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Analyse und Strategien zum Verringern von Anbackungen bei der Lagerung von Mehrstoffsystemen insbesondere Glasgemenge im Rohstoffsilo

Seit Mai 2013 wird am Institut für Keramik, Glas und Baustofftechnik (IKGB) der TU Bergakademie Freiberg Lehrstuhl für Glas- und Emailtechnik und am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik (MVT/AT) der TU Bergakademie Freiberg das IGF-Forschungsvorhaben mit dem Thema „Analyse und Strategien zum Verringern von Anbackungen bei der Lagerung von Mehrstoffsystemen insbesondere Glasgemenge im Rohstoffsilo" (IGF/AiF-FV 479 ZBR) bearbeitet.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung alternativer prozesstechnischer Konzepte für die dauerhafte Vermeidung von Anbackungen. Mit einem Modellbehälterglasgemenge aus Quarzsand, Soda, Kalkstein, Dolomit und Feldspat wurden umfangreiche Scherversuche und Zeitverfestigungsmessungen (20 °C, 50 % Luftfeuchte) zur Ermittlung der Fließeigenschaften durchgeführt. Dabei wurde eine Variation der Parameter Lagerdauer (bis zu 24 h) und Gemengefeuchte (0…8 %) untersucht. Im Fokus weiterer Messungen stand das Mischprozedere der Komponenten, wobei insbesondere der Einfluss der Mischdauer, des sukzessiven Mischens, der Vorwärmung der Rohstoffe sowie die Zeit zwischen Mischen und Lagern der Rohstoffe geprüft wurden. Ergänzend kam analog der einaxiale Drucktest als Schnelltest zur Ermittlung der Fließfähigkeit zur Anwendung. Erste Messungen mit erhöhter Lagertemperatur zeigen einen großen Einfluss des Temperaturregimes, da beispielsweise bei 40 °C und 80 °C wesentlich geringere Festigkeiten des Gemenges ermittelt wurden als bei 20 °C.
Soda und Feuchtigkeit sind für die Anbackung im Gemengesilo hauptverantwortlich. Dabei ist die Kinetik der Hydratationsvorgänge ein bestimmender Faktor für die Festigkeit, die sich anschließend ausbilden kann. In diesem Zusammenhang wurden kalorimetrische Messungen bei 20 °C durchgeführt, die zeigen, dass die Sodahydratation nach ca. 20 min abgeschlossen ist. XRD-Messungen wiesen auch bei diesen geringen Temperaturen und entgegen des bisherigen Kenntnisstandes einzig Monohydrat nach. Der Einfluss der Kristallform des verwendeten Sodas (würfel- bzw. nadelförmig) auf das Auftreten von Anbackungen wurde untersucht und konnte ausgeschlossen werden.
Für die Verhinderung von Anbackungen im Gemengesilo ist eine Gemengevorwärmung und Lagerung oberhalb 40 °C hilfreich. Ist die Lagerung des Gemenges oberhalb 40 °C nicht möglich, dann ist eine Beschleunigung der Sodahydratation (z. B. durch Rohstoffvorwärmung, Zugabe von heißem Wasser, sukzessives Mischen, Verlängerung der Mischzeit oder der Einsatz leichter Soda) und anschließend ein erneutes Mischen des Gemenges vor der Lagerung denkbar. Wichtig sind außerdem eine optimale Siloauslegung und ein regelmäßiger Abzug des Materials aus dem Silo. Das thermische Verhalten von Soda gilt es in jedem Fall zu berücksichtigen und wird nachfolgend genauer untersucht.

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