mill and/or the

Carbonatisierungsvorrichtung diskontinuierlich, also im Batch-Betrieb, arbeiten.Carbonation device operates discontinuously, i.e. in batch mode.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der ersten oder zweitenIn a further embodiment of the invention the first or second

Ausführungsform ist die Carbonatisierungsvorrichtung ein Pflugscharmischer, einIn one embodiment, the carbonation device is a ploughshare mixer, a

Doppelwellenchargenmischer oder ein Flugstromreaktor.Twin-shaft batch mixer or an entrained flow reactor.

thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 12/15thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG August 31, 2023 LU103194 12/15

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der mechanischeIn a further embodiment of the invention, the mechanical

Wirbelbettreaktor in Form des Pflugscharmischers einen im Wesentlichen horizontal angeordneten Behälter auf. Entlang der Längsachse des Behälters ist mittig eine Welle angeordnet, wobei radial an der Welle Mischwerkzeuge angeordnet sind. DieseFluidized bed reactor in the form of a plowshare mixer has a container arranged essentially horizontally. A shaft is arranged centrally along the longitudinal axis of the container, with mixing tools arranged radially on the shaft. These

Mischwerkzeuge können im einfachsten Fall stabförmig und senkrecht auf der Welle angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind die Mischwerkzeuge Pflugschar-förmig ausgebildet. Beispiele für Pflugschar-förmige Mischwerkzeuge können zum Beispiel derIn the simplest case, mixing tools can be rod-shaped and arranged vertically on the shaft. The mixing tools are particularly preferably designed in the shape of a ploughshare. Examples of ploughshare-shaped mixing tools can be, for example, the

DE 27 29 477 C2 oder der DE 197 06 364 C2 entnommen werden. Im Wesentlichen horizontal ist im Sinne der Erfindung gemäß der EP 0 500 561 B1 zu verstehen.DE 27 29 477 C2 or DE 197 06 364 C2. Essentially horizontal in the sense of the invention is to be understood according to EP 0 500 561 B1.

Bezüglich der Ausführung als Flugstromreaktor sei auf die DE 10 2022 132 073 verwiesen.Regarding the design as an entrained flow reactor, reference is made to DE 10 2022 132 073.

In einer dritten weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Hochenergiemühle eineIn a third further embodiment of the invention, the high-energy mill has a

Zuführung fur kohlendioxidhaltiges Gas auf. Das kohlendioxidhaltige Gas wird also direkt in der Hochenergiemuhle aufgegeben.Feed for carbon dioxide-containing gas. The carbon dioxide-containing gas is fed directly into the high-energy mill.

Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The device according to the invention is explained in more detail below with reference to embodiments shown in the drawings.

Fig. 1 erstes AusführungsbeispielFig. 1 first embodiment

Fig. 2 zweites AusführungsbeispielFig. 2 second embodiment

Fig. 3 drittes AusführungsbeispielFig. 3 third embodiment

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem zunächst eineIn Fig. 1 a first embodiment is shown, in which first a

Carbonatisierung und anschließend eine mechanische Aktivierung erfolgt. DerCarbonation and subsequent mechanical activation. The

Altzementstein liegt in einem ersten Speicher 40. Von dort wird dieser in eineOld cement brick is stored in a first storage facility 40. From there it is transferred to a

Carbonatisierungsvorrichtung 20, insbesondere einen Pflugscharmischer, eingebracht.Carbonation device 20, in particular a plowshare mixer, is introduced.

