DE102017007105A1

DE102017007105A1 - Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Stabilität von Kaliumchlorid-Kompaktaten

Info

Publication number: DE102017007105A1
Application number: DE102017007105.5A
Authority: DE
Inventors: Guido Baucke; Sebastian Kopf; Paul Meissner
Original assignee: K and S KALI GmbH; K S Kali GmbH
Current assignee: K+S Minerals and Agriculture GmbH
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-01-31
Also published as: EP3658506A1; WO2019020140A1; US20200156954A1; CA3071340A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Stabilität von Kaliumchlorid-Kompaktaten, bei dem man auf die Oberfläche des frisch hergestellten, noch warmen Kaliumchlorid-Kompaktats Wasser in einer Menge von 0,1 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf die Masse des frisch hergestellten Kaliumchlorid-Kompaktats, aufbringt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Stabilität von Kaliumchlorid-Kompaktaten, insbesondere von grobteiligen Kompaktaten, in denen wenigstens 80 Gew.-% der Partikel des Kompaktats eine Korngröße von wenigstens 5 mm aufweisen.
Kaliumchlorid ist ein vielfältig einsetzbarer Rohstoff der chemischen Industrie und findet auch als Hilfsmittel in zahlreichen technischen Prozessen Verwendung. In der chemischen Industrie wird Kaliumchlorid beispielsweise zur Herstellung von Kalidüngern, als Rohstoff zur Herstellung von technisch genutzten Kaliumverbindungen wie Kaliumhydroxid und Kaliumcarbonat oder Kaliumlegierungen wie NaK, als Elektrolyt in Schmelzflusselektrolysen oder als Leitsalz in der Galvanik eingesetzt.
Kaliumchlorid wird üblicherweise in untertägigen Bergwerken durch konventionellen Abbau, durch Solution Mining (Solungsbergbau) oder durch Solareindampfung von Salzwässern gewonnen. Bei seiner Gewinnung fällt Kaliumchlorid in vergleichsweise feinteiliger Form an. Die Korngröße eines solchen Produkts, z.B. eines Produktes aus dem Heißlöseverfahren, liegt typischerweise unterhalb 2 mm (d₉₀-Wert, bestimmt durch Siebanalyse, d.h. 90 Gew.-% der Partikel haben eine Korngröße unterhalb 2 mm). Kaliumchlorid wird häufig in grobteiliger Form, z.B. in Form von Granulaten oder in Form von Kompaktaten, vermarktet, da diese vorteilhafte Handhabungseigenschaften aufweisen. So neigt grobteiliges Kaliumchlorid im Vergleich zu feinteiligem Kaliumchlorid in sehr viel geringerem Maße zur Staubbildung, ist lagerstabiler und neigt weniger zum Verbacken.
Grobteiliges Kaliumchlorid wird beispielsweise durch Pressagglomeration, d.h. durch Kompaktieren bzw. Verpressen, von feinteiligem Kaliumchlorid hergestellt und daher häufig auch als Kompaktat bezeichnet. Die Partikel eines Kompaktats weisen eine unregelmäßige Form auf. Im Unterschied zu Kalidünger-Granulaten sind Kompaktate grobteiliger und weisen häufig Korngrößen von wenigstens 5 mm (Durchgang 5 mm < 20 Gew.-% , bestimmt durch Siebanalyse) auf.
Kaliumchlorid-Kompaktate sind gegenüber mechanischer Belastung vergleichsweise instabil. Beim Einwirken mechanischer Kräfte, beispielsweise beim Ein- oder Ausspeichern des Granulats in Silos oder Schüttungen, oder beim Umschlag des Granulats, findet eine starke Kornzerstörung statt, die sich in einer Erhöhung des Anteils an Kaliumchlorid-Partikeln mit Korngrößen unterhalb 5 mm und der signifikanten Bildung von Kaliumchlorid-Partikeln mit einer Größe von unterhalb 2 mm manifestiert. Die Bildung kleiner Partikel ist problematisch, da sie die Neigung der Kaliumchlorid-Kompaktate zum Verbacken verstärken und gegebenenfalls die Handhabung durch Staubbildung erschweren. Diese Probleme treten insbesondere bei Kaliumchlorid-Kompaktaten mit einem hohen Gehalt an Kaliumchlorid auf.
Es ist grundsätzlich bekannt, die mechanische Festigkeit von Kaliumchlorid-Kompaktaten durch Zusatz von verfestigend wirkenden Additiven, so genannten Bindemitteln, zu verbessern. Typische Bindemittel sind Gelatine, Stärke, Melasse, Ligninsulfonate, Phosphate, Metasilikate, Kalk und Tonmineralien. Die Wahl des Bindemittels wird in der Regel die Eigenschaften des Kompaktats, insbesondere seine mechanische Festigkeit (Abrieb, Härte), seine hygroskopischen Eigenschaften und seine Staubneigung maßgeblich beeinflussen. Von Nachteil erweist sich allerdings, dass derartige Bindemittel die Kosten für die Herstellung der Kompaktate erhöhen. Zudem können die Bindemittel die Einsatzmöglichkeiten des Kompaktats beschränken. Beispielsweise können insbesondere organische Bindemittel von Nachteil sein, wenn die Kompaktate in Elektrolysen, z.B. bei der Herstellung von Kaliumhydroxid, eingesetzt werden. Hier werden in der Regel TOC-Werte von weniger als 10 ppm, insbesondere nicht mehr als 5 ppm benötigt. Auch die anorganischen Bindemittel können sich für die Gebrauchseigenschaften des Kompaktats als problematisch erweisen.
