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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zerkleinern von Stückgut oder Granulat, bei welchem das Mahlgut mit einem Treibmedium in eine Mühle eingebracht wird.
Aus der AT 405 511 B ist bereits ein Verfahren zum Zerkleinern von Granulat bekannt geworden, bei welchem die Schlackenschmelze mit Druckwasser beaufschlagt und das Granulat gemeinsam mit zumindest einem Teil des gebildeten Dampfes ausgetragen wurde. Durch das Abschrecken des Schmelzflusses mit Wasser wird hierbei eine schnelle Erstarrung erzielt, bei welcher eine Kristallisation weitestgehend verhindert werden soll, und statt dessen eine amorphe, glasige Struktur der Granalien erzielt wird. Derartige Granulate können bei geeigneter chemischer Zusammensetzung der schmelzflüssigen Schlacke wertvolle Rohstoffe zur Herstellung hydrau- lischer Bindemittel ergeben, wobei in aller Regel in der Folge eine intensive Zerkleinerung, und insbesondere ein Mahlvorgang erforderlich ist.
In der AT 405 511 B wurde in diesem Zusammen- hang bereits vorgeschlagen, die Schlackenschmelzwärme für die Zerkleinerungsarbeit bzw. Ober- flächenvergrösserungsarbeit energetisch zu nutzen und auf diese Weise den Energieverbrauch zu senken. Zu diesem Zwecke wurde die flüssige Schlacke in frei fliessenden Strahlen in eine Granula- tionskammer eingebracht, worauf gegen den Schlackenstrahl Druckwasserstrahlen gerichtet wur- den und die erstarrte und granulierte Schlacke gemeinsam mit zumindest einem Teil des gebil- deten Dampfes über eine pneumatische Förderleitung und einen Verteiler geführt, worauf in der Folge die Teilströme über Mehrstoffdüsen und insbesondere sich konisch verjüngende Düsen in einen Mahlraum eingebracht wurden. Der Mahlraum wurde hierbei nach Art einer Gegenstrom- mühle betrieben.
Die für diese Betriebsweise erforderliche Ausbildung von Zweiphasendüsen, über welche Dampf und Granulat in den Mahlraum eingetragen wurden, setzte allerdings relativ teure Düsenkonstruktionen voraus, wobei derartige Zweiphasendüsensysteme sich als relativ ver- schleissanfällig erwiesen haben.
Aus der AT 405 512 B ist gleichfalls ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von Granulat bekannt geworden, bei welchem Wasser in einem ersten druckfesten Reaktionsraum vor- gelegt wurde, wobei dieser Reaktionsraum unter einen Dampfdruck von mehr als 5 bar gesetzt wurde und die Granulation in diesem Druckraum vorgenommen wurde. Massgeblich für die Auf- rechterhaltung eines Druckes von mehr als 2,5 bar war bei dieser bekannten Verfahrensweise die Aufgabe, die Schwefelwasserstoffentgasung zu unterbinden und in hohen Mengen im glasartig erstarrenden Granulat einzubinden. In der Folge wurde das Granulat abgeschlämmt und in eine Strahlmühle übergeführt, wobei die Strahlmühle wiederum mit dem bei erstarrender Schmelze gebildeten Dampf betrieben werden konnte.
Bei dieser Ausbildung konnte auf aufwendige und hohem Verschleiss unterliegende Düsen verzichtet werden, da das Granulat unmittelbar in eine
Fliessbettgegenstrahlmühle eingebracht werden konnte und das Eindüsen von Dampf über geson- derte Düsen vorgenommen werden konnte. Das Granulat wurde über Druckschleusen aus dem
Reaktionsraum ausgebracht und abgeschlämmt, wobei auch hier in erster Linie dieses abge- schlämmte Granulat in die Fliessbettstrahlmühle mit Dampf als Treibgas eingedüst wurde, wobei das Schlackengranulat nach Art eines Feststoffinjektors in das Fliessbett beschleunigt eingedüst werden konnte.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren zu schaffen, welches den Einsatz konstruktiv wesentlich einfacherer Einrichtungen für die Durchführung erlaubt, und mit welchem ein besonders hoher Mahlwirkungsgrad sowie eine hohe Zerkleinerungsleistung unter Verzicht auf aufwendige
Mehrstoffdüsen erreicht werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe
Verfahren im wesentlichen darin, dass in der Mühle Mahlkörper, insbesondere Kugeln, in einem
Festbett oder Fliessbett bzw. in einer Wirbelschicht gehalten werden, wobei das mit Stückgut oder
Granulat beladene Treibmedium in den mit Mahlkörpern gefüllten Raum expandiert bzw. verdampft wird, worauf das Mahlgut über einen Sichter aus der Mühle abgezogen wird.
