CH348684A - Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus Gemischen von fein verteilten Feststoffen und Flüssigkeit - Google Patents

Description

      Verfahren    zur Herstellung von     Formlingen    aus     Gemischen    von fein verteilten Feststoffen       und    Flüssigkeit    Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur  Herstellung von festen     Formlingen    aus Gemischen  von fein verteilten, insbesondere feinkörnigen oder       pulverförmigen,    festen Stoffen und Flüssigkeit. Es  können dabei z. B. fein verteilte Oxyde, wie Rot  schlamm, Mineralien, Brennstoffe, insbesondere sol  che mit hohem Wassergehalt, wie etwa Torf, sowie  Mischungen solcher Stoffe     verwendet    werden.  



  Bei der Herstellung von Formlingen aus fein ver  teilten Feststoffen,     etwa    Torf, ist man bisher so vor  gegangen, dass man ein Gemisch des Feststoffes mit  einer Flüssigkeit,     gegebenenfalls    nach vorheriger     Ver-          mahlung    des Feststoffes, durch Pressen unter Ab  scheidung von Flüssigkeit verformte, worauf die er  zeugten Körper gegebenenfalls durch eine Wärme  behandlung weiter     verfestigt    wurden.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren besteht dem  gegenüber darin, dass das Gemisch von fein verteiltem  Feststoff und Flüssigkeit der Einwirkung von mecha  nisch erzeugten Schwingungen solcher Frequenz und  Amplitude     unterworfen    wird, dass eine Aufteilung und  feine     Dispergierung    der Feststoffe     stattfindet    unter  Bildung einer Masse, aus der sich im Ruhezustand  keine     Flüssigkeit    abscheidet, und dass aus dieser Masse  unter Verdunsten von Flüssigkeit feste Formlinge  hergestellt werden.  



  Es ist bekannt, dass die     Entfernung    des Wassers  aus Rohtorf erhebliche Schwierigkeiten macht. Prak  tisch     kommt    bisher     allein    die Verdunstung des Wassers  durch Liegemassen des Torfs in Brocken an der Luft  in Betracht. Wenn man Rohtorf schnell trocknet, d. h.         zwecks        Verflüchtigung    des Wassers     erhitzt,    etwa in  einem Trockenofen, zerfallen die Torfstücke, und man       erhält    im wesentlichen nur ein formloses Gemenge von  grösseren und kleineren     Teilchen.     



  Durch die Anwendung des erfindungsgemässen  Verfahrens ergibt sich hingegen eine Masse, die  wesentlich schneller das Wasser durch Verdunsten ab  gibt als     Rohtorf,    und aus der bei der Trocknung in  sich einheitliche, feste, gegen äussere Beanspruchung  widerstandsfähige Stücke entstehen.  



  Die Erfindung hat also den Vorteil, dass nicht nur  auf die Entfernung von Wasser durch Pressen oder  dergleichen aus dem Rohtorf verzichtet werden kann,  sondern auch, dass die Entfernung des Wassers durch  Verdunsten in einem Bruchteil der Zeit erfolgen kann,  die bisher zur. Herstellung von trockenem,     stückigem     Torf erforderlich war.  



  Worauf das günstige Verhalten des gemäss der  Erfindung behandelten Rohtorfs     beim    Trocknen bzw.  Verdunsten des Wassers zurückzuführen ist, konnte  noch nicht völlig     geklärt    werden. Es scheint, dass mit  fortschreitender     Dispergierung    des Torfes bei der  Schwingungsbehandlung ein wesentlicher     Teil    der  wasserhaltigen Zellen geöffnet und dadurch das Wasser  über die ganze Oberfläche der festen Teilchen verteilt  wird.

   Bei der Verdunstung oder Verdampfung des  Wassers werden daher die wasserhaltigen Zellen  wände nicht unter     plötzlicher    Entspannung und Ver  dampfung des     Wassers        gesprengt,    sondern die Ver  dunstung oder Verdampfung des Wassers geht in den  erzeugten Formkörpern im wesentlichen     gleichmässig         fortschreitend von aussen nach innen vor sich, wobei  sich die festen Teilchen der Masse einander nähern  und miteinander verbinden.

   Auf diese Weise entstehen  bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens  aus dem     Torf    feste Körper, die durch eine feine und  dichte Struktur und vergleichsweise geringe     Porosität     ausgezeichnet sind, und die eine hohe mechanische  Festigkeit besitzen, die wesentlich höher ist als die von  getrockneten Formkörpern, die aus Rohtorf ohne die  erfindungsgemässe Behandlung gewonnen werden  können.  



