DE10132072C1

DE10132072C1 - Verfahren und Vorrichtung zur direkten Kühlung von Pigmenten nach einer Dampfstrahlmahlung

Info

Publication number: DE10132072C1
Application number: DE2001132072
Authority: DE
Inventors: Gerhard Auer; Dirk Weber; Werner Schuy; Frank Wittekopf
Original assignee: Individual
Current assignee: AUER, GERHARD, DR., 47800 KREFELD, DE; SCHUY, WERNER, 47918 TOENISVORST, DE; Weber Dirk 47495 Rheinberg De; Wittekopf Frank 47918 Toenisvorst De
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: ZA200400055B

Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zur Dampfstrahlmahlung von Pigmenten und anschließende Abfüllung der gemahlenen Pigmente in Schüttgutverpackungen, wobei die Pigmente zwischen dem Verfahrensschritt der Dampfstrahlmahlung und dem Verfahrensschritt der Abfüllung durch Zugabe eines Kühlmediums in Gestalt von niedrig siedenden, kondensierten Gasen oder daraus erhaltenen kalten Gasen direkt gekühlt werden. DOLLAR A Offenbart wird außerdem eine Vorrichtung zur direkten Kühlung der Pigmente sowie in Schüttgutverpackungen befindliche Pigmente mit einem gegenüber Luft geringeren Sauerstoffgehalt in der Gasphase zwischen den Pigmentteilchen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur direkten Kühlung von Pigmenten nach einer Dampfstrahlmahlung gemäß dem Oberbegriff der der Ansprüche 1 und 17.

Für die Mahlung sehr feinteiliger Feststoffe mit Partikelgrößen im Bereich von 1 µm oder dar unter wird häufig die Technik der Strahlmahlung verwendet. Bei der Strahlmahlung handelt es sich um eine Prallmahlung, bei der das Mahlgut in einem schnellen Gasstrom beschleunigt und durch Prall gegeneinander oder gegen eine Prallwand zerkleinert wird. Der Mahleffekt hängt dabei entscheidend von Stoßgeschwindigkeit bzw. Stoßenergie ab.

Neben Ovalrohrstrahlmühlen und Gegenstrahlmühlen haben die Spiralstrahlmühlen breite Ver wendung im großtechnischen Bereich gefunden. Die Spiralstrahlmühle besteht in der Regel aus einer flachen zylindrischen Mahlkammer, in deren Umfang meist 6-8 Mahldüsen mit einem Winkel von 30° bis 75° zur Tangente eingelassen sind. In diese Mahlkammer wird das Mahlgut eingetragen, von den Mahlstrahlen erfasst, beschleunigt und dabei zerkleinert. Für die Mahlstrahlen wird üblicherweise Druckluft oder überhitzter Dampf verwendet.

An die Mahlzone schließt sich zum Auslass in der Mahlkammermitte hin ein Sichtungsbereich an, wo grobe Partikel durch die Zentrifugalkräfte am Verlassen des Mahlraums gehindert wer den.

Bei der Mahlung von Feststoffen, für deren Zerkleinerung bzw. Desagglomerierung ein beson ders hoher Energieeintrag oder ein besonders hoher Zerteilungsgrad benötigt wird, wie z. B. ihr verschiedene anorganische Pigmente, wird üblicherweise das Verfahren der Dampfstrahlmahlung mit überhitztem Dampf als Mahlmedium verwendet. Auf diese Weise können Strömungs geschwindigkeiten von deutlich über 1200 m/s erreicht werden, während bei der Luftstrahlmah lung die Geschwindigkeit der Luftströmung ca. 600 m/s erreicht (E. Muschelknauz, G. Giersie pen, N. Rink, Chemie-Ingenieur-Technik 42 (1970), 6-15; B. Beke, Maschinenmarkt, Würzburg, 84 (1978), 1050-1053).

Ein Verfahren zur Herstellung von Titandioxidpigmenten, bei dem das Titandioxid abschließend einer Dampfstrahlmahlung unterzogen wird, wird in DE 195 36 657 A1 be schrieben.

Nach Verlassen der Strahlmühle erfolgt üblicherweise eine Abscheidung des Pigments von der Gasphase (überwiegend Wasserdampf) mittels Zyklon oder Staubfilter. Anschließend kann das gemahlene Pigment entweder in einem Silo zwischengelagert oder aber mechanisch oder pneu matisch zum Zwecke der Lagerung, Abfüllung in Verpackungen oder aber zur direkten Verwen dung weiter gefördert werden.

Die Temperatur des Pigment-Gas-Gemisches nach einer Luftstrahlmahlung liegt meist im Be reich der Umgebungstemperatur. Bei einer Dampfstrahlmahlung liegt die Temperatur des Pig ment-Gas-Gemisches meist im Bereich von ca. 200 bis 300°C. Nach Abscheidung des Pigments vom Wasserdampf mittels Zyklon oder Staubfilter liegt die Temperatur der wasserdampfhaltigen Pigmentschüttung typischerweise im Bereich von ca. 200 bis 250°C. Durch Zwischenlagerung in Silos oder bei der mechanischen oder pneumatischen Förderung tritt zwar noch eine gewisse Abkühlung ein, jedoch weisen die Pigmente zum Zeitpunkt des Befüllens von Säcken oder ande ren Verpackungen häufig noch Temperaturen von um die 100°C oder mehr auf. Dies kann zu zahlreichen Problemen oder Nachteilen führen, wie z. B.