Dadurch, dass der
Mahlraum Mahlkörper enthält, verbleiben zwischen den Mahlkörpern Hohlräume, welche jeweils nach Art einer Vielzahl von einzelnen Düsen im Inneren des Festbettes oder der Wirbelschicht wirksam werden. Aufwendige Zweiphasendüsen für das Einbringen des Granulates mit dem Treib- medium sind somit entbehrlich, und die in den Zwischenräumen zwischen den Mahlkörpern ausge- bildeten düsenartigen Hohlräumen führen zu einem hohen Ausmass an turbulenter Strömung im
Zwischenraum zwischen den Mahlkörpern und damit zu einer besonders intensiven Zerkleinerung.
Die Mahlkörper, welche insbesondere als Mahlkugeln ausgebildet sein können, können hierbei auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen, sodass sich im Inneren einer Wirbelschicht ein
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Kugelradiusgradient ausbildet, in welchen die Strömung des unter Druck stehenden Treibmediums gemeinsam mit dem Stückgut expandiert. Analoges gilt für die düsenartigen Hohlräume zwischen Kugeln in einer Festbettschüttung. Zum Zerkleinern von Schmelzen, insbesondere von Schlacken- schmelzen kann das erfindungsgemässe Verfahren in besonders vorteilhafter Weise so durch- geführt werden, dass die flüssigen Schmelzen unter überatmosphärischem Druck in Wasser granu- liert werden und dass das Granulat gemeinsam mit dem unter überatmosphärischem Druck stehen- den Nassdampf in die Mühle eingebracht wird.
Nassdampf bezeichnet Gemische aus flüssiger und gasförmiger Phase, die auch als Nebel bezeichnet werden können. Bei Temperaturen über 100 C und Drucken über 1 bar steht Dampf im Gleichgewicht mit Wasser, wobei jedenfalls Druck und Temperatur so gewählt werden sollen, dass bei Druckabsenkung in der Mühle bzw. bei der Expan- sion überhitzter, d. h. trockener Dampf gebildet wird, sodass Materialien, welche zur Hydratisierung neigen oder durch Wasser ihre hydraulischen Eigenschaften verlieren, nicht zerstört werden.
Dadurch, dass nun lediglich Nassdampf gemeinsam mit dem Granulat gefördert wird, ist lediglich eine druckfeste Leitung erforderlich, wobei gesonderte Düsen für das Entspannen des Nass- dampfes in die Mahlkörper bzw. die Wirbelschicht des Mahlraumes entbehrlich sind. Der Nass- dampf selbst weist hierbei in aller Regel eine Temperatur von über 150 C auf und kann unter einem Druck von über 5 bar in den Mahlraum eingebracht werden, wobei die Expansion unter Dampfbildung zu einer etwa 1500-fachen Volumsvergrösserung führt und innerhalb der mit Mahl- körpern bzw. Mahlkugeln gefüllten Schicht überhitzter Wasserdampf ausgebildet wird, sodass das entstehende Feingut nicht hydratisiert.
Im Mahlkörperbett wird das Schlackengranulat mit hohem Wirkungsgrad vermahlen, wobei das Mahlkörperbett unterschiedliche Mahlkörper und beispiels- weise auch als Mahlkörper wirksame Zumahlstoffe, wie beispielsweise Klinker und Puzzolane enthalten kann. Insgesamt kann mit einer derartigen Verfahrensweise eine Zerkleinerung auf ein dmax < 75 m erzielt werden, worauf in der Folge nach konventionellen Methoden gesichtet werden kann.
Auch die Wasserqualität, wie sie für das Granulieren vorgelegt wird, muss keine besonderen Ansprüche an die Reinheit erfüllen, und es kann sogar leicht belastetes Abwasser entsorgt werden.
Die Schlackenschmelzezufuhr in den Granulierraum kann diskontinuierlich über Schlackenpfannen oder kontinuierlich über Schlackenrinnen und Druckschleusen erfolgen.
