DE102006053356B4

DE102006053356B4 - Verfahren zur Herstellung feiner mineralischer Pulverprodukte

Info

Publication number: DE102006053356B4
Application number: DE102006053356A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schindler; Christoph Bauer
Original assignee: CALCARB AG
Current assignee: CALCARB AG
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2026-11-11
Also published as: PL2081699T3; IN266869B; PT2081699E; RU2009122189A; DE102006053356A1; KR101385837B1; JP5147023B2; CA2668949C; MX2009004909A; EP2081699B1; RU2459675C2; DK2081699T3; NO339418B1; NO20091982L; CA2668949A1; JP2010509041A; WO2008055495A3; US8393557B2; HUE028127T2; WO2008055495A2

Abstract

Verfahren zur Herstellung feiner mineralischer Pulverprodukte mittels Anlagen, die aus einem oder mehreren Windsichtern, Staubabscheidern wie Zyklonen und/oder Filtern, mindestens einem Ventilator sowie den diese Apparate verbindenden Rohrleitungen oder Kanälen zum Lufttransport bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Feuchte der Sichtluft im Windsichter in dem Bereich von 15% bis 35% gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung feiner mineralischer Pulverprodukte mittels Anlagen, die aus einem oder mehreren Windsichtern, Staubabscheidern wie Zyklonen und/oder Filtern, mindestens einem Ventilator sowie den diese Apparate verbindenden Rohrleitungen oder Kanälen zum Lufttransport bestehen.
Es können unterschiedliche Windsichter-Bauarten wie Zick-Zack-Sichter, Umluftsichter, Spiral- oder Abweiseradsichter eingesetzt werden.
In den Windsichtanlagen treten insbesondere bei der Sichtung von CaCO₃ mit mittleren Partikelgrößen unter ca. 5 μm häufig an den Bewandungen der von dem Luft-/Pulvergemisch durchströmten Anlagenteile wie dem Sichter selbst, den Luft-Feingutrohren oder -kanälen und anderen zu einer Windsichtanlage gehörenden Apparaten wie Zyklonen, Filter und Ventilatoren harte, schalige Ablagerungen auf. Diese Ablagerungen wachsen meist zu schaligen Belägen (sogenannten ”Eggshells”), aber auch zu zahnartigen Gebilden, bis sie von Zeit zu Zeit von den Gewandungen abplatzen und das meist hinsichtlich grober Rückstände spezifizierte Feinprodukt mit Plättchen von bis zu einigen mm Größe kontaminieren. Dies kann zu Reklamationen mit hohen wirtschaftlichen Schäden führen.
Diese Ablagerungen (nachfolgend pauschal als Eggshells bezeichnet) führen auch zu Unwuchten an rotierenden Teilen in Windsichtanlagen wie den Sichtrotoren und den Ventilatorrotoren, was den Betrieb stark einschränkt bzw. zu hohen Kosten für die Reinigung und/oder das Auswuchten führt.
In EP 0 037 066 A2 und in DE 26 42 884 A1 , dort Anspruch 8, werden mechanische Vorrichtungen zur Abreinigung von statischen Teilen vorgeschlagen, was aber maschinenbaulich aufwändige Vorrichtungen bedingt und häufige Betriebsunterbrechungen erfordert. Auch können trotzdem vor und nach dem Abreinigen Eggshell-Partikel abbrechen.
Oft werden daher die kontaminierten Produkte durch eine weitere Sichtung oder Siebung von den groben Partikeln befreit.
Diese Maßnahmen sind aber sehr umständlich und mit hohem apparativen und teils hohem Energieaufwand verbunden, so dass es damit nicht gelingt, kostengünstig und permanent die Kontamination von Pulverprodukten mit Eggshells zu verhindern, insbesondere nicht im hier interessierenden Temperaturbereich der Sichtluft unterhalb von 100°C.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die eingangs erwähnten Ablagerungen und damit die mit ihnen verbundenen Nachteile zu vermeiden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die – überraschende – Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, dass die relative Feuchte (rF) der Sichtluft in dem Bereich von ca. 15% bis ca. 50% gehalten wird. Hierzu wird die rF in dem Sichter – und/oder an anderen Stellen der Anlage – gemessen und in Abhängigkeit von dem jeweiligen Messwert Wasser in die Sichtluft eingeführt.
