CN105209164A - 用于制备优化的颗粒材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制备优化的颗粒材料的方法，所述方法包括下述步骤:A)在制粒混合机中制备颗粒材料，该制粒混合机具有容器和搅拌器,和B)在颗粒材料调节器中粉碎至少一部分的所述颗粒材料，该颗粒材料调节器具有相对于彼此移动的两个元件，使所述颗粒材料传送通过该两个元件之间的间隙。

Description

用于制备优化的颗粒材料的方法

本发明涉及一种用于制备优化的颗粒材料的方法。

制备球形颗粒材料，尤其是粒度通常小于1毫米的颗粒材料，通常涉及使用热制粒过程。在这种情况下，将较粗的固体与大量的液体混合，并在湿磨机中研磨。

作为一种替代，将细粉末与液体混合来形成悬浮液。然后在喷雾干燥器中进行制粒，其中为此目的通过喷嘴系统或热气氛中的离心圆盘将悬浮液雾化。通过热空气在干燥室中干燥所得液滴，该热空气以对流关系通过该液滴。液滴中包含的颗粒聚集在一起，形成颗粒材料。可基于喷嘴几何形貌和工艺参数影响残留水分含量和颗粒材料尺寸分布。已经成熟使用几十年的该方法的优势在于高的100-800微米的颗粒材料产率。但是，该方法的不足是用于喷射操作的大量液体，其首先要将这些液体添加到固体材料，然后又要几乎完全干燥掉。

为了制备用于陶瓷瓷砖的颗粒材料，例如必须使用35％的水分浓度对材料进行喷雾，在这种情况下，为了进一步加工，需要最终水分含量仅为6％。该应用中的典型的喷雾塔的通量容量是10-30吨/小时。

作为其它的替代，已经有在制粒混合机中湿法制粒的方法。通过添加液体在制粒混合机中对干燥的物质混合物进行加湿，然后在剪切负载下制备球形颗粒材料，并在颗粒之间提供液滴桥接。在制粒混合机的容器中设置搅拌器工具，且具有特定的构造，使得容器和搅拌器工具相对于彼此旋转。例如以糊料物质的形式、以悬浮液或纯液体的形式，以通过喷嘴的喷射或喷雾的形式来添加用于制粒操作所需的水分，且水分含量显著低于喷雾干燥器中的喷雾操作所需的水分含量。

因此，在制备用于陶瓷瓷砖的颗粒材料时，喷雾操作中喷雾塔上的水分含量是约35％，而在制粒混合机中其通常是约11-13％,即约为前者的三分之一。

这带来可观的成本节省，因为显著减少了水消耗，因此可更快速和优异得多地实施后续所需的干燥操作。

制粒混合方法的不足在于，取决于机器尺寸和所用的制粒工具,实现0.1-2毫米的颗粒材料尺寸分布，但是与喷雾塔中制备的颗粒材料相比，取决于各机器类型和尺寸和原材料，<1毫米的颗粒材料更低30-60％。

总之，因此应指出，制粒混合机中的颗粒材料制备是显著更廉价的，因为使用显著更少的水，这些水本来要在复杂和昂贵的步骤中再加以去除，但同时制粒混合机中的颗粒材料制备涉及更差的粒度分布。

因此，通常在制备之后，将在制粒混合机中制备的颗粒材料尺寸分布干燥到所需的水分浓度，对于尺寸过大的颗粒即粒度大于所需最大尺寸的颗粒，则进行分离并在干燥条件下粉碎并再次循环进入制粒混合机。但是，取决于所涉及的各应用，制粒混合机中尺寸过大的颗粒的组成比例可为40-70％,这意味着约一半的材料在制备之后再次粉碎并再次输送到制粒混合机。结果，节约的大部分能量和水又损失掉，因为可观量的颗粒材料多次通过该过程。

图1显示现有技术的一种用于制备颗粒材料的方法示意图。通过合适的计量称重加料器3，将制备颗粒材料所需的原材料1和2添加到制粒混合机5。如有需要，可通过水进料4额外地将水引入混合机。在制粒混合机中制备相应的颗粒材料,然后将该颗粒材料排放进入中间容器6，其连续地将水分含量为约12％的制备的颗粒材料递送到流化床干燥器7,从而通过热气体发生器8、使用流化床干燥器7中的进料热空气干燥颗粒材料,来得到6％的残留水分含量。用排气扇13通过过滤器12，将热空气抽吸出流化床干燥器7。过滤器12用来分离出粉尘组分。通过分类器9根据尺寸分离干燥颗粒材料，通过粉碎机11，并通过返回材料料仓14，将尺寸过大的颗粒与来自过滤器12的粉尘一起再次添加到制粒混合机。将具有所需粒度的颗粒材料转移进入容器10，用于中间储存，并从该容器10取出用于进一步的制造过程。