Bei der Dampfkondensation lässt sich Energie rückgewinnen, sodass der Wirkungsgrad um etwa 20 % gesteigert werden kann. Durch die direkte Entspannung von Nassdampf mit dem Schlacken- granulat in das Mahlkörperbett entfallen aber in erster Linie die höchst verschleissanfälhgen Zwei- phasendüsensysteme, wie sie beim Eindüsen von Dampf mit Granulat erforderlich waren.
Insgesamt werden zwischen 0,57 kg Wasser/kg Schlacke bis 2,25 kg Wasser/kg Schlacke eingesetzt. Beispielsweise entsteht bei Zugabe von 1 kg Wasser/1 kg Schlacke im Druckgranulator bei einem Druck von 5 bar und einer Temperatur von 150 C Nassdampf, bestehend aus 0,6 kg Dampf und 0,4 kg Wasser pro kg Schlacke. Die Expansion in den Mahlraum, in welchem beispiels- weise ein Druck vom 0,2 bar herrscht, führt zur Entstehung von leicht überhitztem Dampf. Bei diesem Beispiel würde bei der Entspannung im Kugel-Mahlraum pro kg Schlacke etwa 750 I (0,75 m3) Dampf entstehen.
Die Volumsänderungsarbeit von dem im Nassdampf enthaltenen Wasser in Dampf wird zu einem hohen Teil in Zerkeinerungsarbeit umgewandelt, wodurch sich hohe energetische Vorteile gegenüber konventionellen Systemen ergeben.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemässe Verfahren so durchgeführt, dass die Mahlkörper im Kreislauf geführt und einer Temperaturänderung unterworfen werden. Die Mahlfeinheit kann so weiter vergrössert werden, indem eine für den Mahlvorgang energetisch besonders günstige Ener- gieübertragung von den Mahlkörpern an das Mahlgut erfolgt, wobei mit Vorteil die Mahlkörper auf Temperaturen von > 600 C erhitzt werden und in den Mahlraum CaC03 eingebracht wird. Durch das Einbringen von CaC03 in den Mahlraum erfolgt ein Kalzinieren und gleichzeitiges Aufspalten in CaO und C02, was einerseits zu einer Verbesserung der hydraulischen Eigenschaften des Mahl- gutes und andererseits zu einer weiteren Volumsvergrösserung und in der Folge zu einer besseren Zerkleinerung des Mahlgutes führt.
Durch die Kreislaufführung der Mahlkörper wird auch die Voraussetzung für ein effizientes Reinigen der Mahlkörper geschaffen.
In vorteilhafter Weise können die Mahlkörper mit Katalysatoren wie z. B. Ni oder Ni-Oxid beschichtet eingesetzt werden. Auf diese Weise können dem mechanischen Mahlvorgang auch
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chemische Reaktionen überlagert werden. Die Mahlkörper können in der Kreislaufführung auch einem Kühlprozess unterworfen werden, wodurch die Zermahlung von hitzeempfindlichen Produk- ten erleichtert wird.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemässe Verfahren so durchgeführt, dass als Mahlkörper Metall- kugeln oder Keramikkugeln eingesetzt werden, wobei in jeden Fall so vorgegangen wird, dass der Mahlraum unter geringerem Druck als die Granulierkammer gehalten wird. Zur Aufrechterhaltung dieser Druckdifferenz zwischen Mahlraum und Granulierraum ist eine besonders einfache Rege- lung möglich, wobei es lediglich genügt, in die Druckleitung ein entsprechend einstellbares Regel- ventil einzuschalten, wodurch gleichzeitig die jeweils erforderliche Wassermenge im Granulierraum und die entsprechende Expansion in das mit Mahlkörpern gefüllte Fliessbett gewährleistet wird.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemässe Verfahren so durchgeführt, dass das Treibmedium pulsierend in die Mühle eingebracht wird. Dadurch wird die von den Mahlkörpern gebildete Wirbel- schicht periodisch auf- und abgebaut, sodass eine weitere Mahlwirkung dadurch entsteht, dass weiter oben liegende Kugeln unter Wirkung der Schwerkraft beim Zusammenfallen der Wirbel- schicht auf darunter liegende Mahlkörper zu liegen kommen und so das dazwischen befindliche Mahlgut zerkleinern. Für hydratationsunempfindliches Mahlgut, wie z.B. Puzzolane, kann als Treib- medium beispielsweise kaltes Druckwasser mit einem Druck von ca. 100 bar gewählt werden.