  Zweckmässig werden zur Behandlung des Ge  misches von Feststoff und Flüssigkeit mechanische  Schwingungen mit     einer    Frequenz     unterhalb    200000  Hertz angewandt, wobei die Grundfrequenz vorteil  haft     etwa    im oberen Bereich der     Hörbarkeit    liegt. Die  Amplitude der Schwingungen ist gemäss der     Strömungs-          geschwindigkeit    (die auch null sein kann) des Ge  misches zu wählen und wird umso grösser sein, je  höher die Strömungsgeschwindigkeit ist.

   Auf der an  deren Seite     beeinflusst    die Strömungsgeschwindigkeit  des Gemisches auch die Dauer der Schwingungsbe  handlung des Gutes, und zwar derart, dass die Dauer  der     Schwingungsbehandlung    mit steigender Strömungs  geschwindigkeit abnimmt.  



  Vorteilhaft wendet man für die Schwingungsbe  handlung gemäss der Erfindung solche Geräte an, die  einen rotierenden Körper besitzen, wobei der ro  tierende Körper und das Gehäuse einen ringförmigen       Schlitz    begrenzen, durch den das zu behandelnde Gut,       etwa    von oben nach unten, hindurchströmt. Dieser  Ringraum wird vorteilhaft so ausgeführt, dass in ihm  eine Drosselung des Gutstromes     erfolgt.    Nahe der  Drosselstelle ist in dem rotierenden Körper und im  Gehäuse eine     Anzahl    von     Kammern    vorgesehen, in  denen bei Rotation des Körpers Druckwellen erzeugt  werden. Die Frequenz hängt dabei von der Drehzahl  des rotierenden Körpers und der Zahl der Kammern  in der Drosselstufe ab.  



  Bei Wahl der richtigen Frequenz und Amplitude  der mechanischen Schwingungen, der Zusammen  setzung des zu behandelnden     Gemisches    von Fest  stoffen und Flüssigkeit und der Behandlungsdauer  tritt eine so weitgehende     Aufteilung    des Feststoffes  ein, dass das Gemisch beim     Durchgang    durch die       Drosselzone    in einen Zustand kommt, der mehr oder  weniger demjenigen eines     thixotropen    Gels entspricht.  In diesem Zustand tritt eine Entmischung des Pro  duktes, wenn man es in Ruhe lässt, praktisch nicht  ein und es lässt sich aus ihm praktisch keine Flüssig       keit    für sich abscheiden.

   Die gesamte Flüssigkeit wird  vielmehr     in    dem Gemisch auf der Oberfläche der  festen Teilchen     festgehalten.    In diesem Zustand lässt  sich die Masse verformen. Durch Verdunsten von  Wasser aus dem durch die Formung entstehenden  Körper, geht dieser in relativ kurzer Zeit in einen  festen     Formling    über.

   Gegebenenfalls kann man die       Formgebung    durch Anwendung von geringem Druck  unterstützen, beispielsweise um einen     Formkasten     vollständig mit dem Gut     auszufüllen.       Beim Trocknen wird zunächst die Flüssigkeit in  den Randzonen des Formkörpers     verflüchtigt.    Vor  teilhaft erhalten die Formkörper in einer Richtung  eine geringere Ausdehnung als in der anderen.  



  Ein wichtiges Anwendungsgebiet für die Erfin  dung ist, wie bereits     erwähnt,    die Herstellung von  festen Formkörpern aus Rohtorf.  



  Für den Fall, dass die in dem Rohtorf enthaltene  Flüssigkeitsmenge für die Schwingungsbehandlung  und die Umwandlung des Gemisches in den ver  formbaren Zustand nicht ausreichen sollte, ist dem  Ausgangsgut Flüssigkeit zuzusetzen. Es ist     möglich,     dem Rohtorf vor der Behandlung geeignete Kohlen  wasserstofföle oder andere Stoffe zuzusetzen, z. B.  um den Anteil an     Kohlenwasserstoffen,    insbesondere       Paraffinkohlenwasserstoffen,    im Torf zu erhöhen.  



  Roher Torf     enthält    zum Zeitpunkt der Gewinnung       im        allgemeinen        etwa        85-90%        Wasser,        das        in        der     Torfsubstanz hauptsächlich kolloidal verteilt ist und  durch     Huminsäure    gebunden ist.

   Wenn man einen  derartigen Rohtorf in Gestalt von groben Stücken an  der Luft trocknet, sinkt der Wassergehalt bis auf etwa       30-40%.        Der        Heizwert        derartiger        Torfstücke        be-          trägt    etwa 3500-3800     kcal/kg.    Die übliche  Lufttrocknung erfordert lange Trockenzeiten und  grosse Trockenräume     bzw.    Flächen. Auch muss man  die Torfstücke mehrmals umwenden oder umsetzen.  