Die Anmelderin hat nämlich festgestellt, dass Eggshells bei geringerer rF der Sichtluft als ca. 15% verstärkt auftreten. Deshalb wird erfindungsgemäß die rF der Sichtluft auf einen Wert oberhalb ca. 15% eingestellt.
Ferner hat die Anmelderin erkannt, dass deutlich höhere Werte der rF als 50% einer größeren Wassermenge bedürfen und zu erhöhtem Risiko führen, dass in der Anlage an Stellen niedrigerer Temperatur der Taupunkt unterschritten wird. Dies würde zur Bildung von Wasser in flüssiger Form und damit zu Verbackungen und Schlammbildung führen, was letztlich zu einem Versagen des Prozesses führt. Um dies zu vermeiden sollen ca. 50% rF nicht überschritten werden.
Hierzu ist noch folgendes zu bemerken: Die aus der Umgebung angesaugte, kühle Frischluft wird im Sichter erwärmt. Dies insbesondere dann, wenn ein Teil der (wärmeren) Sichtluft von hinter dem Filter zum Sichtlufteinlass zurückgeführt wird. Dadurch sinkt die relative Feuchte der Sichtluft im Sichter, je nach Frischlufttemperatur und -feuchte, auf Werte von oft unter 10% rF ab. Dies gilt besonders für aride Gebiete, in denen die Umgebungsluft von Natur aus sehr trocken ist, wie z. B. in Arizona/USA mit einer mittleren Jahresfeuchte von 14% rF. Je trockener die Sichtluft ist, umso trockener sind natürlich auch die in ihr befindlichen Partikel. Man sollte hierzu meinen, dass sich umso weniger Partikel an den Wandungen ablagern, je trockener die Partikel und die Wandungen sind. Denn trockene Partikel sind härter und spröder, sie sollten also weniger leicht an den Wanden, haften, während feuchte Partikel aufgrund von Zwickelflüssigkeit leichter anhaften könnten, eine Befeuchtung wäre also kontraproduktiv. Entgegen dieser Erwartung wurde aber bei Tests festgestellt, dass sich – wie schon erwähnt – bei geringerer rF als ca. 15% verstärkt Eggshells bilden, dass sich aber oberhalb von ca. 15% rF in der Sichtluft keine oder fast keine Eggshells im und hinter dem Auslass eines Sichters mehr bilden, also viel weniger oder gar kein Fehlkorn dieser Art mehr im Feingut vorhanden ist.
Wissenschaftlich konnte dieses Phänomen bis heute noch nicht vollständig erklärt werden. Seitens der Anmelderin wurde bei Untersuchungen festgestellt, dass die Eggshells hauptsächlich von den kleinsten Partikeln im Größenbereich von einigen nm gebildet sind, und es wird vermutet, dass dies mit der triboelektrischen Aufladung der mineralischen Partikel zusammenhängt. Durch diese werden und bleiben nämlich auch vor allem sehr kleine Partikel dispergiert und können dann aufgrund der hohen Oberflächenkräfte (je größer die Oberfläche umso größer die Oberflächenkräfte) an Wandungen haften und zu den Eggshells zusammenwachsen. Durch die erfindungsgemäße Erhöhung der relativen Feuchte der Sichtluft wird deren Leitfähigkeit erhöht, wodurch Ladungen schneller ausgeglichen werden und so die feinsten Partikel im nm-Bereich in der sie umgebenden Luft wieder zu gröberen Partikeln reagglomerieren, statt an Bewandungen anzuhaften.
Wie schon erwähnt soll aber die rF nicht über ca. 35% erhöht werden, da sonst die Kosten zu hoch und der Nutzen zu gering wären.