Dabei kann die Pulsation besonders leicht durch langsam laufende Hochdruck-Kolbenpumpen erreicht werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Mahlkammer, welche zumindest teilweise mit Mahlkörpern gefüllt ist und an welche zumindest eine druckfeste Leitung zum Einbringen des Mahlgutes und des Treib- mediums und wenigstens eine Leitung zum Abziehen des Mahlgutes angeschlossen ist. Insgesamt können somit relativ einfache Bauteile Verwendung finden, sodass der apparative Aufwand für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens relativ gering ist. Eine solche Vorrichtung ist besonders für das Vermahlen von Kalk, Glimmer, Tonen, oxidationsempfindlichen Produkten oder organischen Farbpigmenten geeignet, wobei hier beispielsweise überhitzter Wasserdampf oder inerte Gase (N2, Ar) als Treibmittel zum Einsatz gelangen.
Zum Zerkleinern von Schmelzen, insbe- sondere von Schlackenschmelzen ist die Vorrichtung weiters gekennzeichnet durch zwei über eine druckfeste Leitung verbundene Kammern, wobei die erste Kammer als druckfeste Granulier- kammer mit einer Aufgabeeinrichtung für flüssige Schlacke ausgebildet ist und wenigstens teil- weise mit Wasser gefüllt ist und die zweite Kammer als Mahlkammer mit einem Abzug für Mahlgut ausgebildet ist, welche zumindest teilweise mit Mahlkörpern gefüllt ist, wobei die druckfeste Leitung aus dem mit Wasser gefüllten Raum der Granulierkammer in den mit Mahlkörpern gefüllten Raum der Mahlkammer mündet.
Mit Vorteil ist die Ausbildung hierbei so getroffen, dass die druckfeste Leitung unterhalb der Mahlkörper an die Mahlkammer angeschlossen ist, wobei zur Einstellung des erforderlichen Wasserspiegels im Granulierraum und der gewünschten Expansion in die Mahl- kammer mit Vorteil die druckfeste Leitung wenigstens ein Regel- oder Absperrventil aufweist.
Die Mahlkörper und insbesondere Mahlkugeln im Inneren der Mahlkammer können bereits vor dem erstmaligen Entspannen von heissem Nassdampf, welches mit Granulat beladen ist, in ent- sprechende fluidisierte Form gebracht werden, wofür beispielsweise Dampf bzw. Pressluft einge- setzt werden kann. Die erfindungsgemässe Ausbildung ist hierbei so getroffen, dass der Mahlraum einen Rost oder Siebplatten zur Abstützung der Mahlkörper aufweist, sodass die gewünschte Geo- metrie im Inneren der Mahlkammer einfach eingehalten werden kann. Mit Vorteil weisen die Mahl- körper für die Ausbildung einer Wirbelschicht einen Durchmesser von weniger als 10 mm, und vor- zugsweise weniger als 5 mm auf, um ein entsprechendes Fliessbett ohne zusätzliche Massnahmen aufrechterhalten zu können.
Mahlkörper für eine Festbettschüttung können entsprechend grössere
Durchmesser aufweisen, wobei zur Ausbildung der düsenförmigen Zwischenräume in der Schüt- tung Kugeln geometrisch bevorzugt sind Der Mahleffekt wird hier durch Beschleunigung des Teil- chenstroms in den düsenartigen Zwischenräumen und Auftreffen des Granulates auf die Mahl- körper der Festbettschüttung erzielt.
Eine Abtrennung des Feingutes kann in konventioneller Weise so erfolgen, dass an die Aus- tragsöffnungen für das Mahlgut ein Sichter, insbesondere ein Zyklon angeschlossen ist, und dass im Sichter abgetrenntes Grobgut dem Mahlraum rückgeführt wird Um die Mahlwirkung weiter zu verbessern, ist die Vorrichtung in vorteilhafter Weise so ausgebildet, dass an dem mit Mahlkörpem
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gefüllten Raum eine Abfördereinrichtung für die Mahlkörper angeschlossen ist, welche über einen Wärmetauscher die Mahlkörper im Kreislauf in den Mahlraum rückführt. Im Wärmetauscher können die Mahlkörper entsprechend den Eigenschaften des zu mahlenden Produktes entweder erhitzt oder abgekühlt werden.
Weiters kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass in den Mahlraum wenigstens eine weitere Leitung für Druckwasser, Reduktionsgase und/oder unter Volumsver- grösserung zersetzbare Gase angeschlossen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert.