  Wenn man eine künstliche Trocknung (Warm  trocknung) anwendet, lässt sich der Wassergehalt des  Torfs auf etwa     15-209/o    vermindern. Der Heiz  wert steigt auf etwa 4200     kcal/kg.    Die Warmtrocknung  ist jedoch mit hohen Kosten verbunden. Auch werden  durch sie nachteilige Eigenschaften des üblichen Torfs,  insbesondere seine geringe Festigkeit, nicht verbessert.  



  Demgegenüber lassen sich gemäss der Erfindung  Formkörper aus Rohtorf herstellen, die durch über  raschend günstige mechanische Eigenschaften bei  hohem Heizwert ausgezeichnet sind.  



  Solche     Formlinge    eignen sich daher insbesondere  als Brennstoff in praktisch allen Fällen, in denen bis  her Torf oder die daraus hergestellten     Brikette    nicht  verwendbar waren. Die erfindungsgemäss hergestellten  Torfkörper können deshalb ohne Änderung der  Feuerungen in Öfen, Kesseln, Gaserzeugern,     Schwel-          anlagen    und dergleichen verwendet werden, die für  die Verarbeitung von stückfesten hochwertigen Brenn  stoffen, beispielsweise Steinkohlen, bestimmt     sind.     Gegenüber Steinkohlen und dergleichen zeichnen sich  erfindungsgemäss gewonnene Torfkörper durch einen  geringen Aschen- und Schwefelgehalt aus.

   Auch ent  stehen beim     Abschwelen    dieser Torfkörper wesent  lich geringere Mengen saurer organischer Bestand  teile     (Phenole    und dergleichen).  



  Da bei der erfindungsgemässen Behandlung ein  beträchtlicher Teil des in dem Torf kolloidal gebun  denen Wassers freigelegt und auf der Oberfläche des  festen Anteils     verteilt    wird, kann man die Torfkörper  durch Trocknen an der Luft weitgehender und  schneller vom Wasser befreien als     Rohtorfstücke.    Es  hat sich gezeigt, dass bei dem erfindungsgemässen Ver-      fahren der Wassergehalt der lufttrockenen Form  körper sich bis auf     2511/e,    gegebenenfalls sogar auf       15-20114    erniedrigen kann.  



  Die hohe Festigkeit von gemäss der     Erfindung    her  gestellten, an der Luft getrockneten     Torfformkör-          pern    gestattet, diese Formkörper in der     jeweils    ge  wünschten Gestalt und Grösse auch     als    Bauelemente,  z. B. als Ziegel, Boden- und Wandplatten und der  gleichen, zu benutzen. Hierbei können dem Ausgangs  gut vor der erfindungsgemässen Behandlung noch an  dere Stoffe zugesetzt werden, beispielsweise faseriges  Gut, pulverförmige Füllstoffe, wasserabweisende Zu  sätze und dergleichen.

   Es ist auch möglich, vor der       Verformung    in die Masse eine Armierung einzu  betten, beispielsweise aus Stahldraht oder     Stahldraht-          gewebe.     



  Bei der Verkokung oder     Schwelung    von erfin  dungsgemäss erhaltenen Torfkörpern entsteht ein       asche-    und schwefelarmer Koks von hoher Festigkeit,  der geeignet für Hochöfen, metallurgische Öfen, Gas  erzeuger und     dergleichen    ist.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren wird mit Vor  teil auch angewendet, um fein verteilte Erze, insbe  sondere in Form von     schlammförmigen    Konzentraten  und dergleichen in     stückige    Formlinge umzuwandeln,  die ebenso wie     stückiges    Erz in metallurgischen Pro  zessen verarbeitet werden können.  



  Zu diesem Zweck wird ein fliessfähiges Gemisch  von Feinerz und Flüssigkeit in solchem Mengenver  hältnis der Einwirkung von mechanisch erzeugten  Schwingungen solcher Frequenz und Amplitude un  terworfen, dass eine Aufteilung und feine     Dispergie-          rung    der festen Erzteilchen in der Flüssigkeit erfolgt  und eine Masse entsteht, die ähnlich wie ein     thixotro-          pes    Gel verformbar ist. Der aus der Masse gebildete  Formling wird dann durch Verflüchtigung der     Flüssib          keit    verfestigt.  