如上所述，可通过使用制粒混合机以非常节能的方式制备颗粒材料,但因为不利的粒度分布尤其是在制备用于陶瓷瓷砖的颗粒材料的情况下,需要将约一半的颗粒材料再次循环到制粒混合机，作为尺寸过大的颗粒被粉碎的形式,这给其通量容量带来负担并又增加功率消耗。

因此，基于所述的现有技术，本发明的目的是提供一种用于制备优化的颗粒材料的方法,其中可以显著更高的产率和显著降低的能量支出，来实现所需的颗粒材料尺寸分布。

根据本发明，通过下述步骤来实现该目的:

A)在制粒混合机中制备颗粒材料，该制粒混合机具有容器和设置在所述容器中的搅拌器工具,和

B)在颗粒材料调节器(conditioner)中粉碎至少一部分的所述颗粒材料，该颗粒材料调节器具有相对于彼此移动的两个元件，其中使所述颗粒材料通过该两个元件之间的间隙。

借助所述颗粒材料通过该两个元件之间的间隙的事实，过大的颗粒材料(即所谓的尺寸过大的颗粒)在颗粒材料调节器中进行粉碎，而已经具有合适粒度的颗粒材料在不被进一步粉碎的情况下移动通过间隙。

测试表明，如果颗粒材料的水分含量是10-15％,优选地是11-13.5％，最佳地是12-13％，则在根据本发明的颗粒材料调节器中的粉碎特别有效。具体来说，在制备用于工业陶瓷的颗粒材料时，规定的水分范围也是在制粒混合机中制备颗粒材料的合适的范围，从而一般来说，可将从制粒混合机输出的颗粒材料直接输送进入颗粒材料调节器，无需添加水分或无需前面的干燥过程，从而粉碎尺寸过大的颗粒。

在优选的实施方式中，设定颗粒材料调节器的间隙宽度，从而间隙宽度基本上对应于待制备的颗粒材料所需的最大粒度，粒度小于间隙宽度的颗粒材料以基本上不被粉碎的形式通过颗粒材料调节器，而粒度大于设定间隙宽度的颗粒材料被粉碎。结果，没有显著增加在后续加工中可能带来麻烦影响的细料(fines)比例，但同时显著降低不想要的尺寸过大的颗粒比例。

特别优选地，选定颗粒材料调节器的间隙宽度，使得离开颗粒材料调节器的颗粒材料中95％的颗粒材料的粒度小于1200微米,优选地小于1000微米，特别优选地小于700微米。

然后，可将通过此种方式调节的材料转移到干燥器，其中可进行干燥到所需加工水分含量。然后，仍然可以通过分类去除优化的颗粒材料中的现在仅有较小比例的尺寸过大的颗粒和从容器壁剥落的常见材料，例如通过保护性筛选，然后可直接进行进一步加工。

已发现，如果间隙的横截面具有圆锥形间隙部分或设置具有多个相继设置的圆锥形间隙部分，可进一步改善该方法。

颗粒材料调节器最好包括圆盘设置，该圆盘设置具有至少一个旋转的圆盘，优选地具有两个旋转的圆盘，其提供从圆盘的径向内部端部到径向外部端部的圆锥形粉碎空间，即所谓的粉碎间隙。可通过调节圆盘之间的间隙间隔，来调节颗粒材料的出口尺寸。在这种情况下，在圆盘的中央优选地通过中空的轴供应颗粒化的湿颗粒材料，通过旋转圆盘、利用离心力来将该颗粒材料通过间隙设置向外传送。

在优选的实施方式中，两个圆盘相对于彼此以相同的方向旋转，在这种情况下，两个圆盘具有不同的圆周速度。

在其它优选的实施方式中，在步骤A)和步骤B)之间，提供进行下述步骤C):根据粒度标准，对步骤A)中制备的颗粒材料进行分类,其中只有具有较大粒度的颗粒材料通过步骤B)加工。这样一来，可显著增加通量，因为这自然使得已经具有所需粒度的颗粒材料无需再引入颗粒材料调节器，从而它们不必进行后续的步骤B)。

