Zuschlagstoffe aufs Korn genommen

Qualitätsgestein zum „besten“ Preis beziehen – diese zentrale Forderunge gegenüber der Industrie für Zuschlagstoffe sind unüberhörbar. Jarmo Eloranta, Jouni Mähönen und Keijo Viilo von Metso Minerals formulieren daher die Bedeutung einer Brechprozessplanung und eines effizienten Betriebs.

In den letzten Jahren hat sich die Marktauffassung durchgesetzt, dass der reale Preis für Gestein sinkt, die Qualitätsanforderungen für Zuschlagstoffe jedoch steigen. Mittlerweile gibt es Anzeichen dafür, dass dieser Trend sich abschwächt. Gründe für diese Situation liegen sowohl auf Lieferanten- als auch auf Kundenseite und lassen sich wie folgt charakterisieren:

Beim Lieferanten stellt sich die Situation wie folgt dar: Preisreduzierungen resultierten in der Vergangenheit häufig aus verbesserten Zerkleinerungsprozessen (Brech- und Mahlprozesse), einer erhöhten Verfügbarkeit der Ausrüstung sowie allgemeinen betrieblichen Kostensenkungsprogrammen. Flexibilisierungs-Konzepte wie etwa der Einsatz mobiler Brechanlagen haben ebenfalls zu einer erhöhten Effizienz der Brechprozesse beigetragen. All diese Faktoren haben den Preis pro Tonne Zuschlagstoff nach unten getrieben, während die Gewinnmargen bestenfalls konstant blieben.

Die Kunden dagegen stellen keine überzogenen Forderungen, wenn sie auf die Einhaltung präziser Spezifikationen für Zuschlagstoffe bestehen. Es gibt klare ökonomische Vorgaben, die eine Nachfrage nach verbesserter Qualität von Zuschlagstoffen rechtfertigen und die sich konkret auf die Form des Endprodukts (Plattigkeit) beziehen. Eine gute Kornform von Zuschlagstoffen trägt maßgeblich dazu bei, die Gesamtkosten für Beton und Asphalt nachhaltig zu senken.

Trotz der Tatsache, dass Bitumen nur einen geringen Prozentsatz der Gesamtzusammensetzung von Asphalt (< 10 %) ausmacht, beeinflussen die darauf entfallenden Kosten maßgeblich die Gesamtkosten der Deckmasse. Die Verwendung qualitativ hochwertigerer Zuschlagstoffe erhöht die Lebensdauer einer Fahrbahndecke oder reduziert gar die Menge an Bitumen. Die hierauf entfallenden Mehraufwendungen sollten sich schnell auszahlen.

Hohe Ansprüche reduzieren Kosten

Was versteht man eigentlich unter einem „Qualitäts-Zuschlagstoff”? Darunter fällt das Zuschlagskorn, das eine gute Kubizität aufweist und dabei weder plattig noch länglich ist. Das Korn sollte eine gleichmäßige Korngrößenverteilung sowie eine hohe Porenzahl aufweisen.

In Bezug auf Kornform und -größe kann ein Zuschlagstoff von hoher Qualität die Abriebfestigkeit der obersten Schicht erhöhen. Auf diese Weise werden nicht nur Wartungskosten eingespart – der Zuschlagstoff verbindet sich fester mit Bitumen und erhöht dadurch grundsätzlich die Widerstandsfähigkeit der Fahrbahn – die innere Reibung steigert auch den Lastwiderstand der Schicht. Während der Bauarbeiten lassen sich qualitativ hochwertige Zuschlagstoffe erwiesenermaßen besser verarbeiten, Asphaltdecken leichter aufbringen.

Ähnliches gilt für Beton. Ein qualitativ hochwertiger Zuschlagstoff bildet die Grundlage dafür, die erforderliche Menge an teurem Zement zu reduzieren.

Als Faustregel kann man festhalten: Je besser die Kornform (d. h.: Je gedrungener oder kubischer die Körner), desto besser

Ein qualitativ hochwertiges Zuschlagskorn für Beton sollte idealerweise über eine gedrungene, würfelige Form (nicht länglich) mit glatten Oberflächen und geringem Porenanteil verfügen. Da es bei Beton zur chemischen Reaktion des Zements mit Wasser kommt, dürfen Zuschlagstoffe diesen Prozess nicht beeinträchtigen. Es ist eine gewisse Menge an Feinanteilen erforderlich, wobei Lehm, Ton oder andere organische Zusatzstoffe für Beton in geringen Mengen schädlich sein können.

Neben dem Asphalt stehen zahlreiche weitere Bewährungsproben für Zuschlagstoffe auf der Tagesordnung – nämlich dort, wo beispielsweise unterschiedliche Betonfestigkeitsklassen gefordert sind. In der Praxis wird dies nicht immer einheitlich kontrolliert und gehandhabt – die  meisten Betonproduzenten sind jedoch dafür bekannt, ihre eigene „Rezeptur” anzuwenden und dadurch auch differenzierte Ansprüche an den Zuschlagstoff zu stellen.