In der Zeichnung ist mit 1 eine erste druckfeste Kammer bezeichnet, welche als Granulier- kammer ausgebildet ist. Die Kammer 1 verfügt über einen Deckel 2, welcher druckfest mit der Wand 3 des Granulierraumes verbunden ist, wobei im Inneren des Granulierraumes Wasser 4 vorgelegt ist. Der Wasserspiegel ist hierbei mit 5 angedeutet. Die Aufgabe von flüssiger Schlacke ist hier schematisch durch eine schwenkbare Schlackenpfanne 6 angedeutet, wobei alternativ andere Aufgabeformen, wie beispielsweise Schlackenrinnen bzw. entsprechende Schleusen vor- gesehen sein können. Im Inneren des Druckgranulators befindet sich Wasser im Gleichgewicht mit dem Dampfraum, wobei sich Schlackengranulat 7 ausbildet, welches gemeinsam mit dem heissen Nassdampf über eine Leitung 8 abgezogen wird.
Der Nassdampf weist hierbei eine Temperatur von etwa 150 C auf, wobei sich der Dampfdruck mit etwa 5 bar einstellt. Die Nassdampf-Granulat- strömung gelangt über ein regelbares Absperrventil 9 an den Boden 10 einer Mahlkammer 11. Im Inneren der Mahlkammer 11 ist ein Rost 12 vorgesehen, auf welchem sich eine Mahlkörper- schüttung 13 befindet. Bei entsprechend klein dimensionierten Mahlkörpern kann durch entspre- chende Strömung ein Fliessbett eingestellt werden, wodurch der Mahleffekt durch die Bewegung der Mahlkörper unterstützt wird.
Bei entsprechend gross dimensionierten Mahlkörpern kann hier aber auch ein Festbett vorliegen, wobei in den Zwischenräumen zwischen den Mahlkörpern 13 ent- sprechende düsenförmige Zwischenräume ausgebildet werden, in welchen sich der expandierende Dampf gemeinsam mit der Partikelströmung beschleunigt bzw. die Partikel durch Auftreffen auf die Mahlkörper rasch unter Desintegration wiederum abbremsen lassen. Über eine Aufgabevorrichtung 14 lassen sich in den mit Mahlkörpern, und insbesondere Kugeln gefüllten Raum weitere Mahl- hilfsmittel bzw. Zumahlstoffe einführen, wobei hier zusätzlich bereits erstarrte Schlacke oder CaC03 aufgegeben werden kann. Der Druck im Inneren der Mahlkammer 11 ist insgesamt gerin- ger als der Druck im Druckgranulator, sodass der Nassdampf ohne zusätzliche Pumpen vom Druck- granulator in dem Mahlraum gelangt.
An die Mahlkammer 11 ist eine Abförderleitung 15 ange- schlossen, über welche die Mahlkörper einem Wärmetauscher 16 zugeführt werden, worauf die einer Temperaturänderung unterworfenen Mahlkörper der Mahlkammer 11rückgeführt werden.
Aus dem Mahlraum wird das gemahlene Gut über eine Leitung 17 abgezogen und einem Sichter 18 zugeführt. Grobgut wird hierbei über die Leitung 19 und eine Zellradschleuse 20 abgezogen und kann zumindest teilweise über die Leitung 21 wiederum in den Mahlraum 11rückgeführt werden.
Das verbleibende Feingut, welches den Sichter verlässt, gelangt zu einem Filter 22 und wird dort über eine Zellradschleuse 23 und eine Leitung 24 ausgetragen. Der über die Leitung 25 abge- zogene Dampf kann in der Folge kondensiert werden und dem Druckgranulator als Wasser wieder aufgegeben werden. Über eine Leitung 26 können Druckwasser, Reduktionsgase und/oder unter Volumsvergrösserung zersetzbare Gase dem Mahlraum 11zugeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Zerkleinern von Stückgut oder Granulat, bei welchem das Mahlgut mit einem Treibmedium in eine Mühle eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der
Mühle Mahlkörper, insbesondere Kugeln, in einem Festbett oder Fliessbett bzw. in einer
Wirbelschicht gehalten werden, wobei das mit Stückgut oder Granulat beladene Treib- medium in den mit Mahlkörpem gefüllten Raum expandiert bzw. verdampft wird, worauf das Mahlgut über einen Sichter aus der Mühle abgezogen wird.