在特别优选的实施方式中，在步骤B)之后，进行下述步骤D):根据粒度标准，对步骤B)中制备的颗粒材料进行分类,其中只有具有较小粒度的部分颗粒材料用作该方法的产物，其中优选地多次不连续地或连续地实施该方法，在后续的方法实施中，将具有较大粒度的部分颗粒材料返回到步骤A)中的容器或添加到步骤A)中制备的颗粒材料。

通过下面的优选的实施方式的描述以及附图，本发明的其它益处、特征和可能的应用将变得显而易见，其中：

图1是现有技术的方法的示意图，

图2是根据本发明的方法的第一实施方式的示意图，

图3是根据本发明的方法的第二实施方式的示意图，

图4是根据本发明的方法的第三实施方式的示意图，

图5是根据本发明的方法的第四实施方式的示意图，

图6是所述方法的第五实施方式的示意图，

图7是根据本发明的方法的第六实施方式的示意图，和

图8是根据本发明的方法的第七实施方式的示意图。

图1显示已知的制备过程，并已在上文描述。

图2是根据本发明的方法的第一实施方式的示意图。

只要可能，相同的附图标记用来表示相同的元件。可知，图2所示的实施方式与现有技术的方法的不同之处在于，从中间容器6排出的颗粒材料现在不再直接添加到流化床干燥器7，而是首先添加到颗粒材料调节器15。因此，该调节器设置在制粒混合机和流化床干燥器7之间，并加工来自混合机的所有质量流。犹如在现有技术中，在干燥器下游筛选出仍然存在的尺寸过大的颗粒,粉碎并再次循环到制粒过程。仅仅通过使用颗粒材料调节器，可将尺寸过大的颗粒的比例降低到5-10％,即为现有技术中常见比例的1/5-1/10。由此可知，能带来巨大的能量节省，因为只有小比例的尺寸过大的颗粒仍然在系统中循环，即再次添加到制粒混合机。

图3显示根据本发明的方法的第二实施方式的示意图。与图2所示方法的不同之处在于，在中间容器6下游提供分类器16,在所示实施方式中是筛板的形式并额外具有电加热装置17。可通过分类器16分离良好的颗粒和尺寸过大的颗粒,就这方面而言，只使占颗粒材料的40-50％的尺寸过大的颗粒通过颗粒材料调节器15，而将良好颗粒(50-60％)直接添加到流化床干燥器7。因此，将筛选的良好颗粒和已经在颗粒材料调节器中粉碎的尺寸过大的颗粒的混合物添加到流化床干燥器7。然后，在干燥器下游的分类器9中重新基于粒度进行分离,例如通过在筛选分类器中进行筛选,在粉碎机11中粉碎仍然存在的尺寸过大的颗粒，并和来自干燥器的粉尘一起再次循环到制粒过程，如参考图2所述。与图2的过程相比，这里进一步增加产率，因为颗粒材料调节器只装载一半的质量流。或者，在这种情况下，可使用更小的机器。然而，应指出这里使用了额外的加热的筛选。

图4是根据本发明的方法的第三实施方式的示意图。类似于第一实施方式，在本实施方式中,颗粒材料调节器设置在制粒混合机下游，因此加工来自混合机的整个质量流。然而，在本实施方式中，颗粒材料调节器15的出料没有直接到达流化床干燥器7上，而是首先到达分类器16上,例如为具有电加热装置17的筛选分类器的形式。电加热的筛板分离良好颗粒和尺寸过大的颗粒，并将尺寸过大的颗粒再次直接添加到颗粒材料调节器，仅仅把具有良好颗粒添加到流化床干燥器7。只将从干燥操作分离的粉尘以及通过过滤器12分离的粉尘通过返回材料料仓14再次添加回到制粒混合机。或者，还可将粉尘直接再次添加到良好颗粒，因为许多应用情况下，存在少量粉尘是有益的。该实施方式相对于现有技术的益处在于增加产率，因为无需粉碎机和将尺寸过大的颗粒再次循环到制粒混合机，在流化床干燥器下游无需后筛选,以及颗粒材料调节器也可以更大的间隙宽度操作，这导致更低的能量消耗并允许更高的通量速率。还降低了阻塞的趋势。

该实施方式的不足在于，颗粒材料调节器15现在必须加工甚至更大的质量流，因为将来自分类器16的尺寸过大的颗粒直接再次循环到颗粒材料调节器，以及需要额外地加热的筛选装置，其操作作为分类器16。

