3. Untersuchungsergebnisse zur Mahlbarkeit von Rohstoffen,
Abfällen und Zwischenprodukten
Mit der Kreislaufmahlanlage wurden unterschiedliche
Materialien zerkleinert. Die dabei verfolgten Zielstellungen
reichten von der Erzeugung von Produkten mit definierter
Mahlfeinheit über die Erarbeitung neuer Verwertungskonthe
grinding media (Cylpebs) before it can be discharged
via slots into the following vibrating trough conveyor.
Then the material is fed to the classifier via a bucket
elevator. The classifier is a channel wheel separator
100 ATP with horizontally supported separating wheel.
Cut sizes from 4 to 100 m and throughputs of 2 to
50 kg/h can be obtained via the speed control of the
separating wheel which is steplessly adjustable between
1150 and 11 500 rpm. While the tailings are returned to
the mill due to gravity, the fines are pneumatically
transported into the cyclone for preliminary separation.
The very fine dust is passed through pipelines to the
fabric bag filter installation where it is separated from
the air flow. Both fines and filter dust can be discharged
below the installation via rotary air locks. Very fine
product particles which cannot be separated by the
cyclone go to the filter installation.
In addition to the closed-circuit grinding described, the
design of the pilot plant also allows the options of other
modes of operation, such as
– pure open-circuit grinding without following separation,
– batch grinding with a mill feed volume of approx.0.048 m3,
– classification of finely dispersed material up to cut sizes
of 4 m.
The grinding plant has been equipped in such a way that
the throughput of the whole system can be determined
continuously and that of the individual units intermittently.
So as to investigate the granulometry of the
different material flows of the system, samples are taken
and their particle size distribution is determined by the
laser granulometer COULTER LS 230. Furthermore, it
is possible to determine the power consumption of the
corresponding grinding process thanks to the in-process
measurement system. Thus, together with the throughput
values recorded, the specific energy consumption can
be determined. If these values are continuously recorded
for graded product finenesses by correspondingly varying
the speed of the separating wheel, the result will be the
“grindability curve” of the material tested. This curve
informs about the comminution behaviour or the grindability
of the different materials. In addition, measured
data existing for the individual material flows can be
used for a description and evaluation of the individual
devices of the plant. Based on all these data, a process
engineering model of the overall plant can be developed
allowing simulation of the individual operating conditions
of the plant.
3. Results of investigations into the grindability of
raw materials, waste and intermediate products
Different materials were crushed in the closed-circuit
grinding plant. The goals in mind included the manufacture
of products with a defined fineness, the preparation
of new recycling concepts for waste based on
BILD 2: Fließschema der Kreislaufmahlanlage
FIGURE 2: Flow sheet of the closed-circuit grinding plant

zepte für Abfälle durch eine Feinmahlung bis hin zur Beurteilung
der Mahlbarkeitseigenschaften der Stoffe. In die
Rubrik der Abfallmahlungen fielen auch die Untersuchungen
zur Mahlbarkeit der Sandfraktionen von Beton- und
Mauerwerksabbruch, um alternative Verwertungswege für
diese Fraktionen aufzuzeigen.
Einen Überblick über die untersuchten Materialien gibt
Tabelle 1. Mit jedem dieser Materialien wurden Versuchsmahlungen
bei verschiedenen Einstellungen der Mahlanlage
durchgeführt, so dass für die Auswertung mindestens fünf
Datensätze über den gesamten Durchsatzbereich der Anlage
zur Verfügung standen. Nur beim Kalkstein lagen
lediglich drei teilweise unvollständige Datensätze für die
Auswertung vor.
3.1 Verteilungsdichtefunktionen der
Zerkleinerungsprodukte
Erste Aussagen über das Zerkleinerungsverhalten können
aus den Korngrößenverteilungen der Produkte abgeleitet
werden. Besonders deutlich werden Materialunterschiede
anhand der Verteilungsdichtefunktionen, die im Bild 3 für
gemahlenen Zementklinker und Hüttensandmehl jeweils
für zwei vergleichbare Betriebszustände dargestellt sind.
Anhand dieser Betriebszustände ist gleichzeitig der Arbeitsbereich
der Kreislaufmahlanlage in Bezug auf die
erreichbaren Produktfeinheiten erkennbar.