- Starker Verschleiß von temperaturempfindlichen Anlageteilen wie z. B. Gummidichtungen oder Quetschventile.
- Beschädigungen von Verpackungen wie z. B. Papier- oder Kunststoffsäcken durch zu hohe Temperatur der Pigmente
- niedriges Schüttgewicht der Pigmente zum Zeitpunkt der Abfüllung
- schlechtes Entlüftungsverhalten bei der Befüllung von Verpackungen, Produktsilos und Silo fahrzeugen aufgrund der vergleichsweise hohen Viskosität der heißen Gasphase
- niedrige Füllmenge von Verpackungen, Produktsilos und Silofahrzeugen
- zeitaufwändigere Befüllung von Verpackungen, Produktsilos und Silofahrzeugen
- Beschädigungen von Verpackungen (z. B. Papiersäcke) durch zu hohes Füllvolumen
- starke Staubneigung bei der Abfüllung der Pigmente in Schüttgutverpackungen
- optisch wenig ansprechendes Erscheinungsbild von Säcken und Paletten
- Kondensationseffekte innerhalb von Paletten mit Schrumpfhaube
- durch heiße Oberfläche der Pigmentverpackungen Beeinträchtigung der Arbeitssicherheit bei der weiteren Handhabung (z. B. Verladung oder Transport)

Die genannten Probleme oder Nachteile können dabei sowohl einzeln als auch in Kombination auftreten. Einige der genannten Probleme oder Nachteile sind dabei naheliegend, wenn heiße Feststoffe gehandhabt und in Schüttgutverpackungen abgefüllt werden müssen, andere der ge nannten Probleme oder Nachteile (z. B. niedriges Schüttgewicht, schlechtes Entlüftungsverhal ten) sind jedoch spezifisch für die Handhabung und Abfüllung von sehr feinteiligen, heißen, pul verförmigen Feststoffen, wie z. B. dampfstrahlgemahlenen Pigmenten, in Schüttgutverpackun gen.

Der Kühleffekt von Pigmenten durch die Zugabe von Luft von Umgebungstemperatur, z. B. bei einer pneumatischen Förderung der Pigmente, ist aufgrund der geringen Temperaturdifferenz und der geringen Wärmekapazität der Luft begrenzt. Daraus resultiert, dass selbst bei Verwen dung von großen Luftmengen die Temperaturabsenkung vergleichsweise gering ist und demzu folge die oben beschriebenen Nachteile nur unwesentlich abgemildert werden.

Eine sehr große Menge an Luft kann zwar eine signifikante Temperaturabsenkung bewirken, jedoch weist diese Vorgehensweise erhebliche Nachteile bezüglich Abtrennung der Gasphase von den Pigmenten sowie bezüglich Abfülleigenschaften und Betriebskosten auf. Zudem steigt die Gefahr einer Kontamination der Pigmente durch Feuchtigkeit, Staub, Kohlendioxid, Schwe fel- oder Stickoxide, Ölspuren oder andere Verunreinigungen aus der Luft.

Konvektionskühlung über einen längeren Zeitraum ist ebenfalls nachteilig wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit der meisten Pigmente und demzufolge einer unverhältnismäßig langen Bloc kierung von Schüttgutbehältern. Dies kann zu einer signifikanten Verringerung der Produktions kapazität führen.

In DE 34 14 035 A1 ist das indirekte Kühlen eines staubhaltigen Gases beschriebe bei dem das Gas über mit einer Wärmespeichermasse gefüllte Regeneratoren geleitet wird.

Diese oder vergleichbare Verfahren zur indirekten Kühlung durch Kühlflächen oder Wärmetau scher sind wenig zweckmäßig, da hierfür erhebliche Wärmeübergangsflächen bereitgestellt wer den müssten. Bei diesem in DE 34 14 035 A1 beschriebenen Verfahren ist zudem die Staubbeladung der Gase mit ca. 20 mg/m³ sehr gering und nicht vergleichbar mit den in der Pigmenttechnik üblichen Pigment-Gas-Mischungsverhältnissen bei der beabsichtigten Abfüllung in Schüttgut verpackungen (häufig mehrere kg/m³). Erfahrungsgemäß steigt bei höheren Pigmentgehalten in der Gasphase die Gefahr von Anbackungen an den kühlenden Kontaktflächen.

Die Verwendung von Kühlschnecken zur indirekten Kühlung von Pigmenten findet verschie dentlich Anwendung, jedoch sind auch hier die Nachteile bezüglich Anbackungen, Betriebssi cherheit und Investitionskosten erheblich.

In DE 37 13 571 A1 wird eine Vorrichtung zum Befüllen von Kunststoffsäcken mit pulverförmigen oder granulierten Materialien beschrieben, wobei die befüllten Säcke ver schweißt und in eine Kühlzone gebracht werden, um die Stabilität der Schweißnaht zu gewähr leisten.

Da die hier beschriebene Kühlung erst nach der Befüllung in Säcke vorgenommen wird, ist sie nicht geeignet, die oben genannten Nachteile zu vermeiden.

In US 3664385 wird ein mechanisches Verdichten von Pulvern für die Befül lung von Verpackungen beschrieben, wobei zum Entstauben auch ein Impuls von gekühlter Luft verwendet werden kann.

Für Pigmente mit den spezifischen Anforderungen bezüglich Dispergierbarkeit und Feinteilig keit ist dieses Verfahren weniger geeignet, da durch das mechanische Verdichten die Gefahr einer Reagglomeration besteht und dadurch der durch die Dampfstrahlmahlung beabsichtigte Zweck wieder teilweise aufgehoben werden kann.

In US 4619113 wird eine direkte Kühlung von Waschpulver in einem Silo mit Hil fe von flüssigem Stickstoff beschrieben, um anschließend die Zugabe temperaturempfindlicher Waschpulveradditive ermöglichen zu können.

Da die mittlere Teilchengröße des zu kühlenden Waschpulvers 500 µm beträgt (Spalte 1, Zeilen 24-25), liefert dieses in US 4619113 beschriebene Verfahren weder einen Hinweis auf die be sonderen Probleme bei der Abfüllung von sehr feinteiligen, pulverförmigen Feststoffen in Schüttgutverpackungen noch auf deren Lösung.

In DE 39 41 262 wird eine direkte Kühlung einer pulverförmigen Substanz mit Hilfe von flüssigem Stickstoff beschrieben, wobei der Pulverstrahl vor dem Kontakt mit dem flüssigen Stickstoff durch mechanische Einbauten zerstreut wird.