Die Ansprüche an Zuschlagstoffe steigen. Was aber bedeutet das für Steinbruchbetreiber in der Praxis? Man nehme eine typische Drei-Stufen-Anlage, bei der eine Fraktion von 0/16 mm gefordert ist und wo keine speziellen Qualitätsvorgaben vorliegen. In einem solchen Produktionsprozess kann der Durchsatz bei alternativ 210 t/h und 321 t/h liegen – je nach Leistungsparametern der beteiligten Brech- und Siebanlagen. Die Mindestkapazität wird mit Hilfe von großen Spaltweiten auf den Brechern erzielt, die Kreislaufbelastung in der dritten Brechstufe ist entsprechend hoch.

Das beste Ergebnis wird durch kleine Spaltweiten in den Brechern erzielt. Die Spaltweite der Nachbrechstufen sollte im Bereich der Zielkörnung liegen, um die Kreislaufbelastung zu senken. Eine optimale Ausgangssituaton für den Siebprozess – eine geringere Spaltweite führt zu einer deutlich höheren Menge innerhalb der 0/16 mm-Fraktion.

Bei einer Gegenüberstellung unerschiedlicher Produktionsleistungen (siehe Tabelle 1) ist festzustellen, dass sich bei einem Mehrkostenanteil von 9 % ein immerhin bis zu 53 % höherer Ertrag erwirtschaften lässt.

Der Schlüssel für eine effektive Prozessoptimierung hat zwei Seiten:

Erstens: Bediener einer Anlage sollten immer die für den Prozess optimalen Betriebsparameter wählen – entsprechende Hilfestellungen steuern heutzutage moderne Automatisierungslösungen bei.

Zweitens: Die Anlagenverfügbarkeit sollte oberste Priorität haben. Dazu müssen alle möglichen prozessbasierten Störungen (wie etwa übergroße Gesteinsbrocken, die in den Brecher gelangen) beseitigt werden.

Kurzer Prozess für die Ausschussquote

Beispiel 1: Zielkorn 0/16 bei einem max. Austrag von 284 t/h mit einer Konfiguration von Backenbrecher Nordberg C125, Kegelbrecher Nordberg GP200S und Kegelbrecher GP300.

Nach näherer Untersuchung der Prozesskonfigurationen fand man heraus, dass ein Großteil des Endprodukts (4-16 mm) nicht über die tertiäre Brechstufe, sondern bereits in anderen Brechstufen produziert wurde. Tatsächlich entstehen 20 % des Endprodukts bereits im Bereich der Aufgabe oder über die erste Brechstufe. Das erklärt die mangelhafte Beschaffenheit des Endprodukts, denn das Produkt aus der ersten Brechstufe beeinträchtigt das qualitativ hochwertigere Ergebnis in der tertiären Brechstufe.

Die erstbetrachtete Konfiguration gilt nicht als einzige Option: Der Prozess kann auch ausgelegt werden – mit den gleichen Maschinen und einem max. Austrag von 182 t/h. Die Gesamtproduktion von 0/16 mm fällt im zweiten Beispiel zwar um 100 t/h niedriger aus, die Qualität ist allerdings deutlich höher. Wie aus den Tabellen 2 bzw. 3 hervorgeht, liegt der Grund hierfür darin, dass das ursprüngliche Produkt von 4-16 mm zu 94 % ein Produkt der tertiären Brechstufe ist, während Fraktionen von 4/16 mm aus der Zuführung und dem Primärbrecher nicht das Endprodukt beeinträchtigen. Im Gegenteil: Dieses Produkt wird erneut gebrochen, um eine bessere Form zu erzielen. Dabei ist jedoch festzustellen, dass ein höherer Durchsatz auch zur Reduzierung der stündlichen Gesamtproduktion führt.

Diese Beispiele liefern zwei wichtige Erkenntnisse: Erstens muss die Systemkonfiguration korrekt vorgenommen werden, um die Anforderungen an die spezifizierten Zuschlagstoffe zu erfüllen. Fehler bei der Auslegung im ersten Schritt sind zu einem späteren Zeitpunkt – wenngleich möglich – pauschal als sehr kostspielig einzustufen. Insbesondere dann, wenn die Investition bereits getätigt wurde.

Zweitens ist die Einstellung der optimalen Prozessparameter der Anlagen ausschlaggebend für den wirtschaftlichen Erfolg. Um das zu erreichen, ist eine ständige Überwachung und ggf. Anpassung der Anlagen und Prozesse erforderlich. Darüber hinaus sind eine hohe Verfügbarkeit und Leistungsgrad von großer Bedeutung, da gerade Nutzungsänderungen großen Einfluss auf den Ertrag haben.

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