Charakterisiert man die Verteilungsfunktionen – wie bei der
Beschreibung von Zerkleinerungsprozessen üblich – mit der
mittleren Korngröße oder mit der Korngröße bei 80%
Durchgang (x80), stellt man fest, dass dieser Wert für die beiden
Materialien etwa gleich groß ist. Der x80-Wert, aufgenommen
mit der kleinsten Sichterraddrehzahl von
1150 U/min, liegt beim Zementklinkermehl bei 48,1 m und
beim Hüttensandmehl bei 50,4 m. Sie gehen auf 2,8 m für
beide Mehle zurück, wenn der Sichter mit seiner maximalen
Drehzahl betrieben wird. Unterschiede sind jedoch in
fine grinding up to the evaluation of the grindability
properties of the materials. For instance, waste grinding
comprised the investigations into the grindability of the
sand fractions of demolished concrete and brickwork to
show alternative ways to utilize these fractions.
Table 1 shows a survey of the materials tested. Grinding
tests were carried out with each of these materials with
different settings of the grinding plant so that there were
at least five data records for evaluation covering the
whole throughput range of the plant. However, for
limestone, there were only three partially incomplete
data records for evaluation.
3.1 Distribution density functions of the crushed
products
First results concerning the comminution behaviour can
be derived from the particle size distribution of the
products. In particular, the material differences become
clear in the light of the distribution density functions
shown in Fig. 3 for ground cement clinker and ground
granulated blastfurnace slag with two comparable
operating conditions each. Based on these operating
conditions, the operating range of the closed-circuit
grinding plant, as far as the possible product fineness is
concerned, can also be seen.
If the distribution functions are characterized by the
average grain size or the grain size with 80 % passage
(x80) – as is normal for the description of comminution
processes – it can be found that this value is more or
less the same for both materials. The value x80 recorded
with the minimum speed of the separating wheel, i.e.
1150 rpm, amounts to 48.1 m for ground cement clinker
and to 50.4 m for ground granulated blastfurnace slag.
These values are reduced to 2.8 m for both ground materials
if the classifier is operated with its maximum
speed. However, there are differences in the width of
distribution. The ground cement clinker has wider
distributions, in particular the portion of fines is higher.
This allows the conclusion to be drawn that cement
clinker has a better grindability than granulated blastfurnace
slag.
3.2 Plant throughput and grindability
The connection between the plant throughput and the
product fineness x80 reveals further aspects of the comminution
behaviour. The throughput of produced fines

der Breite der Verteilungen zu erkennen. Das Zementklinkermehl
besitzt breitere Verteilungen, insbesondere ist
der Anteil im Feinkornbereich höher. Das lässt auf eine
bessere Mahlbarkeit von Zementklinker im Vergleich zu
Hüttensand schließen.
3.2 Anlagendurchsatz und Mahlbarkeit
Weitere Aussagen zum Zerkleinerungsverhalten liefert der
Zusammenhang zwischen dem Anlagendurchsatz und der
Produktfeinheit x80. Als Anlagendurchsatz kann der Durchsatz
an produziertem Feingut angenommen werden, da
der Staubanteil vernachlässigbar klein ist. In Bild 4 sind die
Ergebnisse der Mahlung von vier verschiedenen Klinkern
dargestellt. Danach nimmt der Durchsatz von ca. 45 kg/h
auf 5 kg/h ab, wenn der x80-Wert des erzeugten Klinkermehles
von 48 auf 4 m abnimmt. Zwischen den Zementklinkern
lassen sich keine signifikanten Unterschiede
feststellen, so dass für alle Klinker eine Trendlinie mit einer
entsprechenden Schwankungsbreite der Ergebnisse angegeben
werden kann.
In Bild 5 sind die experimentell ermittelten Daten des
Anlagendurchsatzes in Abhängigkeit von der Materialart
über der Produktfeinheit x80 aufgetragen, um Unterschiede
im Zerkleinerungsverhalten der untersuchten Stoffe abzuleiten.