In DE 36 23 724 A1 wird eine direkte Kühlung von Zement mit Hilfe von flüssigem Stickstoff beschrieben, wobei der Zement gleichzeitig mit dem flüssigen Stickstoff in ein Zementsilo eingeblasen wird.

Diese in DE 39 41 262 und DE 36 23 724 A1 beschriebenen Verfahren geben weder Hinweise auf die spezifischen Anforderungen von Pigmenten bezüglich Dispergierbarkeit und Feinteiligkeit noch Hinweise auf die oben genannten pigmentspezifischen Probleme und deren Lösung bei der Handhabung und Abfüllung von Pigmenten in Schüttgutverpackungen.

In US 3330046 wird der Wärmeaustausch zwischen Gasen und feinteiligen Feststoffen mit einer Teilchengröße von weniger als 50 µm beschrieben, wobei eine Vorrichtung bestehend aus meh reren miteinander verbundenen Kammern verwendet wird, durch welche der Gas- und Fest stoffstrom in Gegenrichtung erfolgt.

Die hierfür verwendete Anlage ist aufwendig und es wird eine große Menge an Kühlgas benö tigt. Das Verfahren weist demzufolge ähnliche Nachteile wie bei der oben beschriebenen Küh lung mit großen Luftmengen auf. Es finden sich auch keine Hinweise auf die oben genannten pigmentspezifischen Probleme und deren Lösung bei der Handhabung und Abfüllung von Pig menten in Schüttgutverpackungen.

In EP 611 928 A1, EP 501 495 A1 und DE 38 33 830 A1 wird eine direkte Kühlung von Mahlgut mit niedrig siedenden, kondensierten Gasen beschrieben. Diese Kühlung erfolgt jedoch vor der Mahlung zur Optimierung des eigentlichen Mahlprozesses durch Erhöhung der Sprödigkeit des Mahlguts und führt demnach nicht zu einer Lösung der oben be schriebenen Probleme.

Die meisten der genannten Verfahren zielen darauf ab, durch unterschiedliche Varianten einer Kühlung offensichtliche thermische Folgeprobleme zu mindern. Explizite Hinweise auf die spe zifischen Anforderung von Pigmenten, z. B. die sehr hohen Anforderungen hinsichtlich Feintei ligkeit und Dispergierbarkeit, und die damit verbundenen Probleme bei der Abfüllung in Schütt gutverpackungen finden sich jedoch nicht.

Nachteilig bei den genannten Verfahren ist deshalb, dass sie die beschriebenen Probleme bei der Handhabung und Abfüllung von Pigmenten in Schüttgutverpackungen nicht oder nur zu einem geringen Teil beseitigen. Dies gilt in besonderem Maße für die beschriebenen pigmentspezifi schen Probleme.

Aufgabe war es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches es ermöglicht, eine Mischung bestehend aus einem Pigment und einem Gas, wie sie im Anschluss an eine Dampfstrahlmahlung auftritt, auf eine solche Weise zu behandeln, dass die oben beschriebenen Nachteile bei der Handhabung der gemahlenen Pigmente und bei der Abfüllung in Schüttgutverpackungen ganz oder zumindest weitgehend vermieden werden.

Aufgabe war es weiterhin, bei der Handhabung der dampfstrahlgemahlenen Pigmente und der Abfüllung in Schüttgutverpackungen ein möglichst geringes Gasvolumen zu verwenden, um den Aufwand bei der Abtrennung des Gases und dessen Entstaubung möglichst gering zu halten.

Daneben war es Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der die Abkühlung einer Mi schung bestehend aus einem Pigment und einem Gas in einfacher und effizienter Weise bewerk stelligt werden kann.

Daneben war es Aufgabe, in Schüttgutverpackungen befindliche Pigmente mit einem gegenüber Luft geringeren Anteil an Sauerstoff in der Gasphase zwischen den Pigmentpartikeln herzustel len.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 17 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet eine direkte Kühlung des Mahlgutes durch ein Kühlmedium im Anschluss an eine Dampfstrahlmahlung und vor der Abfüllung des Mahlguts in Schüttgutverpackungen oder mobile Schüttgutbehälter statt, wobei das Kühlmedium entweder aus einem oder mehreren verschiedenen niedrig siedenden, kondensierten Gasen besteht oder aus einem kalten Gas oder Gasgemisch besteht, welches mit Hilfe eines oder mehrerer verschiedener niedrig siedender, kondensierter Gase erzeugt wurde, oder wobei das Kühlmedium aus einem kalten Gas oder Gasgemisch besteht, welches mit Hilfe eines oder mehrerer verschiedener nied rig siedender, kondensierter Gase vorgekühlt wurde. Von besonderer Bedeutung ist dieses Ver fahren für die Kühlung und anschließende Abfüllung des Mahlguts in kleinere Schüttgutverpac kungen, z. B. handelsübliche Papiersäcke, Kunststoffsäcke, Beutel, Fässer oder andere Kleinge binde aus unterschiedlichen Materialien.

Als Kühlmedium eignen sich alle Verbindungen, welche in Bezug auf das betreffende Pigment ein inertes Verhalten aufweisen. Dies können beispielsweise Edelgase, Kohlendioxid, Stickstoff, Sauerstoff oder Mischungen der genannten Stoffe (z. B. Luft) sein.

Besonders eignen sich flüssiger Stickstoff, flüssige Luft oder flüssiges Kohlendioxid. Auch fe stes Kohlendioxid eignet sich, besonders wenn es in feinverteilter Form vorliegt.

