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Verfahren zur Herstellung von Formstüeken.
Die Brikettierung von Holzkohlen ist ein altes Problem. Das niedrige spezifische Gewicht der Holzkohlen von ungefähr 0'2 g und ihre geringe Festigkeit, die einen bedeutenden Abrieb und Verlust beim Transport und bei der Manipulation zur Folge hat, erschweren ihre Zubringung von der Produktionstelle zu dem oft weit entfernten Verbrauchs ort ausserordentlich.
Man hat daher schon verschiedentlich versucht, durch Brikettierung die Eigenschaften der Holzkohle zu verbessern. Es wurden hiebei die verschiedensten Stoffe als Bindemittel angewendet ; z. B.
Abfallstärke, Schlempe, Sulfitablauge, Wasserglas u. a. Die mit Abfallstärke oder andern Kohlehydraten hergestellten Briketts haben den grossen Nachteil, dass sie nicht wasserbeständig sind. Briketts aus Sulfitablauge müssen geglüht werden, um wasserbeständig zu werden und geben beim Verbrennen Soya-haltige Gase ab, die eine Verwendung im offenen Feuer, - für metallurgische und viele andere Zwecke-ausschliessen. Mit Wasserglas hergestellte Briketts sind zwar wasserfest, doch benötigt man hievon so grosse Mengen als Zusatz, dass hiedurch z. B. die Brennfähigkeit so stark herabgesetzt wird, dass man sogar oxydierende Stoffe solchen Briketts zusetzen muss.
Es wurde auch schon versucht, Holzkohlen unter Verwendung teerartiger Bindemittel wie Holzteer bzw. aus solchen durch Oxydation hergestellten pech-und harzartigen Produkten zu pressfähigen Massen und Formstücken zu verarbeiten. Alle diese bekannten Produkte sind aber in ihren mechanischen und brenntechnischen Eigenschaften nicht befriedigend, oder es stellen sich ihre Gestehungskosten zu hoch.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verarbeitung von Holzkohlen zu Formstücken von hoher Druckfestigkeit. Vorzüglich geeignet für die Brikettierung sind z. B. Holzkohlen, die im Schachtofenverfahren mit Spülgaszirkulation bei einer Temperatur von etwa 4000 hergestellt sind, da diese Kohlen nicht mehr schwinden und die Kohle durch das Bestreichen mit Zirkulationsgas, das bedeutende Mengen Wasserdampf enthält, in geringem Grade aktiviert worden ist, wodurch ein rasches Aufsaugen und Verharzen des als Bindemittel zugesetzten Teeres bewirkt wird. Infolgedessen zeigen die Presslinge auch vor dem Erhitzen eine ausreichende Festigkeit.
Erfindungsgemäss wurde durch langwierige Versuche der Einfluss einer ganzen Reihe von Komponenten, wie Kohleart, Porosität, Korngrösse, Teermenge, Holzessigzusatz, Mischdauer, Mischtemperatur, Einfluss der Ruhezeit auf das Material und Erhitzungstemperatur, auf die Ausbeute und Qualität von Briketts aus Holzkohlen und Holzteer festgestellt, wobei es sich überraschenderweise herausgestellt hat, dass man Briketts vorzüglicher Qualität auch unter Anwendung geringer Mengen Holzteer herstellen kann und es möglich ist, mit dem bei der Holzdestillation anfallenden Teer durchaus das Auslangen zu finden.
Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, dass man aus Holzkohlen dann feste Briketts erhält, wenn man zerkleinerte Holzkohle mit Holzteer so lange verknetet, bis die Elastizität der Mischung im wesentlichen vernichtet ist, d. h. so lange, bis die Elastizität auf ein bei weiterem Kneten praktisch nicht mehr änderbares Mindestmass herabgesetzt ist, worauf die so erhaltene Masse, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Ruhepause, verpresst wird. Im Gegensatz zu anderm Brikettiergut ist auch zerkleinerte Holzkohle elastisch, was im wesentlichen mit ihrer porösen Struktur zusammenhängt. Das Porenvolumen, d. h. die mit Luft ausgefüllten Hohlräume der Kohle, beträgt zirka 70%.
Auf dieses grosse Porenvolumen ist nun vermutlich auch die Elastizität des Holzkohlenpulvers zurückzuführen.