图5显示根据本发明的方法的第四实施方式。这里，再次在中间容器6紧邻的下游提供分类器16，其为筛选分类器的形式并具有电加热17,用于分离良好颗粒和尺寸过大的颗粒，并且只把尺寸过大的颗粒组分添加到颗粒材料调节器15。该方法与第二实施方式基本上相应，但在这种情况下，分类器9之后的水分含量为6％的尺寸过大的颗粒没有通过返回材料料仓再次直接添加到颗粒混合机,而是直接添加到颗粒材料调节器15。因此，颗粒材料调节器15必须加工来自混合机的部分质量流和来自分类器9(例如，为筛选分类器的形式)的尺寸过大的颗粒返回流。将从干燥器分离的粉尘通过返回材料料仓14再次添加到制粒过程。这里也无需粉碎机，因为不存在将尺寸过大的颗粒再次循环进入制粒过程。作为交换，在一种实施方式中，需要额外的加热的筛选装置16，17。

图6示意性地显示本发明的第五实施方式。这里，颗粒材料调节器15再次设置在制粒混合机和中间容器6紧邻的下游，并加工来自混合机的整个质量流。此外，还将来自分类器9的干燥的尺寸过大的颗粒添加到颗粒材料调节器15。将从干燥器7分离出的粉尘再次添加到制粒过程。

图7示意性地显示根据本发明的方法的第六实施方式。在本实施方式中，再次将在所示实施方式中显示为筛选分类器的形式并具有电加热17的分类器16设置在中间容器6下游，从而将尺寸过大的颗粒与良好颗粒分离，并只将尺寸过大的颗粒添加到颗粒材料调节器15。然后，将筛选的良好颗粒和在颗粒材料调节器中粉碎的尺寸过大的颗粒的混合物添加到流化床干燥器7。然后，在流化床干燥器7下游的分类器9中根据粒度进行重新分离，并将仍然存在的尺寸过大的颗粒添加到颗粒材料调节器15(不像第二实施方式中添加到制粒操作)。使用空气流从干燥器抽吸出的粉尘不再输送回到混合机，但直接添加到良好颗粒来增加细料组分。因此，颗粒材料调节器15必须加工来自混合机的部分的质量流和来自分类器9的尺寸过大的颗粒返回流。该方法的益处在于简化的安装技术和增加良好颗粒中的细料比例，以在压制模塑中实现良好的表面性质。

图8显示根据本发明的方法的第七实施方式。

该实施方式基本上等同于第六实施方式，但在这种情况下，附图显示连续制粒混合机,即通过合适的质量流调节的计量装置19,20(例如称重传送带或计量螺杆)将原材料直接添加进入制粒混合机21,并通过水连接18与水混合。不连续地操作的计量称重加料器不是必需的。因此，这提供连续的制粒和排放进入分类器16，其例如可为筛选分类器并具有电加热的筛选的形式。其它结构对应于第六实施方式。

在描述的所有方法中，在制粒机中从干燥和粉碎的颗粒原材料制备具有限定的粒度分布的湿颗粒材料，该颗粒原材料具有不同的进口水分含量，为0.1-11％,优选地0.1-4％。可在上游设置的称重容器3引入相应的原材料或直接加入制粒混合机。

一般来说，在计量操作时实施对实际产物水分的测量。在制粒混合机中混合和匀化原材料混合物。在其中没有于计量操作之前测定实际产物水分含量的情况下，制粒混合机中现在的水分含量需要通过水分探针来测定，其可为固定的或移动进入该混合机。进行水分测量，根据目标水分含量和实际水分含量的差异计算所需添加的液体的量,并适当地添加。现在，通过形成液体桥接，制粒混合机提供制粒粉末形式的原材料混合物，从而形成球度大于0.8并且球度尽可能大的颗粒材料。

在优选的实施方式中，可在制粒操作中通过测量探针测定颗粒材料尺寸分布，该测量探针是固定安装的或可移动到位。

当到达预定的混合时间、驱动电机消耗给定量的能量或者关于颗粒材料尺寸分布的测量信号显示到达所需尺寸时，结束制粒操作。

此外，现在可再次测定颗粒化的产物的水分含量，如果其中与所需的水分含量不同，可计算液体校正量，然后添加到下一种加料或接下来的加料中的一种，或从其减去。在制粒混合机的连续操作模式中，可直接对设置在制粒混合机中的材料实施添加校正液体的量。