Die angestrebte Temperatur für die zu kühlenden Pigmente bzw. die zu kühlende feststoffhaltige Mischung hängt naturgemäß von der Art der Pigmente und den Qualitätsanforderungen an diese ab. Bevorzugt wird Art und Menge des Kühlmediums so gewählt, dass die zu kühlenden Pig mente um mindestens 20°C, bevorzugt um mindestens 50°C abgekühlt werden. Bevorzugt wird eine Abkühlung durch die direkte Kühlung auf maximal 100°C, besonders bevorzugt auf maxi mal 70°C.

Bevorzugt enthält das für die direkte Kühlung verwendete Kühlmedium weniger als 0,0001 Mas senanteile Wasser. Auf diese Weise kann der Taupunkt der Pigment-Gas-Mischung abgesenkt werden, was in einer verminderten Neigung der Pigmente zur Ausbildung von Agglomeraten niederschlägt. Beispielsweise kann durch Verwendung von flüssigem Stickstoff mit seinem ex trem geringen Gehalt an Wasser der Taupunkt in der Pigmentschüttung vorteilhaft abgesenkt werden.

Die Kühlung des Mahlgutes kann prinzipiell an verschiedenen Stellen des Prozesses erfolgen, beispielsweise direkt hinter der Dampfstrahlmühle, nach einer Abscheidevorrichtung wie z. B. einem Staubfilter oder einem Zyklon in Förderleitungen oder unmittelbar vor der Abfüllung in Schüttgutverpackungen. Es kann vorteilhaft sein, wenn das Kühlmedium erst dann zugegeben wird, wenn der Wasserdampfpartialdruck der Gasphase des Mahlguts beispielsweise aufgrund von teilweisem Austausch oder Verdünnen des Wasserdampfs durch Luft bereits hinreichend niedrige Werte aufweist, um ein Unterschreiten des Taupunktes infolge der direkten Kühlung zu vermeiden.

Bevorzugt wird nach der Dampfstrahlmahlung ein Teil der wasserdampfhaltigen Gasphase zu nächst von den gemahlenen Pigmenten abgetrennt und anschließend die gemahlenen Pigmente durch direkte Kühlung mit Hilfe eines Kühlmediums abgekühlt. Diese Abtrennung eines Teils der wasserdampfhaltigen Gasphase erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Zyklons und/oder eines Staubfilters.

Die erfindungsgemäße direkte Kühlung durch ein Kühlmedium kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Kühlmedium in eine Förderleitung zur pneumatischen der Pigmente hinzudo siert wird. Es kann auch vorteilhaft sein, das Kühlmedium an mehreren verschiedenen Stellen zuzudosieren, um besonders starke Temperaturabsenkungen zu erzielen. Auf diese Weise kann das Kühlmedium gegebenenfalls auch einen wesentlichen Beitrag zur pneumatischen Förderung leisten.

Die Eindüsung des Kühlmediums in eine Förderleitung kann sowohl in Strömungsrichtung als auch gegen die Strömungsrichtung erfolgen, je nachdem, ob eine starke oder geringe Verwirbe lung des Kühlmediums angestrebt wird.

Die Vorrichtung zur erfindungsgemäßen direkten Kühlung der Pigmente nach einer Dampfstrahlmahlung besteht aus einem Vorratsbehälter für niedrig siedende kondensierte Gase, einer isolierten Verbindungsleitung zwischen Vorratsbehälter und Förderleitung zur pneumati schen Förderung der Pigmente, einer Düse zur Einbringung der niedrig siedenden kondensierten Gase in die Förderleitung und einer Steuer- und Regeleinrichtung.

Dieses Verfahren der erfindungsgemäßen direkten Kühlung hat gegenüber dem Verfahren einer indirekten Kühlung über Kontaktflächen den Vorteil, dass keine großen Kontaktflächen zur Wärmeübetragung benötigt werden. Daneben erfolgt die Abkühlung wesentlich schneller als bei einer indirekten Kühlung, was sich insbesondere dann besonders vorteilhaft auswirkt, wenn es sich um ein temperaturempfindliches Mahlgut handelt oder wenn große Temperaturabsenkungen in kurzer Zeit angestrebt werden.

Demgegenüber besteht bei der indirekten Kühlung aufgrund von vergleichsweise großen Tempe raturgradienten im zu kühlenden Material das Risiko von lokaler Kondensation, insbesondere im Bereich der Kühlflächen.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber einer Kühlung mit großen Mengen an Luft von Umgebungstemperatur besteht zum einen darin, dass durch die direkte Kühlung bei Verwendung von niedrig siedenden kondensierten Gasen aufgrund deren Verdampfungsenthal pie ein wesentlich schnellerer und stärkerer Abkühleffekt erreicht werden kann.

Zum anderen wird beim erfindungsgemäßen Verfahren eine geringeres Volumen an Gasphase benötigt, was die Abtrennung der Gasphase vom Pigment vor bzw. bei der Befüllung von Schüttgutverpackungen wesentlich vereinfacht. Außerdem verringert sich der Aufwand für die Entstaubung des Gases erheblich.

Daneben wird eine Kontaminierung der Pigmente durch Feuchtigkeit, Staub, Kohlendioxid, Schwefel- oder Stickoxide, Ölspuren oder andere Verunreinigungen aus der Luft verringert oder vermieden. Insbesondere bei einer basischen Oberfläche der Pigmente (z. B. nach einer chemi schen Behandlung mit entsprechenden Verbindungen) kann bei Verwendung großer Mengen an Luft eine unerwünschte Neutralisierung der Oberfläche durch die sauren Komponenten der Luft erfolgen.

Schließlich wird durch die Aufnahmekapazität für Feuchtigkeit des in der Regel sehr trockenen Kühlmediums die Restfeuchte der Pigmente reduziert.