Ferner hat sich überraschend herausgestellt, dass sich bei Anwendung der Erfindung – bei sonst gleichen Bedingungen für den Aufgabegutmassenstrom, die Eigenschaften des Aufgabematerials, die Sichtluftmenge (und bei Zentrifugal-Abweiseradwindsichtern die Rotordrehzahl) – der Massenstrom des Feinprodukts und damit das sog. Feingutausbringen (Verhältnis aus dem Massenstrom von Feinpartikeln unterhalb einer bestimmten Partikelgröße und dem Massenstrom von Partikeln unterhalb dieser Partikelgröße im Aufgabegut) deutlich erhöht. Dies bedeutet durch den verminderten Energieaufwand zur Erzeugung einer bestimmten Produktmenge Kostenvorteile und es schont die Umwelt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Vorzugsweise erfolgt die Einstellung der relativen Feuchte vor ihrem Eintritt in den Sichter. Eine sehr einfache Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass in den Ansaugkanal für die Frischluft Dampf eingedüst wird. (Anspruch 2, 1)
Zur Erleichterung der Verdüsung kann das Wasser unter Hochdruck von 60 bis 115 bar und Tropfengrößen unter 30 μm in den Ansaugkanal verdüst werden. (Anspruch 3)
Ferner kann dabei das Wasser auf eine Temperatur zwischen 50°C und 90°C vorgeheizt werden. (Anspruch 4)
Zweckmäßig wird dabei der Ansaugkanal so dimensioniert, dass sich Luftgeschwindigkeiten zwischen 1 m/s und 3 m/s einstellen. (Anspruch 5)
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Sichtluft durch eine Luftbefeuchtungseinrichtung geleitet und damit die jeweils benötigte Wassermenge eingetragen. (Anspruch 6)
Vorzugsweise weist dabei die Luftbefeuchtungseinrichtung wenigstens einen Schlauch oder ein Rohr aus für Wasser durchlässigem Material auf, durch den Wasser hindurchgeleitet und über dessen äußere Oberfläche Sichtluft geleitet wird (Anspruch 7). Dabei gelangt Wasser von der Innenseite auf die Außenseite des Schlauches bzw. Rohres, von wo es von der vorbei strömenden Sichtluft aufgenommen wird.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Großteil der Abluft des Filters in den Ansaugstutzen des Windsichters zurückgeführt wird und die Befeuchtung im Rückkanal erfolgt. (Anspruch 8, 4)
Dies kann auf einfache Weise so erfolgen, dass die Zugabe von Wasser über die relative Feuchte der Abluft, deren Temperatur und die Temperatur der Luft im Windsichter geregelt wird. (Anspruch 9)
Wie eingangs erwähnt liegt in der Praxis die Temperatur der Sichtluft in dem Bereich unterhalb 100°C. Diesbezüglich wird erfindungsgemäß eine weitere Verbesserung dadurch erreicht, dass die Temperatur der Luft im Bereich des Sichters zwischen 30°C und 80°C gehalten wird. In diesem Temperaturbereich ist der Aufwand für die Befeuchtung der Luft, d. h. die erforderliche Menge an Wasser und die für die Aufgabe von Wasser erforderliche Energie, relativ gering.
Zweckmäßig wird dies mittels des Rückluftverhältnisses und der Temperatur des zugegebenen Wassers erreicht. (Anspruch 10)
Das Aufgabegut kann aus einem Vormahlprodukt-Silo oder direkt aus einer vorgeschalteten Trockenmühle mit oder ohne Förderluft zugeführt werden.
Ist dem Sichter unmittelbar eine Trockenmühle vorgeschaltet, so kann vorteilhaft die Mühlenabluft dem Windsichter zugeführt werden und die Befeuchtung der Luft vor der Mühle (mit den unter Anspruch 2 bis 4 genannten Verfahren) erfolgen. (Anspruch 11)
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung noch näher beschrieben.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel anhand einer einfachen Schaltung einer Windsichtanlage,
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Teilstrom des den Zyklon verlassenden Luft/Pulvergemisches zum Eintritt des Windsichters zurückgeführt wird,
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl ein Teilstrom des den Zyklon verlassenden Luft/Pulvergemisches als auch ein Teilstrom der Filterabluft zum Eintritt des Windsichters zurückgeführt wird,
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem nur ein Teilstrom der Filterabluft zum Eintritt des Windsichters zurückgeführt wird,
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem vor den Windsichter eine Trockenmühle mit Belüftung vorgeschaltet ist, und
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit Regelung der Feuchte der Luft im Windsichter.
Verallgemeinert besteht eine Windsichtanlage (1) aus einem Windsichter 1, einem Zyklon 2, einem Filter 3, einem Ventilator 4, den diese Aggregate verbindenden Rohrleitungen oder Kanälen 5 sowie Zu- und Abfuhreinrichtungen für Aufgabe- 6a, Fein- 6b und Grobgut 6c (Aufgabe-Zufuhr in den Windsichter 6a, Feingut-Abfuhr aus dem Windsichter 6b, Grobgut-Abfuhr aus dem Windsichter 6c). Im Windsichter 1 wird das Aufgabegut getrennt in Grobgut und Feingut. Das Grobgut wird durch den Grobgut-Auslass 6c ausgelassen. Im Zyklon 2 wird das Feingut, welches meist das gewünschte Pulverprodukt darstellt, von der Sichtluft abgetrennt und mittels einer Feingut-Förderschnecke 5c weitergefördert. Die Sicht- bzw. Zyklonabluft wird im Filter 3 entstaubt und mittels des Ventilators 4 ins Freie abgesaugt, der Feingutstaub wird in die Förderschnecke geleitet. Die Frischlufteintrittsöffnung kann sich unmittelbar am Sichtergehäuse befinden oder an einem vorgeschalteten Frischlufteinlaufkanal (Ansaugkanal 6d). Je nach Windsichterbauart tritt in den Windsichter z. B. zum Zweck der Abdichtung auch noch sogenannte Falschluft ein.
Erfindungsgemäß wird die relative Feuchte der Sichtluft in dem Bereich von 15% bis 35% gehalten. Gemäß 1 wird zu diesem Zweck Wasser in Form von Dampf oder in Tropfenform in die angesaugte Frischluft an der Stelle A, nämlich in den Ansaugkanal 6d eingedüst.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem in an sich bekannter Weise ein Teilstrom des den Zyklon 2 verlassenden Luft/Pulvergemisches hinter einem Zyklonventilator 4a durch Rohrleitungen oder Kanäle 5a zum Ansaugkanal 6d des Windsichters zurückgeführt wird. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass zur Befeuchtung und Kühlung der Sichtluft erforderliche Wasser an der Stelle B, nämlich in die Verbindungsleitung zwischen dem Zyklonventilator 4a und dem Ansaugkanal 6d zuzugeben, da ein genügend langer Weg zur Verdunstung des Wassers gegeben ist. Aber auch bei dieser Schaltung kann durchaus erfolgreich Wasser unmittelbar in den Ansaugkanal 6d eingedüst werden.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl ein Teilstrom des den Zyklon hinter einem Zyklonventilator 4a verlassenden Luft/Pulvergemisches (Kanäle 5a) als auch ein Teilstrom der Filterabluft (Rückkanal 5b) zum Ansaugkanal 6d des Windsichters zurückgeführt wird. Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, das zur Befeuchtung und Kühlung notwendige Wasser in den Rückluftstrom vom Filter 3 an der Stelle C, nämlich in die Verbindungsleitung zwischen dem Ventilator 4 und dem Ansaugkanal 6d aufzugeben, da hierbei fast keine Staubpartikel mehr in der Rückluft vorhanden sind, die eventuell mit Tropfen koagulieren und dann als grobe feuchte Partikel den Prozess stören könnten. Auch bei dieser Luftführung kann das Wasser, ggf. nur ein Teilstrom, durchaus erfolgreich unmittelbar in den Ansaugkanal 6d eingedüst werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 wird nur ein Teilstrom der Abluft des Filters hinter einem Ventilator 4 zum Ansaugkanal 6d des Windsichters 1 zurückgeführt. Hier erweist es sich als vorteilhaft, das zur Befeuchtung und Kühlung benötigte Wasser in die Rückluft (Rückkanal 5b) an der Stelle C, nämlich in den Rückkanal 5b zwischen dem Ventilator 4 und dem Ansaugkanal 6d einzugeben.
Gemäß 5 ist der Windsichter 1 direkt mit einer belüfteten Trockenmühle 7 gekoppelt und die Abluft der Mühle durch Rohrleitungen 8 zum Frischlufteintritt des Sichters geführt. Hierbei ist es vorteilhaft, die Befeuchtung der Luft bereits am Eintritt der Mühle vorzunehmen. Diese Maßnahme kann auch mit den vorgenannten Ausführungsbeispielen gekoppelt werden.
6 erläutert prinzipiell, wie die erfindungsgemäße Regelung bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 durchgeführt werden kann. Die relative Feuchte und die Temperatur der Sichterabluft werden hinter dem Ventilator 4 mittels Sensoren für Temperatur und relative Feuchte 10, und die Temperatur der Luft am Austritt des Sichters wird mittels eines Temperatursensors 9 gemessen. Die relative Feuchte kann nämlich besser in staubfreier Luft gemessen werden. Aus diesen Messwerten wird im Regler 11 aufgrund der bekannten Zusammenhänge zwischen Temperatur und Wasserbeladung die relative Feuchte im Sichter selbst berechnet, und demgemäß wird die Zufuhr von Wasser in den Rückkanal 5b so nachgeregelt, dass sich die gewünschte relative Feuchte im Windsichter 1 einstellt.
Bezugszeichenliste

1: Windsichter
2: Zyklon
3: Filter
4: Ventilator
4a: Zyklonventilator
5/5a: Kanäle
5b: Rückkanal
5c: Feingut-Förderschnecke
6: Zu- und Abfuhreinrichtungen
6a: Aufgabe-Zufuhr in den Windsichter
6b: Feingut-Abfuhr aus dem Windsichter
6c: Grobgut-Abfuhr aus dem Windsichter
6d: Ansaugkanal
7: Trockenmühle
8: Rohrleitungen
9: Temperatursensor
10: Sensor für Temperatur und relative Feuchte
11: Regler

Claims

Verfahren zur Herstellung feiner mineralischer Pulverprodukte mittels Anlagen, die aus einem oder mehreren Windsichtern, Staubabscheidern wie Zyklonen und/oder Filtern, mindestens einem Ventilator sowie den diese Apparate verbindenden Rohrleitungen oder Kanälen zum Lufttransport bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Feuchte der Sichtluft im Windsichter in dem Bereich von 15% bis 35% gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ansaugkanal (6d) für die Frischluft Dampf eingedüst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser unter Hochdruck von 60 bis 115 bar auf Tropfengrößen < 30 μm in den Ansaugkanal (6d) verdüst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser vor der Verdüsung auf Temperaturen zwischen 50°C und 90°C vorgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugkanal (6d) so dimensioniert wird, dass sich Luftgeschwindigkeiten zwischen 1 m/s und 3 m/s einstellen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sichtluft durch eine Luftbefeuchtungseinrichtung geleitet und damit die jeweils benötigte Wassermenge eingetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbefeuchtungseinrichtung wenigstens einen Schlauch oder ein Rohr aus für Wasser durchlässigem Material aufweist, durch den bzw. durch das Wasser hindurchgeleitet und über dessen äußere Oberfläche Sichtluft geleitet wird.
Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Großteil der Abluft des Filters (3) in den Ansaugkanal (6d) des Windsichters zurückgeführt wird und die Befeuchtung im Rückkanal (5b) erfolgt.
Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe von Wasser über die relative Feuchte der Abluft, deren Temperatur und die Temperatur der Luft im Windsichter geregelt wird.
Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Luft im Windsichter mittels des Rückluftverhältnisses und der Temperatur des zugegebenen Wassers im Bereich zwischen 30°C und 80°C gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei dem Windsichter unmittelbar eine Trockenmühle vorgeschaltet ist und die Mühlenabluft dem Windsichter zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Befeuchtung der Luft vor der vorgeschalteten Mühle erfolgt.