Über einen Wassereinlass 21 wird Wasser zugeführt, sodass eine Feuchte von beispielsweise 20 Gew.-% eingestellt wird. Zusätzlich wird über den CO--Einlass ein kohlendioxidhaltiges Gas zugeführt, welches beispielsweise ein Abgas eines anderenWater is supplied via a water inlet 21 so that a humidity of, for example, 20 wt.% is set. In addition, a carbon dioxide-containing gas is supplied via the CO- inlet, which may be, for example, an exhaust gas from another

Prozesses sein kann. Im Inneren des Pflugscharmischers wird eine mechanischeprocess. Inside the ploughshare mixer, a mechanical

Wirbelschicht erzeugt, der Feststoff also nicht durch einen Gasstrom, sondern durch die thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 13/15Fluidized bed is generated, so the solid is not transported by a gas stream, but by the thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 13/15

Mischwerkzeuge verwirbelt. Hierdurch sind eine gute Durchmischung und somit ein guterThis ensures good mixing and therefore a good

Kontakt zwischen dem befeuchteten Altzementstein und dem CO, gegeben. Das carbonatisierte Produkt wird einer Trocknungsvorrichtung 30 zugeführt, während dasContact between the moistened old cement brick and the CO is given. The carbonated product is fed to a drying device 30, while the

CO--abgereicherte Gas über den Restgasauslass 23 abgegeben wird.CO--depleted gas is released via the residual gas outlet 23.

Die Trocknungsvorrichtung 30 weist unten einen Desagglomerator, einenThe drying device 30 has a deagglomerator at the bottom, a

Steigrohrtrockner und einen Abscheidezyklon auf. Unten wird über den Heißgaseinlass warme Luft zugeführt, die hinter dem Abscheidezyklon durch den Feuchtgasauslass 32 als befeuchtetes Gas wieder abgegeben wird.Riser dryer and a separation cyclone. Warm air is supplied at the bottom via the hot gas inlet, which is released again behind the separation cyclone as humidified gas through the moist gas outlet 32.

Hinter der Trocknungsvorrichtung 30 ist ein weiterer Speicher 40 angeordnet. Aus demBehind the drying device 30, another storage unit 40 is arranged.

Speicher 40 gelangt das carbonatisierte Material in eine Hochenergiemühle 10, beispielsweise eine Rührwerkskugelmühle. Die Rührwerkskugelmühle wird mit einemThe carbonated material is fed from the storage tank 40 into a high-energy mill 10, for example a stirred ball mill. The stirred ball mill is equipped with a

Mahlkörper-Füllungsgrad von 65 % betrieben, wobei als Mahlkörper Stahl-Kugeln mit einem Durchmesser von 4mm verwendet werden. Der Energieeintrag beträgt 350 kW / m3. Die Rührwerkskugelmühle hat ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von 4 und wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 4 m/s betrieben. Das Verhältnis vonGrinding media filling level of 65%, whereby steel balls with a diameter of 4mm are used as grinding media. The energy input is 350 kW / m3. The agitator ball mill has a length-to-diameter ratio of 4 and is operated with a peripheral speed of 4 m/s. The ratio of

Gasvolumenstrom zu Materialstrom beträgt 0,01 m3/kg. Das so aktivierte carbonatisierteGas volume flow to material flow is 0.01 m3/kg. The activated carbonated

Produkt verlässt die Hochenergiemühle 10 über den Produktauslass.Product leaves the high energy mill 10 via the product outlet.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem zunächst eine mechanischeIn Fig. 2 a second embodiment is shown, in which first a mechanical

Aktivierung und anschließend eine Carbonatisierung erfolgen. Aus einem Speicher 40 wird Altzementstein einer Hochenergiemühle 10 zugeführt, beispielsweise einerActivation and subsequent carbonation. Used cement stone is fed from a storage facility 40 to a high-energy mill 10, for example a

Rührwerkskugelmühle. Die Rührwerkskugelmühle wird mit einem Mahlkérper-Agitator ball mill. The agitator ball mill is equipped with a grinding

Füllungsgrad von 65% betrieben, wobei als Mahlkörper Stahl-Kugeln mit einemThe mill is operated at a filling level of 65%, with steel balls with a

Durchmesser von 4 mm verwendet werden. Der Energieeintrag beträgt 350 kW / m3. DieDiameter of 4 mm can be used. The energy input is 350 kW / m3. The

Rührwerkskugelmühle hat ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von 4 und wird mit einerAgitator ball mill has a length-to-diameter ratio of 4 and is supplied with a

Umfangsgeschwindigkeit von 4 m/s betrieben. Das Verhältnis von Gasvolumenstrom zuCircumferential speed of 4 m/s. The ratio of gas volume flow to

Materialstrom beträgt 0,01 m°/kg. Das mechanisch aktivierte Material wird in einen weiteren Speicher 40 überführt.Material flow is 0.01 m°/kg. The mechanically activated material is transferred to another storage unit 40.