Obwohl die kryogene Kühlung von Pigmenten mittels niedrig siedender, kondensierter Gase durch verhältnismäßig hohe Kosten für das Kühlmedium gekennzeichnet ist, wird dieser Effekt bei näherer Betrachtung überraschenderweise durch eine ganze Reihe von Vorteilen dieser Ver fahrensweise überkompensiert. Beispielsweise können sich durch die niedrigere Temperatur des Pigment-Gas-Gemisches und durch den geringeren spezifischen Gasanteil (bezogen auf Pig ment) folgende Vorteile ergeben:

- Weniger Verschleiß von temperaturempfindlichen Anlageteilen wie z. B. Gummidichtungen
- Weniger Beschädigungen von temperaturempfindlichen Verpackungen wie z. B. Papiersäc ken, Kunststoffsäcken wegen niedrigerer Temperatur der Pigmente
- Wegen geringerer thermischer Belastung Möglichkeit zur Verwendung preisgünstigerer Ver packungen
- höheres Schüttgewicht der Pigmente zum Zeitpunkt der Abfüllung
- besseres Entlüftungsverhalten bei der Befüllung von Verpackungen, Produktsilos und Silo fahrzeugen aufgrund der niedrigeren Viskosität der Gasphase
- höhere Füllmenge von Verpackungen, Produktsilos und Silofahrzeugen
- schnellere Befüllung von Verpackungen, Produktsilos und Silofahrzeugen
- weniger Beschädigungen von Verpackungen (Papiersäcken) durch zu hohes Füllvolumen
- geringere Staubneigung bei der Abfüllung der Pigmente in Schüttgutverpackungen
- geringeres Gasvolumen bei pneumatischer Förderung bzw. Kühlung; deshalb kleinere Filter fläche zur Entstaubung des Gases bzw. höhere Abfüllkapazität bei konstanter Filterfläche
- optisch ansprechenderes Erscheinungsbild, beispielsweise von Säcken und Paletten
- Geringere Feuchtigkeit im Produkt durch Aufnahmekapazität des Kühlmediums
- Weniger Kondensation innerhalb von Paletten mit Schrumpfhaube
- Verbesserung der Arbeitssicherheit durch die niedrigere Temperatur der abgepackten Pig mente bei der weiteren Handhabung (z. B. Verladung oder Transport)

Die spezifischen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, dass wesentliche Anforderungen an die Pigmente wie gute Dispergierbarkeit, gute optische Eigenschaften und gute Handhabung der gemahlenen Pigmente bei der Abfüllung in Schüttgutverpackungen gleich zeitig erfüllt werden können. Gerade die rheologischen Eigenschaften bzw. die Handhabungsei genschaften von Pigmenten hängen stark von deren Temperatur ab. So ist beispielsweise das Schüttgewicht von Pigmenten, welche bei niedriger Temperatur in die üblicherweise verwende ten Verpackungen wie Säcke, Fässer, Big Bags oder Silos abgefüllt werden, signifikant höher im Vergleich zum gleichen Produkt, welches bei höherer Temperatur in diese Verpackungen abge füllt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung von Pigmenten hat nicht nur einen geringeren Anteil an Fehlchargen, wie z. B. geplatzte Säcke, zur Folge, sondern weist als weitere Vorteile auch einen zuverlässigeren Betrieb, eine erhöhte Kapazität von Abfüllvorrichtungen sowie eine geringere Staubneigung auf und hat ein ansprechenderes optisches Erscheinungsbild von einzel nen Säcken oder Paletten zur Folge.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in besonderer Weise für Titandioxidpigmente we gen des starken Einflusses der Temperatur auf Parameter wie das Schüttgewicht bei der Abfül lung. Insbesondere für solche Titandioxidqualitäten, welche zur Einfärbung von Kunststoffen oder für Dispersionfarben verwendet werden und aufgrund ihrer spezifischen Zusammensetzung ein besonders niedriges Schüttgewicht aufweisen, erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren als besonders vorteilhaft. Auf diese Weise kann auf alternative Verfahren wie z. B. eine Granulie rung oder Pelletierung verzichtet werden.

Auch kann sich bei organisch beschichteten Pigmenten durch hohe Temperaturen leicht ein nachteiliger Einfluss auf die Zersetzungsneigung organischer Additive auf der Pigmentoberflä che (Mahlhilfsmittel) ergeben, was sich insbesondere auf den Farbton nachteilig auswirken kann. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls vermieden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch gut für Eisenoxidpigmente. Die Vorteile sind hier zum einen ähnlich wie bei Titandioxidpigmenten. Bei oxidierbaren Eisenoxidpigmenten, z. B. Eisenoxidpigmente in der Magnetitmodifikation, kommt jedoch noch hinzu, dass durch Verwendung von nicht-oxidierenden Gasen wie z. B. CO₂ oder N₂ als Kühlmedium die Oxidationsneigung im Verlauf der Verarbeitung und Lagerung durch die teilweise oder weitgehende Verdrängung von Luftsauerstoff durch das Kühlmedium unterbunden werden kann. Zusätzlich wird durch die niedrigen Temperaturen, wie sie durch das erfindungsgemäße Verfahren bei der Abfüllung in Säcke erzielt werden, die Reaktivität dieser Pigmente gegenüber Restanteilen von Luftsauerstoff deutlich verringert.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit in manchen Fällen möglich, auch sol che Pigmente, welche üblicherweise nicht mittels Dampfstrahlmühlen gemahlen werden können, mit dieser ausgesprochen wirkungsvollen Mahltechnik zu zerkleinern.