  Auch bei der erfindungsgemässen Herstellung von       Erzformkörpem    wird die     Schwingungsbehandlung     vorteilhaft während des kontinuierlichen     Fliessens    von  Feinerz und Flüssigkeit vorgenommen, und zwar vor  teilhaft in dem im vorstehenden bereits beschriebenen  Gerät, welches einen in einem Gehäuse rotierenden  Drehkörper besitzt.  



  Mittels des erfindungsgemässen Verfahrens ge  lingt es, Formkörper aus Feinerz mit mechanischen  Eigenschaften herzustellen, die für eine     metallurgische     Weiterverarbeitung ausreichen. Dabei kann auf die  Einwirkung von Wärme und Druck verzichtet werden.  Es können also die bisher erforderlichen     Agglomerier-          oder    sonstigen Öfen und die bisher erforderlichen  Pressen in Fortfall kommen.  



  Unter Umständen ist es vorteilhaft, das Erz vor  oder während der Behandlung mit mechanischen       Schwingungen    mit geeigneten Bindemitteln zu ver  mischen. Die Bindemittel können anorganischer oder  organischer Art sein, z. B. Ton oder     Sulfitzellulose-          ablauge.     



  Ferner können den Feinerzen vor oder während  der Behandlung mit mechanischen Schwingungen die    für metallurgische Prozesse erforderlichen Zuschläge,  wie z. B. Kalk,     Dolomit,    Alkalien oder dergleichen,  zugesetzt werden.  



  Ein besonderes Anwendungsgebiet für das erfin  dungsgemässe Verfahren ist .die Herstellung von     Erz-          Brennstoff-Formkörpern,    namentlich     Torf-Erz-Form-          körpern.    Wenn der Brennstoff dem Erz vor oder       während    der Behandlung mit mechanischen Schwin  gungen zugesetzt wird, wird auch eine feine     Disper-          gierung    des Brennstoffes erreicht, der sich dabei innig  mit dem     Feinerz    vermischt.

   Von besonderem Vor  teil ist hier die Verarbeitung von Rohtorf zusammen  mit Feinerz, da Rohtorf bereits genügend Wasser ent  hält, um das Gemisch     fliessfähig    während der Schwin  gungsbehandlung zu machen. Die nach Entfernung der  Flüssigkeit erhaltenen     Formkörper    aus Torf und Fein  erz enthalten Erz und Kohlenstoff in inniger Ver  mischung und in sehr dichter Lagerung der Erz- und       Kohlenstoffteilchen.    Dadurch werden die mit diesen  Formkörpern ausgeführten     metallurgischen    Prozesse  sowohl     hinsichtlich    der Reaktionstemperatur als auch  der Reaktionszeit und der Erreichung des Reaktions  gleichgewichtes günstig     beeinflusst.    Die Zugabe  des Brennstoffes zu dem 

  Feinerz oder dergleichen       erfolgt    vorzugsweise in einer solchen Menge, dass der  Brennstoff sowohl für die Reduktion des Erzes als  auch für den     Wärmebedarf    des     Schmelzvorganges     ganz oder teilweise ausreicht.  



  Man kann die     erfindungsgemäss    hergestellten     Erz-          Brennstoff-Formkörper    vor der metallurgischen Wei  terverarbeitung einer     Wärmebehandlung,    vorzugsweise  in reduzierender Atmosphäre, bei solchen Tempera  turen unterwerfen, dass ein koksähnliches Produkt ent  steht. Der Wassergehalt der     Formlinge    nach der Luft  trocknung wird dabei     vorteilhaft    auf unter     101/o"    ge  gebenenfalls unter     511/o,    gehalten.  



  Es wurde gefunden, dass sich beispielsweise aus  zwei Gewichtsteilen     Feinerzkonzentrat    und einem Ge  wichtsteil Rohtorf ohne wesentliche Wasserzugabe ge  mäss dem     Verfahren    der Erfindung Formlinge her  stellen lassen, welche nach dem Verflüchtigen des  Wassers eine Druckfestigkeit von etwa 80     kg/cm2    be  sitzen.  



  Diese Formlinge kann man anschliessend in neu  traler oder reduzierender Atmosphäre     glühen,    wo  durch der     Erzanteil    ganz oder     teilweise    reduziert wird.  Infolge ihres hohen Metallgehaltes weisen     derartig        ge-          glühte    Formlinge eine ausserordentlich hohe Festig  keit auf.         Beispiel     Torf mit einem Wassergehalt von     88 /o    und einem       Feststoffgehalt    von     120/9    wird in kontinuierlichem  Strom mechanisch erzeugten Schwingungen von der  Frequenz 45 000 Hertz unterworfen.