Mit Ausnahme von Kalkstein lassen sich die Abhängigkeiten
in erster Näherung als Potenzfunktionen mit
Potenzen nahe 1,0 beschreiben. Die Bestimmtheitsmaße der
Trendlinien liegen im oberen Bereich eines statistisch gesicherten
Zusammenhangs (0,98 > R2 > 0,76). Von Kalkstein
liegen nur drei gesicherte Werte vor, die bestenfalls einen
linearen Trend erlauben. Der Verlauf dieser Trendlinie passt
jedoch sehr gut in das Gesamtbild.
Dass bei gleicher Produktfeinheit der Anlagendurchsatz
in der Reihenfolge der Stoffe – Hüttensand < Altbeton < Zementklinker
< Kalkstein < Ziegelbruch – steigt, ist aus
Bild 5 deutlich erkennbar. Das bedeutet, dass sich die Mahlbarkeit
in der gleichen Reihenfolge der untersuchten Stoffe
verbessert hat.
Die Ergebnisse der kleintechnischen Mahlung stimmen
mit den aus der Literatur bekannten, auf dem Zeisel-Test
oder anderen Untersuchungen basierenden Aussagen zur
Mahlbarkeit von Hüttensand, Zementklinker und Kalkstein
[1–5] überein. Auch aus den verfügbaren Werten
zum Arbeitsindex nach Bond – der sich nach [6] für die
can be assumed as plant throughput since the portion of
dust is negligible. Fig. 4 shows the results of four different
types of clinker ground. The throughput is decreased from
approx. 45 kg/h to 5 kg/h if x80 of the clinker meal
produced is decreased from 48 to 4 m. There are no
significant differences between the various types of
cement clinker so that one trend line with a corresponding
fluctuation range of the results applies to all types
of clinker.
Fig. 5 shows the experimentally determined data of the
plant throughput depending on the type of material
plotted above the product fineness x80 to derive differences
concerning the comminution behaviour of the materials
tested. Except limestone, dependencies to the first
approximation can be described as power functions with
powers near 1.0. The values of definiteness of the trend
lines are in the upper range of a statistically ensured relation
(0.98 > R2 > 0.76). For limestone there are only three
safe values permitting a linear trend at best. However, the
course of this trend line fits very well into the overall
picture.
Fig. 5 clearly shows that the plant throughput is increased
in the order of the material – granulated blastfurnace slag
< used concrete < cement clinker < limestone < broken
bricks with the same product fineness. It means that the
grindability has improved in the order of the materials
tested.
The results of experimental grinding coincide with statements
found in the literature or based on the Zeisel
test or other kinds of investigations concerning the
grindability of granulated blastfurnace slag, cement
clinker and limestone [1–5]. The available values of the
working index according to Bond – which proved to be
an applicable value to characterize grinding in ball mills
according to [6] – point to the same order [7,8].

Charakterisierung der Mahlung in Kugelmühlen als brauchbare
Größe erwiesen hat – lässt auf die gleiche Reihenfolge
schließen [7,8].
Um diese Konformität auch für die bisher nicht untersuchten
Stoffgruppen Altbeton und Ziegelbruch zu überprüfen,
mussten ergänzende Untersuchungen im Labormaßstab
durchgeführt werden. Diese wurden aus Gründen
der Vergleichbarkeit auf alle in Tabelle 1 genannten Untersuchungsmaterialien
ausgedehnt. Die Experimente wurden
in Anlehnung an den Bondtest mit einer Laborkugelmühle
mit einem Durchmesser von 260 mm, einer Länge von
370 mm, einem n/nkrit-Verhältnis von 0,81 und einem Sieb
der Maschenweite 200 m so durchgeführt, dass eine „umlaufende
Last“ von 250 % (Umlaufzahl 3,5 oder 350 %) realisiert
wurde. Bild 6a zeigt die Messergebnisse der Bondtests.
Der Vergleich mit den Ergebnissen der Kreislaufmahlanlage
in Bild 6b liefert tendenziell gleiche Aussagen zum Mahlverhalten.
Um die Darstellung zu verbessern, wurden die
stoffspezifischen Anlagendurchsätze für eine einheitliche
Produktkorngröße x80 von 30 m aus den Trendkurven interpoliert.
Kleinere Werte des Arbeitsindexes nach Bond und
größere Anlagendurchsätze bei gleicher Produktfeinheit sind
gleichbedeutend mit einer besseren Mahlbarkeit.