Da Pigmente je nach spezifischer Zusammensetzung ein deutlich unterschiedliches rheologisches Verhalten zeigen können, kann durch geeignete Wahl der Zugabe des Kühlmediums und damit der Temperatur eine gezielte Beeinflussung der Fördereigenschaften vorgenommen werden. Je nach Art des Pigments kann eine Kühlung vor der pneumatischen oder mechanischen Förderung oder erst nach der Förderung günstiger sein. Auch kann eine Kühlung erst unmittelbar vor der Abfüllung in Schüttgutverpackungen vorteilhaft sein.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die für die pneumatische Förderung verwendete Förderluft abzukühlen und mit dieser kalten Förderluft als Kühlmedium eine direkte Kühlung der Pigmente vorzunehmen. Die Temperatur der Förderluft kann hierbei derart gewählt werden, dass nach Mischung mit den zu kühlenden Pigmenten die gewünschte Endtemperatur erreicht wird. Die Abkühlung der Förderluft kann beispielsweise mit Hilfe eines Wärmetau schers oder durch direkte Einspeisung von niedrig siedenden kondensierten Gasen oder festem Kohlendioxid in die Förderluft erfolgen. Die Kühlung der Förderluft mittels Wärmetauscher kann dabei nach beliebigen dem Fachmann geläufigen Methoden erfolgen. Besonders vorteilhaft bei dieser Verfahrensweise ist, dass die indirekte Kühlung hier an einem feststofffreien Gas er folgt und das Pigment-Gas-Gemisch direkt gekühlt wird.

Die Kühlung der für die pneumatische Förderung verwendeten Förderluft vor dem Kontakt mit den zu kühlenden Pigmenten kann verfahrenstechnisch günstiger sein als die Kühlung eines fest stoffhaltigen Gases wie es nach Vermischung der Förderluft mit den zu fördernden Pigmenten entsteht.

Es ist auch möglich, die beschriebenen Varianten miteinander zu kombinieren. Beispielsweise kann sowohl eine Kühlung der Förderluft (direkt oder indirekt) und mit dieser eine direkte Küh lung des Pigment-Gas-Gemischs erfolgen als auch zusätzlich eine direkte Kühlung des Pigment- Gas-Gemischs (z. B. mit niedrig siedenden kondensierten Gasen) vorgenommen werden.

Unabhängig von Art des Kühlmediums ist beim erfindungsgemäßen Verfahren der direkten Kühlung von Pigmenten die Möglichkeit der gezielten Steuerung und Regelung des Gesamtpro zesses hinsichtlich temperaturabhängiger Parameter besonders vorteilhaft. Beispielsweise kann durch Regelung der Zugabemenge oder -temperatur des Kühlmediums produktabhängig eine optimale und konstante Temperatur der Pigmente eingestellt und damit z. B. die Fördereigen schaften oder die Eigenschaften bei Befüllung von Schüttgutverpackungen gezielt gesteuert, op timiert und konstant gehalten werden.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn mehrere Dampfstrahlmühlen parallel betrieben werden und der auf diese Weise erzielte hohe Durchsatz an Pigment nur unzu reichend durch Konvektionskühlung oder andere herkömmliche Verfahren in seiner Temperatur abgesenkt werden kann.

Die Abfüllung der Pigmente in Papier- oder Kunststoffsäcke erfolgt üblicherweise über ein Ab füllsilo mit Hilfe von Feststofffördersystemen. Bei Temperaturen von 100°C und mehr, wie sie bei der herkömmlichen Abfüllung von Pigmenten nach einer Dampfstrahlmahlung vorkommen können, scheidet die Verwendung von preisgünstigen Kunststoffsäcken (z. B. aus Polyethylen oder Polypropylen) aus. Lediglich spezielle und teure Kunststoffsäcke mit einer hohen Tempe raturstabilität können hierfür verwendet werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch möglich, anstelle dieser teuren Kunst stoffsäcke preisgünstige Polyethylen- oder Poplypropylensäcke zu verwenden. Hierfür ist in der Regel eine Kühlung auf Temperaturen im Bereich von 60°C oder weniger notwendig.

Auch die Verwendung von preisgünstigeren Papiersäcken mit einer geringeren Stabilität oder von Papiersäcken mit einer Kunststoff-Einlage oder Kunststoffkomponenten im Verschließbe reich wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.

Ebenfalls ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung anderer Packmittel, die gegenüber den nach dem Stand der Technik auftretenden Temperaturen nicht beständig sind, z. B. Big Bags auf Basis von Kunststoffen mit geringer thermischer Belastbarkeit oder andere temperaturempfindliche Kunststoffverpackungen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Pigmente können zur Einfärbung von Farben, Lacken, Pa pier, Kunststoffen, Fasern, Gummi oder Baustoffen verwendet werden.

Beispiel 1

Ein nach dem Stand der Technik hergestelltes nachbehandeltes und getrocknetes Titandi oxidpigment wird in einer Dampfstrahlmühle mikronisiert.

Das Produkt-Dampf-Verhältnis beträgt 1 : 2,2 Gewichtsanteile. Die Temperatur des Dampfs be trägt 260°C. An Förderluft werden zusammen mit dem zu mahlenden Pigment ca. 100 m³ pro Tonne TiO₂ in die Dampfstrahlmühle eingebracht. Die Temperatur des Pigment-Gas-Gemisches nach der Dampfstrahlmahlung beträgt ca. 230°C; nach Abscheidung des Pigments von der Gas phase mittels eines Zyklons liegt die Temperatur der wasserdampthaltigen Pigmentschüttung bei ca. 180°C. Der Wassergehalt der Gasphase beträgt ca. 95 Gew.-%, der Wassergehalt der Gas phase bezogen auf TiO₂ beträgt ca. 0,2 Gew.-% bei einer Schüttdichte des TiO₂ von 0,5 g/cm³. Nach Zwischenlagerung in einem Silo wird die wasserdampfhaltige Pigmentschüttung pneuma tisch zur Absackmaschine gefördert. Die Menge an getrockneter Förderluft beträgt 75 m³ pro Tonne TiO₂. In die Förderleitung wird über eine Düse 97 l flüssiger Stickstoff pro Tonne TiO₂ eingebracht. Die Temperatur des Titandioxid-Gas-Gemisches wird hierdurch von 110°C auf 60°C abgesenkt. Der Wassergehalt der Gasphase beträgt danach ca. 1 Gew.-%, der Wassergehalt der Gasphase bezogen auf TiO₂ beträgt ca. 0,2%.