   Die Behandlung  wird fortgesetzt, bis sich in der Masse     Feststoff    nicht  mehr von Flüssigkeit trennt, wenn man das Ge  misch sich selbst überlässt. Ist dieser Zustand erreicht,  wird das Gemisch verformt, z. B. durch Einfüllen in  oben offene     Formkästen.    Aus der     Füllung    wird durch      Verdunsten     Flüssigkeit        entfernt,    'bis der Rückstand  noch     22 /o    Wasser enthält:

    Wenn es auf gleichmässige Raumform der     Form-          linge    nicht ankommt, kann man die- Masse nach der  Schwingungsbehandlung zu einem Strang verformen,  etwa auf einer üblichen     Strangpresse,    und diesen  Strang unterteilen, worauf die Stücke auf ein     Trans-          portband    gelangen, auf dem sie bis zur Verfestigung  liegen bleiben.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Herstellung von festen Formlingen aus Gemischen von fein verteilten Feststoffen und Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Ge misch der Einwirkung von mechanisch erzeugten Schwingungen solcher Frequenz und Amplitude un terworfen wird, dass eine Aufteilung und feine Disper- gierung der Feststoffe stattfindet unter Bildung einer Masse, aus der sich im Ruhezustand keine Flüssig- keit abscheidet, und dass aus dieser Masse unter Ver dunsten von Flüssigkeit feste Formlinge hergestellt werden. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Behandlung mit den mechanisch erzeugten Schwingungen während des kontinuierlichen Fliessens des Gemisches vorgenommen wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Frequenz der mechanisch er zeugten Schwingungen unter 200 000 Hertz liegt, wo bei die Grundfrequenz im Bereich der oberen Grenze der Hörbarkeit liegt. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schwingungsbehandlung durch innerhalb des Gemisches erzeugte hydrodynamische Druckwellen hervorgerufen wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I zur Her stellung von Torfformlingen, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Schwingungsbehandlung aufberei tete Torf zunächst mit anderen Stoffen innigst ge mischt und erst danach geformt und in geformtem Zu stand durch Trocknen verfestigt wird. 5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass dem aufzubereitenden Rohtorf weitere feste Stoffe beigegeben werden und das Ge misch mit den mechanisch erzeugten Schwingungen behandelt wird. 6.

   Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass als weitere feste Stoffe Feinerze, metallurgische Rückstände und/oderfürmetallurgische Prozesse erforderliche Zuschlagstoffe Verwendung finden. PATENTANSPRUCH II Formling, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Wassergehalt von höchstens 25 Gew /o auf weist. UNTERANSPRÜCHE 7. Formling nach Patentanspruch II, hergestellt aus Torf und anderem Feststoff, wie z. B.

   Feinerz, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Wassergehalt unter 10 Gew /o aufweist. B. Formling nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass er einen Wassergehalt unter 5 Gew.o/o aufweist und eine für die hüttenmännische Verarbeitung ausreichende Widerstandsfähigkeit be sitzt. 9. Formling nach Unteranspruch 8, dadurch-ge- kennzeichnet, dass er verkokt ist.

   PATENTANSPRUCH III Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I zur Herstellung von metallurgisch weiterzuverarbeiten den Formkörpern aus erzhaltigen Gemischen von fein verteilten Feststoffen und Flüssigkeit. UNTERANSPRÜCHE 10. Anwendung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass das erzhaltige Gemisch, das der Einwirkung von mechanisch erzeugten Schwingungen unterworfen wird, Bindemittel anorganischer oder organischer Natur, wie z. B. Ton oder Rückstände aus der Zellstoffabrikation, enthält. 11.

   Anwendung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erzhaltige Gemisch, das der Einwirkung von mechanisch erzeugten Schwingungen unterworfen wird, für die Durchführung späterer me tallurgischer Prozesse erforderliche Zuschläge enthält. 12. Anwendung nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erzhaltige Gemisch, das der Einwirkung von mechanisch erzeugten Schwingungen unterworfen wird, für die Durchführung späterer me tallurgischer Prozesse erforderliche Brennstoffe, wie z. B. Torf, enthält. 13.

   Anwendung nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erzhaltige Gemisch, das der Einwirkung von mechanisch erzeugten Schwingungen unterworfen wird, die Brennstoffe in einer Menge enthält, die sowohl für die Reduktion der Erze als auch im wesentlichen für das Schmelzen derselben ausreicht. 14. Anwendung nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erz-Brennstoff-Formlinge nach ihrer Lufttrocknung einem Glühvorgang in re duzierender Atmosphäre unterworfen werden.