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die sich sonst beim Pressen sehr unangenehm bemerkbar macht, da durch sie beim Nachlassen des Press- druckes die Briketts wieder auf ein grösseres Volumen wachsen, wodurch Querrisse, die die Festigkeit der Briketts stark vermindern, auftreten. Diese Elastizität wird im vorliegenden Fall einmal durch
Ausfüllen der Poren und auch durch die Klebwirkung der verwendeten Bindemittel, kolloidalen Phasen bzw. der Mitwirkung der im Verlaufe des Verfahrens sich bildenden Substanzen, derart vermindert, dass der Formling nach Aufhören des Pressdruckes sich nicht mehr zu lockern vermag. Es entstehen so Presslinge mit hohem spezifischen Gewicht.
Die Druckfestigkeit der verfahrensgemäss hergestellten
Briketts beträgt sowohl in der Achsrichtung als auch senkrecht zur Achsrichtung bedeutend mehr als
60 kg, z. B. 100 kg pro 1 cm2.
) Je nach der Beschaffenheit des zu brikettierenden Kohlematerials, wie Porendurchmesser, ist es notwendig, das erfindungsgemässe Verfahren für die verschiedenen Kohlearten in einzelnen Punkten zu variieren.
Überraschenderweise kann man, wie schon erwähnt, auch unter Anwendung geringer Mengen teerartiger Substanzen ausgezeichnete Briketts herstellen, wobei hervorzuheben ist, dass die angewendeten I Teermengen nicht ausreichen würden, alle Poren des Kohlematerials auszufüllen. Es genügt jedoch das Erreichen jenes Grenzwertes, bei welchem die Wirkung des Bindemittels einmal die Elastizität des
Materials überwinden kann, anderseits durch die Art der Verteilung bzw. Verarbeitung die ursprüngliche
Sprödigkeit der gröberen Masseteilchen gegen Schlagwirkung u. dgl. verhindert wird.
Zur Herstellung guter Briketts hat es sich vorzugsweise als vorteilhaft erwiesen, Material ver- schiedener Korngrosse, gegebenenfalls auch verschiedener Härte, zu verarbeiten, wobei die gröberen
Anteile aus dem festeren Kohlematerial bestehen. Eine Reihe von Holzarten geben bei entsprechender
Verkohlung an sich schon Kohle verschiedener Festigkeit, da z. B. der Winteranteil des Holzzuwaehses im Jahresring viel fester als der Sommeranteil ist und auch eine festere Kohle liefern kann. Durch zweck- entsprechende Vermahlung entsteht hiebei ein Produkt, in dem die weicheren Kohleteilchen feiner, die festeren in gröberem Zustand verbleiben (z. B. bei Konifernkohlen).
Es hat sich gezeigt, dass die besten, härtesten Formlinge erzielt werden, wenn die Holzkohle ungefähr bis zu 80% aus Material mit einer
Korngrösse unter 0'5 ma, die restliche Menge aus Material mit einer Korngrösse von zirka 0'5-2 mm besteht.
Die gröberen Anteile der Holzkohle scheinen sich beim Pressen untereinander zu einem gerüstartigen
Gefüge zusammenzuschliessen, das dem Brikett auch nach dem Aufhören des Pressdruckes eine starke innere Festigkeit verleiht. Die feinen Anteile füllen im wesentlichen die Zwischenräume aus, die zwischen den gröberen Teilchen verbleiben, so dass ein ausserordentlich dichter Pressling von hohem spezifischem
Gewicht entsteht. Das dichte Gefüge bewirkt, dass die Presslinge nach dem Glühen eine sehr hohe Festig- keit zeigen, doch ist dabei Vorausetzung, dass der Teerzusatz entsprechend gering gehalten wird, da sonst die beim Erhitzen entstehenden grossen Destillationsgasmengen das Brikett zersprengen können.
Hat man jedoch nur feinst zerkleinerte Holzkohlen zur Verfügung, so können unter Zusatz grösserer Teer- mengen, von zumindest 30 Teile auf 100 Teile Kohle, auch brauchbare Formstücke erhalten werden.
Im Nachstehenden werden beispielsweise vorteilhafte Kombinationen von Teerzusatz, Mischtemperatur und Misehdauer angegeben, durch welche Briketts von hervorragenden Eigenschaften herstellbar sind.
Die zweckmässig anzuwendenden Teermengen schwanken je nach der Kohlenart zwischen 17 und
30 Teilen auf 100 Teile Kohle und hängen von deren Porenvolumen, Porenquerschnitt und der Festigkeit der kleinen Teilchen ab. Bei Teerzusätzen von weniger als 25% ist es in den meisten Fällen erforderlich, eine geringe Menge, ungefähr z. B. 5% Rohholzessig oder Wasser zuzusetzen, welche beim Pressen als
Gleitmittel für die einzelnen Masseteilchen dienen. Ohne diesen Zusatz wird die innere Reibung beim Verarbeiten bzw. Pressen zu gross, wodurch es schwer ist, Briketts von genügender Dichte zu erhalten.
