TY - JOUR A1 - Schraut, Katharina A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Adam, Christian A1 - Stephan, Dietmar A1 - Meng, Birgit A1 - Simon, Sebastian A1 - von Werder, Julia A1 - Hirsch, Tamino A1 - Manninger, Tanja T1 - Effect of gypsum on the hydration of fused cement clinker from basic oxygen furnace slag JF - Advances in Cement Research N2 - Fused cement clinker can be produced from molten basic oxygen furnace slag (BOFS) by way of a reductive thermochemical treatment. During the thermochemical treatment, oxidic iron is reduced to metallic iron and separated. The resulting low-iron slag has a chemical and mineralogical composition similar to ordinary Portland cement (OPC) clinker. In this study, the hydraulic reactivity of the fused clinker from BOFS with and without gypsum was investigated using isothermal calorimetry, differential scanning calorimetry, in situ X-ray diffraction and powder X-ray diffraction. Furthermore, a synthetic fused clinker without foreign ions and fused clinker produced by a mixture of both materials was studied. The hydraulic reaction of the fused clinker from BOFS was considerably slower than that of OPC. However, the reaction can be accelerated by adding gypsum as a sulfate carrier. Furthermore, the results showed an increased reaction rate with decreasing content of foreign ions such as Fe, P or Mn. KW - General Materials Science KW - Building and Construction PY - 2024 DO - https://doi.org/10.1680/jadcr.23.00070 SN - 0951-7197 SP - 1 EP - 19 PB - Telford AN - OPUS4-59391 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Schraut, Katharina A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Weimann, Karin A1 - Gluth, Gregor T1 - Erzeugung klimaschonender Bindemittel als Alternativen zu Zement durch thermochemische Behandlung von mineralischen Nebenprodukten und Abfällen T2 - Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 9 N2 - Die Zementindustrie erzeugt etwa 6-7% der globalen CO2-Emissionen und steht damit als Industriezweig vor dem Hintergrund einer anvisierten Klimaneutralität vor gewaltigen Herausforderungen. Der Prozess der Klinkerherstellung wurde über die vergangenen Jahrzehnte bereits kontinuierlich optimiert. Seit 1990 ist es der deutschen Zementindustrie gelungen, die spezifischen CO2-Emissionen der Zementproduktion u. a. durch den Einsatz alternativer, nicht fossiler Brennstoffe und durch Absenkung des Klinkergehalts im Zement um 20 % zu senken. Weitere konventionelle Minderungsstrategien versprechen jedoch nur noch wenig zusätzliche Reduktion. Im Falle des Portlandklinkers besteht die Schwierigkeit darin, dass zwei Drittel der CO2-Emissionen rohstoffbedingt durch die Entsäuerung des Kalksteins (CaCO3) anfallen, die durch die beschriebenen Maßnahmen nicht weiter abgesenkt werden können. Vielmehr wird es erforderlich sein, noch zu entwickelnde oder zu optimierende Technologien anzuwenden und ggf. alle relevanten Ebenen wie Produktion, Weiterverarbeitung und Anwendung von Zement und Beton neu zu denken. Neben technologischen Ansätzen zur CO2-Abscheidung mit nachfolgender langfristiger Speicherung (Carbon Capture and Storage – CCS) oder Verwertung (Carbon Capture and Utilisation – CCU) werden auch alternative Rohstoffe für die Zementproduktion und alternative Bindemittel in Betracht zu ziehen sein. T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle CY - Berlin, Germany DA - 25.04.2022 KW - Zement KW - Sekundärrohstoff PY - 2022 SN - 978-3-944310-58-9 SP - 372 EP - 385 PB - TK-Verlag CY - Neuruppin AN - OPUS4-54737 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schraut, Katharina A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Adam, Christian A1 - Stephan, D. A1 - Meng, Birgit A1 - Simon, Sebastian A1 - von Werder, Julia T1 - Synthesis and characterisation of alites from reduced basic oxygen furnace slags JF - Cement and Concrete Research N2 - Basic oxygen furnace slags (BOFS) are by-products of the steelmaking process. Several researchers have studied the production of Portland cement clinker and metallic iron from BOFS via a reductive treatment. In this study, we applied a carbothermal reduction of BOFS in a technical-scale electric arc furnace and characterised the clinker-like products. Those clinker-like non-metallic products (NMPs) had a chemical and mineralogical composition comparable to clinker for ordinary Portland cement (OPC) and contained large elongated alite crystals as major