Aus dem weiteren Speicher 40 wird das aktivierte Material in eineFrom the further storage 40, the activated material is transferred into a

Carbonatisierungsvorrichtung 20, insbesondere einen Pflugscharmischer, eingebracht.Carbonation device 20, in particular a plowshare mixer, is introduced.

thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 14/15thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG August 31, 2023 LU103194 14/15

Über einen Wassereinlass 21 wird Wasser zugeführt, sodass eine Feuchte von beispielsweise 20 Gew.-% eingestellt wird. Zusätzlich wird über den CO»-Einlass ein kohlendioxidhaltiges Gas zugeführt, welches beispielsweise ein Abgas eines anderenWater is supplied via a water inlet 21 so that a humidity of, for example, 20 wt.% is set. In addition, a carbon dioxide-containing gas is supplied via the CO» inlet, which may be, for example, an exhaust gas from another

Prozesses sein kann. Im Inneren des Pflugscharmischers wird eine mechanischeprocess. Inside the ploughshare mixer, a mechanical

Wirbelschicht erzeugt, der Feststoff also nicht durch einen Gasstrom, sondern durch dieFluidized bed is created, so the solid is not moved by a gas stream, but by the

Mischwerkzeuge verwirbelt. Hierdurch sind eine gute Durchmischung und somit ein guterThis ensures good mixing and therefore a good

Kontakt zwischen dem befeuchteten Altzementstein und dem CO, gegeben. Das carbonatisierte Produkt wird über den Produktauslass 11 entnommen.Contact between the moistened old cement brick and the CO occurs. The carbonated product is removed via the product outlet 11.

In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem gleichzeitig eineIn Fig. 3 a third embodiment is shown, in which at the same time a

Carbonatisierung und eine mechanische Aktivierung erfolgen. Aus einem Speicher 40 wird Altzementstein einer Hochenergiemühle 10 zugeführt, beispielsweise einerCarbonation and mechanical activation take place. Used cement stone is fed from a storage facility 40 to a high-energy mill 10, for example a

Rührwerkskugelmühle. Die Rührwerkskugelmühle wird mit einem Mahlkérper-Agitator ball mill. The agitator ball mill is equipped with a grinding

Füllungsgrad von 65 % betrieben, wobei als Mahlkörper Stahl-Kugeln mit einemThe mill is operated at a filling level of 65%, with steel balls with a

Durchmesser von 4 mm verwendet werden. Der Energieeintrag beträgt 350 kW / m3. DieDiameter of 4 mm can be used. The energy input is 350 kW / m3. The

Rührwerkskugelmühle hat ein Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von 4 und wird mit einerAgitator ball mill has a length-to-diameter ratio of 4 and is supplied with a

Umfangsgeschwindigkeit von 4 m/s betrieben. Das Verhältnis von Gasvolumenstrom zuCircumferential speed of 4 m/s. The ratio of gas volume flow to

Materialstrom beträgt 0,01 m3/kg. Der über den CO--Einlass 22 zugeführte Gasstrom istMaterial flow is 0.01 m3/kg. The gas flow supplied via the CO- inlet 22 is

COz-haltig, beispielswiese ein Abgas. Über den Wassereinlass 22 wird Wasser zugeführt, um eine Feuchte von 20 Gew.-% einzustellen. Das von CO, abgereicherte Restgas wird über den Restgasauslass abgegeben, und das fertige mechanisch aktivierte und carbonatisierte Produkt wird über den Produktauslass 11 entnommen.CO2-containing, for example an exhaust gas. Water is supplied via the water inlet 22 in order to set a humidity of 20% by weight. The residual gas depleted of CO2 is discharged via the residual gas outlet, and the finished mechanically activated and carbonated product is removed via the product outlet 11.

Bezugszeichen 10 Hochenergiemühle 11 Produktauslass 20 Carbonatisierungsvorrichtung 21 Wassereinlass 22 CO--Einlass 23 Restgasauslass 30 Trocknungsvorrichtung 31 HeiBgaseinlass 32 Feuchtgasauslass thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 15/15Reference numerals 10 High-energy mill 11 Product outlet 20 Carbonation device 21 Water inlet 22 CO--inlet 23 Residual gas outlet 30 Drying device 31 Hot gas inlet 32 Wet gas outlet thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 15/15

Speichermemory

Claims (20)

thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 1/3 Patentansprüchethyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 1/3 Patent claims 1. Verfahren zur Carbonatisierung von mineralischem Material wie Altbeton, Altzementstein und dergleichen, wobei das mineralische Material carbonatisiert und mechanisch aktiviert wird.1. Process for carbonating mineral material such as old concrete, old cement brick and the like, wherein the mineral material is carbonated and mechanically activated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Aktivierung durch Mahlen mit einem Energieeintrag pro Mühlenvolumen von wenigstens 100 kW / m3, bevorzugt von wenigstens 200 kW / m3, durchgeführt wird.2. Process according to claim 1, characterized in that the mechanical activation is carried out by grinding with an energy input per mill volume of at least 100 kW/m3, preferably of at least 200 kW/m3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Aktivierung durch Mahlen in einer Feinstmühle durchgeführt wird, wobei die Feinstmühle ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Schwingmuhle, Planetenkugelmühle und Rührwerkskugelmühle.3. The method according to claim 2, characterized in that the mechanical activation is carried out by grinding in a micromill, wherein the micromill is selected from the group comprising vibrating mill, planetary ball mill and agitator ball mill. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstmühle eine Rührwerkskugelmühle ist, wobei die Feinstmühle mit einem Mahlkôrper- Füllungsgrad von 50 Vol.-% bis 95 Vol.-%, bevorzugt von 60 Vol.-% bis 70 Vol.-%, gefüllt wird, wobei das Schüttvolumen der Mahlkôrper auf das Mahlraumvolumen der Feinstmühle bezogen wird.4. Process according to claim 3, characterized in that the micromill is a stirred ball mill, the micromill being filled with a grinding body filling level of 50 vol.% to 95 vol.%, preferably 60 vol.% to 70 vol.%, the bulk volume of the grinding bodies being related to the grinding chamber volume of the micromill. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstmühle eine Rührwerkskugelmühle ist, wobei die Feinstmühle mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 2 m/s bis 6 m/s, bevorzugt von 3 m/s bis 5 m/s, besonders bevorzugt von 3,5 m/s bis 4,5 m/s, betrieben wird.5. Method according to one of claims 3 to 4, characterized in that the fine mill is a stirred ball mill, wherein the fine mill is operated at a peripheral speed of 2 m/s to 6 m/s, preferably from 3 m/s to 5 m/s, particularly preferably from 3.5 m/s to 4.5 m/s. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlen in einem Kreislauf erfolgt, wobei im Kreislauf eine grôBenselektive Trennung erfolgt, wobei die Grobfraktion der gréRenselektiven Trennung im Kreislauf zurückgeführt wird und die Feinfraktion der grôBenselektiven Trennung aus dem Kreislauf ausgeschleust wird.6. Process according to one of claims 2 to 5, characterized in that the grinding takes place in a circuit, wherein a size-selective separation takes place in the circuit, wherein the coarse fraction of the size-selective separation is returned in the circuit and the fine fraction of the size-selective separation is discharged from the circuit. thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 2/3thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG August 31, 2023 LU103194 2/3 7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonatisierung in einem Pflugscharmischer, einem Doppelwellenchargenmischer oder einem Flugstromreaktor durchgeführt wird.7. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the carbonation is carried out in a plowshare mixer, a twin-shaft batch mixer or an entrained flow reactor. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonatisierung in einem separaten Schritt vor der mechanischen Aktivierung durchgeführt wird.8. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the carbonation is carried out in a separate step before the mechanical activation. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonatisierung in einem separaten Schritt nach der mechanischen Aktivierung durchgeführt wird.9. Process according to one of claims 1 to 7, characterized in that the carbonation is carried out in a separate step after the mechanical activation. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonatisierung in einem mechanischen Wirbelbettreaktor durchgeführt wird, wobei der mechanische Wirbelbettreaktor mit einer Werkzeug-Froude-Zahl von 3 bis 10 ausgewählt wird.10. Process according to claim 9, characterized in that the carbonation is carried out in a mechanical fluidized bed reactor, wherein the mechanical fluidized bed reactor is selected with a Werkzeug-Froude number of 3 to 10. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonatisierung und die mechanische Aktivierung in einem gemeinsamen Schritt durchgeführt werden.11. Process according to one of claims 1 to 7, characterized in that the carbonation and the mechanical activation are carried out in a common step. 12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aktivierte mineralische Material zur Ermittlung der Aktivierung untersucht wird, wobei zur Untersuchung ein Verfahren oder mehrere Verfahren ausgewählt werden aus der Gruppe umfassend IR-Spektroskopie, RAMAN-Spektroskopie, Röntgenbeugungsanalyse, Warmeflusskalorimetrie, Thermogravimetrie, Rasterelektronenmikroskopie, PartikelgrôBen- und/oder Partikelformanalyse, NMR-Spektroskopie.12. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the activated mineral material is examined to determine the activation, wherein one method or several methods are selected for the examination from the group comprising IR spectroscopy, RAMAN spectroscopy, X-ray diffraction analysis, heat flow calorimetry, thermogravimetry, scanning electron microscopy, particle size and/or particle shape analysis, NMR spectroscopy. 13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Carbonatisierung das mineralische Material auf eine Feuchte von 5 bis 25 Gew.-% befeuchtet wird.13. Process according to one of the preceding claims, characterized in that during carbonation the mineral material is moistened to a moisture content of 5 to 25 wt.%. thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG 31.08.2023 LU103194 3/3thyssenkrupp Polysius GmbH 230267P00LU thyssenkrupp AG August 31, 2023 LU103194 3/3 14. Vorrichtung zur Carbonatisierung und mechanischen Aktivierung von mineralischem Material wie Altbeton, Altzementstein und dergleichen, wobei die Vorrichtung eine Hochenergiemühle (10) zur mechanischen Aktivierung aufweist.14. Device for carbonation and mechanical activation of mineral material such as old concrete, old cement brick and the like, wherein the device has a high-energy mill (10) for mechanical activation. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochenergiemühle (10) eine Rührwerkskugelmühle ist.15. Device according to claim 14, characterized in that the high-energy mill (10) is an agitator ball mill. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Hochenergiemühle (10) eine Carbonatisierungsvorrichtung (20) angeordnet ist.16. Device according to one of claims 14 to 15, characterized in that a carbonation device (20) is arranged in front of the high-energy mill (10). 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Carbonatisierungsvorrichtung (20) und der Hochenergiemühle (10) eine Trocknungsvorrichtung (30) angeordnet ist.17. Device according to claim 16, characterized in that a drying device (30) is arranged between the carbonation device (20) and the high-energy mill (10). 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Hochenergiemühle (10) eine Carbonatisierungsvorrichtung (20) angeordnet ist.18. Device according to one of claims 14 to 15, characterized in that a carbonation device (20) is arranged after the high-energy mill (10). 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonatisierungsvorrichtung (20) ein Pflugscharmischer, ein Doppelwellenchargenmischer oder ein Flugstromreaktor ist.19. Device according to one of claims 16 to 17 or 18, characterized in that the carbonation device (20) is a plowshare mixer, a twin-shaft batch mixer or an entrained flow reactor. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochenergiemühle (10) eine Zuführung für kohlendioxidhaltiges Gas aufweist.20. Device according to one of claims 14 to 15, characterized in that the high-energy mill (10) has a supply for carbon dioxide-containing gas.
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