Der durchschnittliche Teerabfall bei der Holzdestillation beträgt 4-5% des Holzgewichtes. Wird die Kohlenausbeute mit 20% des Holzgewichtes angenommen, so ergeben sich 20-25% Gewichtsteile Teer auf 100 Teile Kohle. Sind etwas grössere Teerzusätze erforderlich, wie z. B. bei Verarbeitung von Buchenkohle, so können dem Urteer jenes teerartige Destillat zugemischt werden, das beim Erhitzen bzw. Glühen der Presslinge zurückerhalten wird.
Die Mischung wird in geeigneten Knetmaschinen, z. B. System Werner-Pfleiderer, oder ähnlichen Vorrichtungen durchgeführt. Es ist hiebei vorteilhaft, bei erhöhten Temperaturen (von z. B. annähernd 50 C) zu arbeiten.
Im Falle die Presslinge noch erhitzt werden sollen, genügt ein Erhitzen auf Temperaturen von ungefähr 200-500 C um rauch-und geruchlose verbrennende Briketts zu erhalten. Diese Formlinge zeigen eine bedeutend geringere Sprödigkeit als solche, die bei hoher Temperatur, z. B. 600 , ausgeglüht wurden.
Bei Verarbeitung von Holzkohlen aus Hölzern homogener Festigkeit (z. B. Buehenkohlen), ist es in vielen Fällen zweckmässig, Zusätze von gröberen Anteilen anderer festerer Kohle zu machen, oder, falls dies nicht möglich ist, einen Teil der zu verarbeitenden Kohle einem Härteprozess zu unterwerfen und dann dieses Material als festeren Anteil zuzusetzen. Eine derartige Zurichtung weicher bzw. spröder Kohleteilchen kann vorzugsweise durch Benetzen gröberer Massen (z. B. zirka 0'4-2 mm) mit dem bei der Holzverkohlung anfallenden Rohessig oder ähnlichen natürlichen oder künstlichen primären oder
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sekundären Destillationsprodukten und nachherige Erhitzen auf Temperaturen von zirka 100-450 C erfolgen.
Derart behandelte Kohle kann hierauf vorzüglich als festere Komponente Verwendung finden.
Der vorher beschriebene Mischprozess kann in manchen Fällen vorteilhaft auch unter vermindertem
Druck durchgeführt werden. Eine besondere Vortrocknung des zu verarbeitenden Kohlematerials ist ) nicht erforderlich. Die durch den Mischprozess erhaltene Masse wird zweckmässig vor dem Verpressen einem, je nach der Holzart zeitlich verschiedenen, Ruheprozess unterworfen. Ein zu langes Lagern dieser
Mischungen vor dem Verpressen ist in vielen Fällen schädlich, da dann die Masse ihre gute Bindefähigkeit wieder verliert. So hat sich z. B. bei Verarbeitung von Buchenkohle eine Ruhezeit bis zu sieben Tagen, je nach Art des verwendeten Kohlematerials als vorteilhaft erwiesen. Durch Erwärmung kann diese Ruhezeit ganz bedeutend (in machen Fällen bis auf wenige Stunden) herabgesetzt werden.
Es wurde auch gefunden, dass man in machen Fällen noch bessere Briketts erhält, wenn man zu ihrer Herstellung Holzkohlen verwendet, deren Oberflächen vor dem Brikettieren durch Erhitzen auf Temperaturen von mehr als 400 C zweckmässig bei Einwirkung von Wasserdampf oder wasserdampf- haltigen Gasen vorbehandelt worden sind. Die so aktivierten Oberflächen bewirken z. B. ein rascheres Verharzen des teerigen Bindemittels, so dass derart eine vorzügliche Verfestigung und Manipulations- fähigkeit der Briketts bei viel niedrigeren Temperaturen eintritt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Formstücken durch Verkneten von zerkleinerten Holzkohlen mit Holzteer od. dgl., gegebenenfalls in erwärmtem Zustande, in Knetvorrichtungen, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Mischung, in welcher die Holzkohle, welche entweder einheitliche Korngrösse oder zweckmässig verschiedene Korngrösse (z. B. 60 Teile unter 0'4 mm und 40 Teile von 0'4-1 mm Durch- messer) besitzt, so lange geknetet wird, bis die Elastizität der Mischung im wesentlichen vernichtet ist, worauf die so erhaltene Masse, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Ruhepause, verpresst wird.