应理解，计量、称重和制粒不仅可以如上所述的不连续地实施，而且还可以如第七实施方式所述连续地实施。

然后，将颗粒化的产物清空进入中间容器6(仅在不连续过程的情况下)),连续地从该容器取出颗粒材料。

在一些实施方式中，在那之后直接进行基于粒度的分离。在这种情况下，例如可通过筛选分类或具有分离介质气体的流动分类来实施分类。当使用筛时，筛表面必需加热加热，因为如果不进行加热的话，由于高的水分含量，颗粒材料会保持附着在筛上。在使用流动分类进行分离的情况下，此时不用进行显著的干燥。

至少使粗颗粒比例通过颗粒材料调节器15。

然后，将这样调节的颗粒材料和可能在之前筛选的颗粒材料添加到干燥器，干燥器将水分降低到加工水分水平。

在所述方法中制备的颗粒材料中，应使粒度<100微米的比例小于30％,优选地小于20％，最好小于10％。

此外，颗粒化的产物的平均粒度直径应<1500微米,优选地<1000微米，特别优选地<400微米。

颗粒化的产物中95％的颗粒化得产物的粒度应小于1200微米,优选地小于1000微米，特别优选地小于700微米。

附图标记列表

1)原材料

2)原材料

3)称重容器/计量称重加料器

4)水进料

5)制粒混合机

6)中间容器

7)流化床干燥器

8)热气体发生器

9)分类器

10)容器

11)粉碎/接收装置

12)过滤器

13)排气扇

14)返回材料料仓

15)颗粒材料调节器

16)筛分类器

17)电加热器

18)水连接

19)计量装置

20)计量装置

21)连续制粒混合机

Claims (12)

1.一种用于制备优化的颗粒材料的方法，所述方法包括下述步骤:

A)在制粒混合机中制备颗粒材料，该制粒混合机具有容器和搅拌器工具,和

B)在颗粒材料调节器中粉碎至少一部分的所述颗粒材料，该颗粒材料调节器具有相对于彼此移动的两个元件，其中使所述颗粒材料通过该两个元件之间的间隙。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B)中所述颗粒材料的水分含量是10–15％,优选地是11–13.5％，最好是12–13％。

3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤A)和步骤B)之间进行下述步骤C)：

步骤C)根据粒度标准，对步骤A)中制备的颗粒材料进行分类,其中只有具有较大粒度的部分颗粒材料通过步骤B)加工。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤B)之后进行下述步骤D)：

步骤D)根据粒度标准，对步骤B)中制备的颗粒材料进行分类,其中只有具有较小粒度的部分颗粒材料用作该方法的产物，其中优选地多次不连续地或连续地实施该方法，在后续的方法实施中，将具有较大粒度的部分颗粒材料返回到步骤A)中的容器或添加到步骤A)中制备的颗粒材料。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤D)中进行分类成3种粒度类型，将具有中间粒度的部分用作该方法的产物,其中优选地不连续地或连续地多次实施该方法，在后续的方法实施中，在步骤A)中将具有最小粒度的颗粒材料部分和具有最大粒度的部分输送到所述容器中。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，选定所述颗粒材料调节器的间隙宽度，从而该方法产物中95％的产物的平均粒度<1200微米,优选地<1000微米，特别优选地<700微米。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，选定所述颗粒材料调节器的间隙宽度，从而所述方法的产物中粒度<100微米的产物的比例小于30％,优选地小于20％，最好小于10％。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述间隙具有一个圆锥形间隙部分或多个圆锥形间隙部分。

9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所用的所述颗粒材料调节器是具有两个圆盘和颗粒材料进口的颗粒材料调节器，该两个圆盘可相对于彼此旋转并以基本上相互平行的关系设置，颗粒材料可通过该颗粒材料进口输送进入该两个圆盘之间的环形间隙。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述两个圆盘相对于彼此沿着相同的方向旋转，其中优选的所述两个圆盘以不同的圆周速度移动。

11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤A)中，所述容器绕着旋转轴线旋转，其中优选地所述搅拌器工具不和所述容器一起旋转。

12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，不连续地或连续地多次实施所述方法,在实施步骤A)过程中或之后，测定颗粒材料的实际水分含量，测定实际水分含量和预定的目标水分含量之间的差异，并由此计算校正液体的量，其中在后续地实施该方法时，额外地将所述量的校正液体添加到制粒混合机，或者在添加的水的量中减去该校正液体的量。