Die Abtrennung der Gasphase vom TiO₂ erfolgt im Abfüllsilo, aus dem die Säcke befüllt wer den. Die Temperatur der gashaltigen Pigmentschüttung zum Zeitpunkt der Abfüllung in Papier säcke beträgt 60°C. Die Zusammensetzung der Gasphase zwischen den TiO₂-Partikeln in den Papiersäcken ist: 87 Gew.-% N₂, 12 Gew.-% 02. Der Wassergehalt der Gasphase bezogen auf TiO₂ errechnet sich zu weniger als 0,01 Gew.-%. Unabhängig davon weist das TiO₂ etwa 0,3 Gew.-% adsorbiertes Wasser auf.

Das Abfüll- und Entlüftungsverhalten bei der Befüllung der Säcke ist aufgrund des hohen Schüttgewichts der gashaltigen Pigmentschüttung gut. Als Folge hiervon zeigen die Paletten ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild.

Beispiel 2

Ein nach dem Stand der Technik hergestelltes nachbehandeltes und getrocknetes Titandi oxidpigment für die Einfärbung von Kunststoffen wird unter Zusatz von 1 Gew.-% eines Sili konöls in einer Dampfstrahlmühle mikronisiert. Der weitere Ablauf des Verfahrens bis vor die Abfüllung in Säcke erfolgt analog zu Beispiel 1.

Im Unterschied zu Beispiel 1 erfolgt die Abfüllung jedoch in handelsübliche Polypropylensäcke. Aufgrund der niedrigen Temperatur der gashaltigen Pigmentschüttung (60°C) zum Zeitpunkt der Abfüllung in die Polypropylensäcke treten keinerlei Beschädigungen der Säcke auf.

Das Abfüll- und Entlüftungsverhalten bei der Befüllung der Säcke ist aufgrund des vergleichs weise hohen Schüttgewichts der gashaltigen Pigmentschüttung gut. Als Folge hiervon zeigen die Paletten ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild.

Das Pigment ist besonders geeignet zur Einfärbung von Kunststoffen. Es ist möglich, das Pig ment zusammen mit der Verpackung direkt in dem Verarbeitungsprozess zu verwenden.

Beispiel 3

Ein nach dem Stand der Technik hergestelltes und mit insgesamt 15 Gew.-% an SiO₂ und Al₂O₃ (bezogen auf TiO₂) nachbehandeltes und getrocknetes Titandioxidpigment wird in einer Dampfstrahlmühle mikronisiert. Der weitere Ablauf des Verfahrens erfolgt analog zu Beispiel 1. Das Abfüll- und Entlüftungsverhalten bei der Befüllung der Säcke ist aufgrund des vergleichs weise hohen Schüttgewichts der gashaltigen Pigmentschüttung gut. Als Folge hiervon zeigen die Paletten ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild. Das Pigment ist besonders geeignet zur Herstellung von Dispersionsfarben.

Beispiel 4

Ein nach dem Stand der Technik durch Kalzinieren aus Magnetit hergestelltes Eisenoxidrotpig ment (Fe₂O₃) wird in einer Dampfstrahlmühle mikronisiert. Das Produkt-Dampf-Verhältnis be trägt 1 : 2 Gewichtsanteile. Die Temperatur des Dampfs beträgt 260°C. Der weitere Ablauf des Verfahrens erfolgt analog zu Beispiel 1.

Das Abfüll- und Entlüftungsverhalten bei der Befüllung der Säcke ist aufgrund des hohen Schüttgewichts der gashaltigen Pigmentschüttung gut. Auch ist es möglich aufgrund der niedri gen Temperatur (60°C) der gashaltigen Pigmentschüttung, das Produkt in herkömmliche Polye thylen- oder Poplypropylensäcke abzufüllen.

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel)

Das Produkt-Dampf-Verhältnis beträgt 1 : 2,2 Gewichtsanteile. Die Temperatur des Dampfs be trägt 260°C. An Förderluft werden zusammen mit dem zu mahlenden Pigment ca. 100 m³ pro Tonne TiO₂ in die Dampfstrahlmühle eingebracht. Die Temperatur des Pigment-Gas-Gemisches nach der Dampfstrahlmahlung beträgt ca. 230°C; nach Abscheidung des Pigments von der Gas phase mittels eines Zyklons liegt die Temperatur der wasserdampthaltigen Pigmentschüttung bei ca. 180°C. Der Wassergehalt der Gasphase beträgt ca. 95 Gew.-%, der Wassergehalt der Gas phase bezogen auf TiO₂ beträgt ca. 0,2 Gew.-% bei einer Schüttdichte des TiO₂ von 0,5 g/cm³. Nach Zwischenlagerung in einem Silo wird die wasserdampfhaltige Pigmentschüttung pneuma tisch zur Absackmaschine gefördert. Die Menge an Förderluft beträgt 150 m³ pro Tonne TiO₂. Der Wassergehalt der Gasphase beträgt danach ca. 1 Gew.-%, der Wassergehalt der Gasphase bezogen auf TiO₂ beträgt ca. 0,2%.

Die Abtrennung der Gasphase vom TiO₂ erfolgt im Abfüllsilo, aus dem die Säcke befüllt wer den. Die Temperatur der gashaltigen Pigmentschüttung zum Zeitpunkt der Abfüllung in Papier säcke beträgt 110°C. Die Zusammensetzung der Gasphase zwischen den TiO₂-Partikeln in den Papiersäcken ist: 76 Gew.-% N₂, 23 Gew.-% O₂.

Das Abfüll- und Entlüftungsverhalten bei der Befüllung der Säcke ist aufgrund des niedrigen Schüttgewichts der gashaltigen Pigmentschüttung schlecht. Als Folge hiervon zeigen die Paletten ein optisch wenig ansprechendes Erscheinungsbild.

Eine Abfüllung in handelsübliche Polyethylen- oder Polypropylensäcke ist aufgrund der hohen Temperatur nicht möglich.

Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel)

Das Produkt-Dampf-Verhältnis beträgt 1 : 2,2 Gewichtsanteile. Die Temperatur des Dampfs be trägt 260°C. An Förderluft werden zusammen mit dem zu mahlenden Pigment ca. 100 m³ pro Tonne TiO₂ in die Dampfstrahlmühle eingebracht. Die Temperatur des Pigment-Gas-Gemisches nach der Dampfstrahlmahlung beträgt ca. 230°C; nach Abscheidung des Pigments von der Gas phase mittels eines Zyklons liegt die Temperatur der wasserdampfhaltigen Pigmentschüttung bei ca. 180°C. Nach kurzer Zwischenlagerung in einem Silo wird die wasserdampfhaltige Pigment schüttung pneumatisch zur Absackmaschine gefördert. Um eine ausreichende Kühlung des Ti tandioxids zu erreichen, werden 730 m³ Förderluft pro Tonne TiO₂ verwendet.

Die Abtrennung der Gasphase vom TiO₂ erfolgt im Abfüllsilo, aus dem die Säcke befüllt wer den. Die Temperatur der gashaltigen Pigmentschüttung zum Zeitpunkt der Abfüllung in Papier säcke beträgt 60°C.

Das Abtrennung der Gasphase ist aufgrund der hohen Gasmenge aufwendig. Es kann nur erheb lich weniger Titandioxid pro Zeiteinheit gefördert und abgefüllt werden, wenn keine entspre chend vergrößerten Filterflächen zur Entstaubung des Fördergases zur Verfügung gestellt wer den.

Claims

1. Verfahren zur Dampfstrahlmahlung von Pigmenten und anschließende Abfüllung der ge mahlenen Pigmente in Schüttgutverpackungen oder mobile Schüttgutbehälter, dadurch ge kennzeichnet, dass die Pigmente zwischen dem Verfahrensschritt der Dampfstrahlmahlung und dem Verfahrensschritt der Abfüllung in Schüttgutverpackungen oder mobile Schüttgut behälter durch Zugabe eines Kühlmediums direkt gekühlt werden, wobei das Kühlmedium

a) entweder aus einem oder mehrerer verschiedenen niedrig siedenden, kondensieren Ga sen besteht
b) oder aus einem kalten Gas oder Gasgemisch besteht, welches mit Hilfe eines oder mehre rer verschiedener niedrig siedender, kondensierter Gase erzeugt wurde
c) oder aus einem kalten Gas oder Gasgemisch besteht, welches mit Hilfe eines oder mehre rer verschiedener niedrig siedender, kondensierter Gase vorgekühlt wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zu mahlenden Pigmenten um anorganische Pigmente handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zu mahlenden Pigmenten um organische Pigmente handelt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemahlenen Pigmente eine mittlere Teilchengröße von weniger als 5 µm, bevorzugt weniger als 1 µm, aufweisen.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das für die direkte Kühlung verwendete Kühlmedium eine Temperatur von < 0°C, bevorzugt < -20°C, be sonders bevorzugt < -40°C, aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gemahlenen Pigmente zur Abfüllung in Schüttgutverpackungen oder mobile Schüttgutbehälter pneumatisch gefördert werden und das für die pneumatische Förderung verwendete Gas als Kühlmedium für die di rekte Kühlung verwendet wird, wobei dieses Gas zuvor entweder indirekt in einem Wärme tauscher oder direkt durch Eindüsen eines oder mehrerer verschiedener niedrig siedender, kondensierter Gase abgekühlt wurde.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der pneumatischen Förderung der gemahlenen Pigmente in einer Förderleitung das Kühlmedium hinzudosiert wird.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlme dium gasförmiger Stickstoff oder gasförmiges Kohlendioxid verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlme dium flüssiger Stickstoff oder flüssiges oder festes Kohlendioxid verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pig mente innerhalb der kurzen Zeit, welche zum Vermischen mit dem Kühlmedium benötigt wird, um mindestens 20°C, bevorzugt um mindestens 50°C, auf maximal 100°C, bevorzugt auf maximal 70°C, abgekühlt werden.

11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das für die direkte Kühlung verwendete Kühlmedium weniger als 0,0001 Massenanteile Wasser enthält und auf diese Weise der Taupunkt der pigmenthaltigen Mischung herabgesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der un mittelbar nach der Dampfstrahlmahlung vorliegenden Mischung von gemahlenem Pigment und wasserdampfhaltiger Gasphase ein Teil der wasserdampfhaltigen Gasphase zunächst von den gemahlenen Pigmenten mit Hilfe eines Zyklons und/oder eines Staubfilters abgetrennt wird und danach die gemahlenen Pigmente durch direkte Kühlung mit Hilfe eines Kühlme diums abgekühlt werden.

13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pig mente Titandioxidpigmente, Eisenoxidpigmente, Chromoxidpigmente, Lichtechtpigmente, Buntpigmente, Metallpigmente, Magnetpigmente oder Pigmentruße sind.

14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pig mente nach erfolgter Kühlung in Papier- oder Kunststoffsäcke abgefüllt werden.

15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pig mente nach erfolgter Kühlung in Silofahrzeuge abgefüllt werden.

16. Nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellte, in Schüttgutverpackungen befindliche Pigmente, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung der Gasphase zwischen den Pigmentpartikeln weniger als 20 Gew.-% Sauerstoff, bevorzugt weniger als 15 Gew.-% Sau erstoff, enthält

17. Vorrichtung zur direkten Kühlung von gemahlenen Pigmenten nach einem Verfahren zur Dampfstrahlmahlung gemäß einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass diese Vorrichtung aus einem Vorratsbehälter für niedrig siedende kondensierte Gase, einer isolierten Verbindungsleitung zwischen dem Vorratsbehälter und einer Förder leitung zum pneumatischen Fördern der gemahlenen Pigmente, einer Düse zur Einbringung der niedrig siedenden kondensierten Gase in die Förderleitung und einer Steuer- und Rege leinrichtung besteht.