component. The pure NMPs reacted more slowly and achieved a lower degree of hydration compared with commercial OPC. If the reactivity of the products can be further increased by employing specific adaptations, it can be used as a full clinker substitute for OPC. Nevertheless, it is also an option to use the material without further modifications as a cement component or concrete addition, which contributes to the strength development in both cases. KW - BOFS KW - Hydration products KW - Thermal analysis KW - X-ray diffraction PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106518 SN - 0008-8846 VL - 147 SP - 6518 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-52939 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schraut, Katharina A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Simon, Sebastian A1 - von Werder, Julia A1 - Meng, Birgit A1 - Stephan, D. A1 - Kargl, F. A1 - Adam, Christian T1 - Formation and chemical stabilisation of tricalcium-silicate during solidification from the melt of post-treated metallurgical slags T2 - Proceedings of the 15th International Congress on the Chemistry of Cement N2 - Tricalcium-silicate (C3S) or Alite is the most important mineral in Portland cement. Since pure tricalcium-silicate is only stable above temperatures of 1250 °C, its decomposition has to be prevented technically by fast cooling after the sintering process. At room temperature, the decomposition velocity is very slow so that metastable tricalcium-silicate is obtained. Although the mechanisms of clinker phase formation during burning process of Portland cement in a rotary kiln were solved and improved over the years, in view of possible economic and ecological benefits current projects aim to produce clinker phases from metallurgical slags. Recent studies discovered that the mineral phase which remained after a reducing treatment and separation of formed metallic iron from molten Linz-Donawitz (LD-) slags contained about 60 wt.% Alite despite it was cooled slowly. Because the results could be verified using slags from different origins and varying cooling velocities a chemical stabilisation of the Alite can be assumed. First tests in mortars indicate that workability, hardening and solid state properties are comparable with an ordinary Portland cement. An application of the observed phenomenon in cement production requires enhanced knowledge about formation and stabilisation conditions of Alite during crystallisation from melts in contrast to the sintering reactions in conventional Portland cement production. Therefore, this study focuses on the stabilisation mechanisms of Alite in consolidating melts. Samples from different melting experiments are analysed to determine stabilising factors. T2 - 15th International Congress on the Chemistry of Cement CY - Prag, Czech Republic DA - 16.09.2019 KW - Tricalcium-silicate KW - Portland Cement KW - Alite KW - Steelmaking slag PY - 2019 SP - Paper 492, 1 EP - 10 AN - OPUS4-49050 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Schraut, Katharina A1 - Adam, Christian ED - Thiel, S. ED - Thomé-Kozmiensky, E. ED - Friedrich, B. ED - Pretz, T. ED - Quicker, P. ED - Senk, D. G. ED - Wortruba, H. T1 - Nachbehandlung von Stahlwerksschlacken und deren Verwertung als Klinkermaterial T1 - Post-treatment of steelmaking slags and their utilisation as cement clinker T2 - Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 5 N2 - Steelmaking slags produced using the Linz-Donawitz method (LD slags) are widely used as building and construction materials in road, earth and water works. Because the legal conditions become more and more re-strictive , this application is uncertain in the future. LD slags contain high amounts of mineral bound iron (in form of Fe2O3), which must be considered as a waste of resources. Except for the Iron the chemical composition is quite similar to that of Portland cement clinker. However, due to the high content of Fe2O3 the mineralogical composition differs significantly, resulting in a low hydraulic reactivity. A post-treatment of the liquid LD slag in an electric arc furnace under reducing conditions enables the reduction of the iron compounds to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density. The remaining solidified mineral fraction mainly contains typical crystalline phases of cement clinker in similar ratios: Alite (Ca3SiO5; > 60%) as main phase, Belite (Ca2SiO4, 10%), Tricalciumaluminate (Ca3Al2O6; 5%) and Brownmillerite (Ca2(Al,Fe)2O5, 1%) as secondary phases. Alite, which usually decomposes to Belite and free lime under slow cooling conditions, is stabilized in the Fe-reduced slag probably by integration of foreign ions into the lattice and is stable even if the slag is cooled down very slowly. Furthermore, the particularly large Alite crystals do not exhibit the typical decomposition edge of Belite and lime, found in Alite from ordinary ce-ment clinker. Technological tests for building materials show a high hydraulic reactivity and a compressive strength after 28 days comparable or even slightly higher to reference cement. Nevertheless, because of the increasing viscosity with decreasing Fe2O3 content, the treatment requires a temperature higher than the slag decanted from the LD converter. Furthermore, during the reduction of the bound Iron huge amounts of carbon monoxide are released, resulting in foaming of the slag. Both aspects make it difficult to manage the process. In addition, for economic reasons the treatment has to be carried out immediately after casting the slag from the LD converter to avoid the solidification, which is a logistical challenge for most steel plants. Otherwise the separation of the mineral bound iron as metallic phase and the utilisation of the mineral fraction as cement clinker will both save resources and lower the global CO2-output. For these reasons further initiatives should be considered in the medium term. N2 - LD-Schlacken weisen eine große chemische Ähnlichkeit zu Protlandzementklinker auf. Sie enthalten jedoch noch bis zu 30% Eisen, das mineralisch in oxidischer Form gebunden vorliegt. Dadurch kann sich bei der Erstarrung die wichtigste Klinkerphase "Alit" nicht ausbilden. Durch eine reduzierende Schmelzbehandlung der Schlacke kann des mineralisch gebundene Eisen als Metall separiert werden. Dadurch wird auch die Mineralogie der Schlacke so verändert, dass auch sie nun praktisch einem Portlandzementklinker entspricht. Entsprechende Versuche wurden am kleintechnischen Lichtbogenofen der BAM durchgeführt. Es werden Ergebnisse vorgestellt und auf Grenzen und Möglichkeiten eines derartigen Prozesses im Hinblick auf eine industrielle Umsetzung eingegangen. T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle CY - Berlin, Germany DA - 11.06.2018 KW - Zementklinker KW - Stahlwerksschlacke KW - LD-Schlacke KW - Lichtbogenofen KW - Alit PY - 2018 SN - 978-3-944310-41-1 VL - 5 SP - 282 EP - 296 PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH CY - Neuruppin AN - OPUS4-45199 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schraut, Katharina A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Simon, Sebastian A1 - von Werder, Julia A1 - Meng, Birgit A1 - Stephan, D. A. A1 - Adam, Christian T1 - Zementklinker durch Nachbehandlung von Stahlwerksschlacken T2 - Schlacken-Symposium 2018: Ressourcenschonung durch Nutzung von Sekundärrohstoffen: Wann wird politische Forderung Realität? N2 - Die Klinkerphasenbildung durch Sinterung in Drehrohröfen bei der Herstellung von Portlandzementklinker (PZK) ist gründlich erforscht und optimiert. Im Hinblick auf mögliche ökonomische und ökologische Vorteile befassen sich aktuelle Forschungsvorhaben darüber hinaus mit der Herstellung von Klinkermineralen aus Stahlwerksschlacken, die eine vergleichbare chemische Zusammensetzung aufweisen. Neuste Untersuchungen zeigen, dass nach der reduzierenden Behandlung schmelzflüssiger Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken und Abscheidung des gebildeten metallischen Eisens eine mineralische Schlacke entsteht, die unabhängig von ihren Abkühlbedingungen ca. 50–60 Gew.% des wichtigsten Klinkerminerals Alit (C3S) enthält und eine hohe hydraulische Reaktivität aufweist. Die Stabilität des Alits auch nach langsamer Abkühlung deutet auf eine Stabilisierung des Minerals durch Nebenelemente aus den LD-Schlacken hin. Ein sinkender Anteil an LD-Schlacke durch Zusatz synthetischer Schlackemischung, die sich hinsichtlich ihrer Hauptkomponenten wie eine ausreduzierte LD-Schlacke zusammensetzt, führt zu einem Rückgang des Alitgehaltes und dem Zerfall der Schlacke beim Erstarren. T2 - 5. Schlacken-Symposium CY - Meitingen, Germany DA - 25.10.2018 KW - LD-Schlacke KW - Zement KW - Tricalciumsilikat PY - 2018 SP - 219 EP - 229 PB - Max Aicher Unternehmensgruppe AN - OPUS4-46412 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -