DE102013004597A1

DE102013004597A1 - Verfahren zur Pressgranulierung nicht duktiler Salze

Info

Publication number: DE102013004597A1
Application number: DE102013004597.5A
Authority: DE
Inventors: Stephan Kaps; Heinz Scherzberg; Barbara Heuchel
Original assignee: UTEC AG SALT TECHNOLOGIES K; K Utec AG Salt Technologies
Current assignee: UTEC AG SALT TECHNOLOGIES K; K Utec AG Salt Technologies
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-18
Also published as: GB2514233B; GB201404454D0; US9592514B2; GB2514233A; US20170129823A1; US20140346260A1

Abstract

Pressgranulierverfahren zur Herstellung stabiler, lagerfähiger Granulate aus nicht duktilen Salzen und Salzgemischen wie Kieserit (MgSO4·H2O), Langbeinit (K2SO4·2MgSO4), Polyhalit (K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O), Arcanit (K2SO4) und Anhydrit (CaSO4) durch Verpressen eines Gemisches aus feinkörnigen Salzen und eines zähflüssigen, zuckerhaltigen Additivs, vorzugsweise Melasse mit 47 bis 55 Prozent Gesamtzucker in der Trockensubstanz, bei Pressdrücken auf Walzenpressen bis 260 bar. Die anfangs weiche Pressschülpe wird durch Reifen in Silos vor ihrer Zerkleinerung auf Prallmühlen und Absieben des Granulates bei Temperaturen zwischen 20 und 40°C und Reifezeiten von 3 bis 8 Stunden verfestigt

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pressgranulierung nicht duktiler Salze und Salzgemische, insbesondere sulfatischer Mineralsalze, wie Kieserit (MgSO₄·H₂O), Langbeinit (K₂SO₄·2MgSO₄), Polyhalit (K₂SO₄·MgSO₄·2CaSO₄·2H₂O) oder Arcanit (K₂SO₄) oder Gemische aus diesen Salzen. Diese Stoffe stellen wertvolle chloridfreie Kalium-Schwefel- oder Kalium-Magnesium-Schwefel-Düngemittel dar, welche sich aus bergmännisch abgebauten oder durch Kristallisieren hergestellten Kalirohsalzen polymineralischer Zusammensetzung gewinnen und nach entsprechender Granulierung mittels Pressgranulation als Mehrnährstoffdünger verwenden lassen. Diese Düngemittel gewinnen zunehmend an Interesse, da sie chloridfrei sind, dadurch der Bodenversalzung in ariden Klimaten oder bei Bewässerungskulturen entgegen wirken und neben Kalium auch die Nährstoffe Magnesium und Schwefel, teilweise auch Calcium in pflanzenverfügbarer Form bereitstellen.
Die Granulierung von Kalidüngemitteln mittels Pressgranulierung ist für Kaliumchlorid ein weltweit angewendetes bevorzugtes Verfahren, um aus feinkörnigen Kristallisaten oder Flotationskonzentraten Granalien mit Körnungen zwischen 1 bis 5 Millimetern herzustellen. Diese Granulate lassen sich mechanisch ausstreuen und ergeben das gewünschte Streubild beim Ausbringen.
Das Verfahren der Pressgranulierung für Kaliumchlorid und andere chloridische Salze arbeitet in der Regel ohne Granulierhilfsmittel, also bindemittellos. Das getrocknete heiße Feinsalz wird beim Pressgranulierverfahren zusammen mit Salzrücklauf (Unterkorn) über eine Stopfschnecke einer Walzenpresse zugeführt und dort durch die sich gegenläufig drehenden, meistens profilierten Walzen unter hohem Druck zu einer aus komprimiertem Salz bestehenden Folie (Schülpe) kompaktiert. Die aus der Walzenpresse austretende Folie wird von unverpresstem Salz getrennt und in einer Prallmühle oder Hammermühle zerkleinert. Das zerkleinerte Gut wird auf einem Schwingsieb in Grobgut (Überkorn), Produkt (Mittelkorn) und Feingut (Unterkorn) getrennt. Grobgut wird nachzerkleinert und Feingut zusammen mit Frischsalz der Walzenpresse wieder zugeführt. Auf diese Weise entsteht die gewünschte Produktkörnung, vorzugsweise 1 bis 4 bzw. 2 bis 5 mm.
Dieses Verfahren hat sich für chloridische Salze sehr gut bewährt, versagt aber in der Regel für schwer verpressbare, vor allem sulfatische Salze, da das Kompaktieren auf der Walzenpresse eine gewisse Duktilität und Fließfähigkeit des Salzes unter hohem Druck voraussetzt, welche Kaliumchlorid und Natriumchlorid aufweisen, nicht aber die genannten Kalium-, Magnesium- und Calciumsulfatminerale. Nur reines Kaliumsulfat lässt sich unter bestimmten Voraussetzungen (wie Zusatz von wenig Wasser oder Einblasen von Dampf) auch durch Pressgranulation granulieren.
Nicht duktile Salze, wie die genannten Sulfatminerale werden in der Regel durch Rollgranulation auf Granuliertellern oder -trommeln zu Rollgranulat verarbeitet, wobei in der Regel Granulierhilfsmittel und Additive zugesetzt werden müssen. Rollgranulate sind ebenfalls brauchbare streufähige Produkte, haben aber in der Regel ein anderes Ausbringens-, Misch- und Lagerverhalten als Pressgranulate, was bei Mischung verschiedener Einzeldünger (Bulk blending) zu beachten ist. Außerdem erfordern Rollgranulate noch eine zusätzliche thermische Trocknung.
Das Ziel der Erfindung ist die Herstellung von granulierten Düngemitteln durch Pressgranulation aus sulfatischen, nicht duktilen, feinkörnigen bis pulverförmigen Stoffen, insbesondere Kieserit, Polyhalit und Arcanit sowie Langbeinit als Einzelkomponente oder im Gemisch untereinander. Dabei muss die Aufgabe gelöst werden, das Fließ- und Kompaktierverhalten der ursprünglich auf Walzenpressen nicht oder schwer kompaktierbaren Stoffe oder Stoffgemische so zu beeinflussen, dass unter hohem Druck auf den sich gegenläufig drehenden Walzen zunächst stabile Folien entstehen, welche bei der mechanischen Beanspruchung während des Zerkleinerungsvorgangs in der Prallmühle nicht wieder zu Feinkorn zerfallen, sondern sich mit guter bis befriedigender Ausbeute stabile Granulatkörner im gewünschten Körnungsbereich zwischen 1 und 5 Millimetern ergeben, die ähnliche Form und ähnliche mechanische Eigenschaften haben wie die üblicherweise durch Pressgranulierung hergestellten Pressgranulate von Kaliumchlorid.
Es wurde gefunden, dass sich die nicht ausreichende Duktilität bestimmter, insbesondere magnesium-, calcium- und kaliumhaltiger Mineralsalze dadurch weitestgehend kompensieren lässt, indem ein Zusatz eines zähflüssigen Additivs in Form von zuckerhaltigen Abprodukten der Rohr- oder Rübenzuckerherstellung in einer Menge von 1,5 bis 8 Masse-Prozent zu dem zu verpressenden pulverförmigen Salz oder Salzgemisch erfolgt und danach das Verpressen auf den Presswalzen unter üblichen Pressdrücken erfolgt. Insbesondere haben sich Zusätze von 1 bis 7 Masse-Prozent Zuckerrübenmelasse oder Zuckerrohrmelasse mit etwa 47 bis 55 Masse-Prozent Gesamtzucker in der Trockensubstanz als Zusatz zum zu verpressenden Salzgemisch bewährt. Melasse, welche als Abfall- bzw. Nebenprodukt der Zuckerindustrie anfällt, ist nicht nur hochwirksam, sondern auch kostengünstig und nicht umweltbelastend. Neben etwa 50 Prozent Zucker enthält Melasse wasserlösliche Nichtzuckerstoffe vor allem Mineralstoffe und NPN-Verbindungen, Kaliumsalze und höher molekulare organische Verbindungen (Polysaccharide) und Eiweiße. Die Melasse kann als üblicher sirupartiger Stoff direkt in einem Mischer dem pulverförmigen Salz oder Salzgemisch zugesetzt werden, wobei eine Erwärmung der Melasse auf etwa 30 bis 40°C die homogene Verteilung des sirupösen Additivs mit den Salzen unterstützt.
Zur Herbeiführung des gewünschten Effektes durch Zusätze von Additiven auf Zuckerbasis, insbesondere Original-Melasse für das Kompaktieren von nicht duktilen sulfatischen Salzen auf Walzenpressen ist überraschend vor allem dadurch, dass sowohl das Zustandekommen stabiler Salzfolien (Schülpen) als auch deren Prallzerkleinerung durch Prallmühlen nach vorherigem Reifeprozess durch Lagern zu stabilen Produkten in Form typischer Pressgranulate nicht daraus herleitbar ist, dass Melasse früher beispielsweise als Bindemittel für Gussformen aus Gießsanden oder bei der Pelletierung von Erzen oder Feinkohle Anwendung fand.
Die Erfindung wird durch Beispiele erläutert.
Beispiel 1 (hierzu Fig. 1):
5 Tonnen eines Gemisches aus 70 Teilen Kieserit, 22 Teilen Langbeinit, 6 Teilen Anhydrit und 2 Teilen Tonmineralen mit einer Körnung 95% < 1 mm werden in einem Paddelmischer (1) mit 180 kg Zuckerrübenmelasse mit 47–50% Gesamtzuckeranteil in der Trockensubstanz gemischt bis eine homogene Verteilung erreicht ist. Dabei bilden sich vereinzelt Agglomerate bis etwa 5 mm. Die Temperatur der Mischung soll < 25°C betragen. Diese Mischung wird in einem zweiten Paddel- oder Pflugscharmischer (2) mit dem rückgeführten Feingut aus der Produktabsiebung gemischt und dem Pressenkreislauf wieder zuführt. Das durch die Stopfschnecken (3) vorverdichtete Material wird durch die gegenläufigen Kompaktierwalzen der Walzpresse (4) eingezogen und mit wirksamen Pressdrücken von 200 bis 250 bar kompaktiert. Dabei bildet sich eine etwa 7 bis 20 mm starke Folie, welche neben geringen Anteilen von unverpresstem Feinsalz kontinuierlich anfällt. Da diese Pressschülpe anfangs noch sehr weich ist, wird die Mischung aus Schülpe und Feingut mittels einer Stachelwalze (5) zu etwa maximal 10 × 10 cm großen Stücken vorzerkleinert, in einem Silo (6) mindestens 3 bis 4 Stunden zwischengelagert und auf einem Sieb (7) anschließend das ausgehärtete Gemisch abgesiebt. Das abgesiebte, unverpresste Feinsalz geht in den Pressenkreislauf zurück, die vorzerkleinerte Pressfolie (Schülpe) wird in der Prallmühle (8) wie üblich zerkleinert und einem Doppeldeckersieb (9) zugeführt.
Überkorn vom Siebüberlauf geht zur Prallmühle zurück, Mittelgut von 2 bis 4 Millimetern gelangt über Fördereinrichtungen ins Produktsilo. Unterkorn (Feingut) wird dem zweiten Mischer (2) wieder zugeführt und gelangt so in den Pressenkreislauf zurück.
Insgesamt werden aus 5 Tonnen Frischsalz, 180 kg Melasse und 4 bis 8 t Kreislaufsalz zunächst etwa 10 bis 12 Tonnen Pressschülpe und durch deren Zerkleinerung ca. 5.000 kg Granulat erhalten. Die Festigkeit der Granalien beträgt im Mittel 10 bis 15 Newton und nimmt beim Lagern noch etwas zu, da der Wasseranteil der zugesetzten Melasse durch Hydratationsvorgänge allmählich gebunden wird.
Beispiel 2 (hierzu Fig. 2):
20 Tonnen Polyhalit (K₂SO₄·MgSO₄·2CaSO₄·2H₂O) aus einem natürlichen Vorkommen wird durch Zusatz von 4,0 bis 4,6 Masse-Prozent Zuckerrübenmelasse mit ca. 47 Prozent Gesamtzucker in der Trockensubstanz vermischt. Die Mischung des feinkörnigen Mineralsalzes der Körnung 0 bis 2 mm und der Melasse erfolgt bei Umgebungstemperatur in einem kontinuierlich arbeitenden Mischer (1) im Durchlauf. In diesen Durchlaufmischer (1) wird auch das abgesiebte Unterkorn aus der Granulatabsiebung eingespeist. Diese Mischung gelangt über die Stopfschnecke (2) auf die Presswalzen der Walzenpresse (3), wobei bei Pressdrücken bis 280 bar zunächst noch weiche Schülpe gebildet wird, welche nach Durchlaufen einer Vorzerkleinerung in einer Stachelwalze (4) in Form etwa handtellergroßer Stücke anfällt. Diese Mischung wird nach Passieren eines Siebrostes (5) in zwei Ströme geteilt. Der Siebdurchgang, der aus dem unverpressten Material und den kleineren Schülpeteilen besteht, gelangt in ein separates Reifesilo (6), die groben Schülpen fallen in ein zweites Silo (7). Die Reifezeit im Silo (6) soll 3 bis 4 Stunden, die Reifezeit im Silo (7) soll 5 bis 8 Stunden betragen. Der Austrag aus dem ersten Silo (6) geht auf ein Sieb (8) mit etwa 2 mm Maschenweite, der Austrag aus dem zweiten Silo (7) geht direkt zusammen mit dem Siebüberlauf des Siebes (8) in die Prallmühle (9) und anschließend zwecks Granulatabsiebung auf ein Doppeldeckersieb (10). Prinzipiell kann das durch Lagerung reifende Gut statt in Silos auch in offenen Lagern zwischengelagert werden.
Es werden 20,5 bis 21 Tonnen fertiges Granulat mit 2 bis 5 Millimetern gewonnen, das dem Produktsilo zugeführt wird. Nach etwa 1 Tag Lagerzeit beträgt die Granalienfestigkeit etwa 18 bis 20 Newton.
Das Produkt ist lagerfähig, streufähig und praktisch nicht staubend und ein Kalium-Magnesium-Schwefel-Düngemittel mit etwa 15 Prozent K₂O, 6 Prozent MgO und etwa 18 Prozent CaO sowie einem Gesamtschwefelgehalt von 20 Prozent S.

Claims

Verfahren zur Pressgranulierung nicht duktiler Salze und Salzgemische wie Kieserit, Langbeinit, Polyhalit, Anhydrit und Arcanit durch Walzenpressen bei Pressdrücken bis 280 bar, Herstellung einer Pressschülpe (Folie), Zerkleinerung der Folie auf Prallmühlen, Absiebung des Granulatkornes aus dem zerkleinerten Material auf einem Doppeldeckersieb und Rückführung des Unter- und Überkorns in den Pressenkreislauf dadurch gekennzeichnet, dass dem pulverförmigen zu granulierendem Salz oder Salzgemisch in einem oder mehreren hintereinander geschalteten Mischern 1,5 bis 8 Masse-Prozent eines zähflüssigen Additivs in Form von zuckerhaltigen Abprodukten der Rohr- oder Rübenzuckerherstellung zugesetzt und die homogenisierte Mischung im Pressgranulierverfahren auf Walzenpressen kompaktiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als Additiv vorzugsweise 2 bis 5 Masse-Prozent Melasse mit 47 bis 55 Masse-Prozent Gesamtzucker in der Trockensubstanz zugesetzt, danach die homogenisierte Mischung zu zunächst noch weicher Pressschülpe verpresst, diese vorzerkleinert und nach einer Reifezeit von 3 bis 8 Stunden in Prallmühlen zerkleinert und anschließend abgesiebt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Reifung des Materials aus dem Pressvorgang und der nachfolgenden Vorzerkleinerung in Silos oder in offener Lagerung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das feinkörnige bis feinstückige Material und das grobstückige Material nach dem Pressvorgang und nachfolgender Vorzerkleinerung getrennt und das grobstückige Material durch Reifen ausgehärtet und anschließend das durch Lagerung ausgehärtete Grobgut in Prallmühlen zerkleinert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Mischprozess, Pressvorgang und Reifeprozess vorzugsweise 20 bis 40°C beträgt.