Analyse eines neuentwickelten Windsichters zur Klassierung von Gesteinskörnungen

Weigel, Constantin GND

Gesteinskörnungen sind ein wichtiger Baurohstoff, der seine Anwendung in Baustoffen wie Asphalt findet. Bei der Gewinnung und Verarbeitung der Gesteinskörnungen werden zwischen 10 Gew.-% und 20 Gew.-% der Feinkörnungen zu Gesteinsfüller, d. h. auf Korngrößen unter 63 µm, zerkleinert. Der Gesteinsfülleranteil beeinflusst die mechanischen Eigenschaften des Asphalts, indem sie das Bitumen binden. Ein zu hoher Füllstoffgehalt führt zu überhartem, sprödem Asphalt, während ein zu niedriger Füllstoffgehalt zu weichem Asphalt führt, der durch Belastungen verformt werden kann. Um die geforderten mechanischen Eigenschaften des Asphalts zu gewährleisten, ist ein Füllergehalt zwischen 5 Gew.-% und 10 Gew.-% gefordert. Zur Reduzierung des Gesteinsfülleranteils werden verschiedene Klassierverfahren eingesetzt. Gerade viele ältere Aufbereitungsanlagen verfügen heutzutage nicht mehr über die nötigen Kapazitäten um ihre gesamte Produktion zu klassieren. Gesteinskörnungen, welche einen zu hohen Fülleranteil aufweisen, lassen sich allerdings kaum dem Markt zuführen und werden deshalb auf Halden deponiert. Zur Aufbereitung dieser Rohstoffe bedarf es ein niedrigbauendes Verfahren, welches in laufende Förder- und Aufbereitungsprozesse integriert werden kann und sich so zur Nachrüstung bestehender Aufbereitungsanlagen eignet. Diese Dissertation analysiert die Funktionsweise, Dimensionierung und die technisch-wirtschaftliche Eignung eines neuartigen Klassierverfahrens, welches für die Nachrüstung von Aufbereitungsanlagen durch einen Einsatz an Bandübergabestationen konzipiert ist. Dabei verfügt das Verfahren über eine spezielle mechanische Dispergiereinheit, die die Partikel dispergiert, wirft und eine Strömung erzeugt. Neben der Dispergiereinheit ist das Verfahren, welches anhand einem Prototypen im Labor untersucht wird, aus einer Materialaufgabe, einem Strömungskanal und einer Absauge-Einheit aufgebaut. Die Funktionsweise und Dimensionierung dieser Komponenten lässt sich anhand von physikalischen und strömungsmechanischen Zusammenhängen beschreiben, welche durch Laboruntersuchungen validiert werden können. Aufbauend auf die Dimensionierungen der Komponenten lässt sich die Bauhöhe und der Energieverbrauch des Verfahrens anhand von nur zwei Gleichungen in Relation zum Durchsatz simulieren. Hierfür ist die zulässige Gutbeladung des Klassierers im Labor bestimmt worden. Diese Simulationen lassen sich mit einer Datenanalyse, welche Daten von über 300 Klassieren umfasst, vergleichen. Hierbei lässt sich erkennen, dass sich das Verfahren besonders durch seine geringe Bauhöhe auszeichnet und dabei vergleichsweise energieeffizient arbeitet. Die prinzipielle, technisch-wirtschaftliche Eignung lässt sich folglich bestätigen. Allerdings sind für einen industriellen Einsatz weitere Verfahrensoptimierungen und Untersuchungen notwendig, welche am Ende dieser Dissertation vorgestellt werden.

Aggregates are an important construction raw material that is used in building construction materials such as asphalt. During the extraction and processing of aggregates, between 10 wt. % and 20 wt. % of the fines are comminuted to rock filler, i.e. to grain sizes below 63 µm. The rock filler content influences the mechanical properties of the asphalt by binding the bitumen. A too high filler content leads to overhard, brittle asphalt, whereas a too low filler content results in soft asphalt that can be deformed by stresses. In order to ensure the required mechanical properties of the asphalt, a filler content of between 5 wt. % and 10 wt. % is required. Various classification methods are used to reduce the rock filler content. Many older processing plants in particular no longer have the necessary capacity to classify their entire production. However, aggregates with a too high filler content can hardly be sold on the market and are therefore deposited on stockpiles. For the processing of these raw materials a low-built process is required, which can be integrated into ongoing conveying and processing operations and is therefore suitable for retrofitting existing processing plants. This dissertation analyzes the functionality, dimensioning and the technical-economic suitability of a novel classification process, which is designed for the retrofitting of processing plants by means of an application at belt transfer stations. The process has a special mechanical dispersion unit which disperses the particles, throws them and generates a flow. In addition to the dispersion unit, the process, which is investigated in the laboratory using a prototype, consists of a material feed, a flow channel and an exhaust unit. The mode of operation and dimensioning of these components can be described by physical and flow-mechanical correlations, which can be validated by laboratory tests. Based on the dimensioning of the components, the overall height and energy consumption of the process can be simulated in relation to the throughput using only two equations. For this purpose, the permissible good load of the classifier has been determined in the laboratory. These simulations can be compared with a data analysis, which includes data from over 300 classifiers. Here it can be seen that the process is particularly characterized by its low overall height and is comparatively energy efficient. The basic, technical-economic suitability can therefore be confirmed. However, further process optimizations and investigations are necessary for an industrial application, which are presented at the end of this dissertation.

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Weigel, Constantin: Analyse eines neuentwickelten Windsichters zur Klassierung von Gesteinskörnungen. Clausthal 2021. TU Clausthal.

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