Aus der DD 136956 ist bekannt, zur Verbesserung der Kornstabilität von Kalidüngemittel-Granulaten, diese zunächst in einer Wirbelschicht zu entstauben, das entstaubte Granulat mit 0,5 bis 2 Gew.-%, insbesondere mit 1 Gew.-% Wasser zu benetzen und dann das befeuchtete Granulat auf einen Restwassergehalt von vorzugsweise 0,1 bis 0,2 Gew.-% zu trocknen. Die in DD 136956 eingesetzten Granulate weisen Korngrößen zwischen 1 bis 4 mm auf und sind somit im Vergleich zu Kompaktaten weniger empfindlich bezüglich gegenüber einer Kornzerstörung durch mechanische Belastung. Zur Verbesserung der Staubfreiheit werden die so behandelten Granulate mit einem Mineralöl als Staubbindemittelmittel behandelt. Daher sind diese Granulate für die meisten Anwendungen in chemischen Prozessen nicht mehr geeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die mechanische Stabilität von Kaliumchlorid-Kompaktaten zu verbessern, ohne dass es des Einsatzes konventioneller Bindemittel bedarf. Insbesondere sollte eine Verbesserung für grobteilige Kompaktate mit einem Kaliumchlorid-Gehalt von wenigstens 98 Gew.-%, bezogen auf die von Wasser verschiedenen Bestandteile des Kompaktats, erzielt werden.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass sich die mechanische Stabilität von Kaliumchlorid-Kompaktaten durch ein Verfahren verbessern lässt, bei dem man auf die Oberfläche des frisch hergestellten, noch warmen Kaliumchlorid-Kompaktats Wasser in einer Menge von 0,1 bis 0,4 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 0,25 bis 0,35 Gew.-%, bezogen auf die Masse des frisch hergestellten Kaliumchlorid-Kompaktats, aufbringt.
Dementsprechend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Stabilität von Kaliumchlorid-Kompaktaten, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man auf die Oberfläche eines frisch hergestellten, noch warmen Kaliumchlorid-Kompaktats Wasser in einer Menge von 0,1 bis 0,4 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 0,25 bis 0,35 Gew.-%, bezogen auf die Masse des frisch hergestellten Kaliumchlorid-Kompaktats, aufbringt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keine konventionellen Bindemittel und auch keine Staubbindemittel. Die vergleichsweise geringen Mengen an Wasser reichen aus, um eine ausreichende Verfestigung des Kompaktats zu erzielen. Größere Wassermengen sind nicht erforderlich. Sie führen in der Regel zu anderen Nachteilen, z.B. eine höheren Neigung des Kompaktats zum Verbacken. Das Verfahren ist einfach durchzuführen, da das Wasser in einfacher Weise auf das Kompaktat aufgebracht, z.B. aufgesprüht werden kann. Aufwändige Mischvorrichtungen werden hierfür nicht benötigt. Zudem ist im erfindungsgemäßen Verfahren, anders als bei den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zur Behandlung von Granulaten mit Wasser, ein anschließender Trocknungsschritt nicht erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Verbesserung der mechanischen Stabilität von grobteiligen Kompaktaten, d.h. von solchen frisch hergestellten Kompaktaten, worin wenigstens 80 Gew.-% des Kaliumchlorid-Kompaktats Korngrößen von wenigstens 5 mm, z.B. Korngrößen im Bereich von 5 bis 40 mm, aufweisen. Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere ein Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Stabilität von Kaliumchlorid-Kompaktaten, worin wenigstens 80 Gew.-% des Kaliumchlorid-Kompaktats Korngrößen von wenigstens 5 mm, z.B. Korngrößen im Bereich von 5 bis 40 mm, aufweisen.
Bei den hier und im Folgenden angegebenen Korngrößen handelt es sich um diejenigen Werte, wie sie mittels Siebanalyse nach DIN 66165:2016-08 bestimmt werden. Die Ermittlung der Massenanteile der jeweiligen Korngrößen bzw. Korngrößenbereiche erfolgt nach Maßgabe der DIN 66165:2016-08 durch Fraktionierung des dispersen Guts unter Verwendung von mehreren Sieben mittels maschineller Siebung in vorkalibrierten Systemen. In Bezug auf die Teilchen- bzw. Korngröße sind alle Angaben in % als Gew.-% zu verstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Verbesserung der mechanischen Stabilität von Kaliumchlorid-Kompaktaten mit einem hohen Gehalt an Kaliumchlorid. Vorzugsweise weist das frisch hergestellte Kaliumchlorid-Kompaktat, im Folgenden auch als das zu behandelnde Kaliumchlorid-Kompaktat bezeichnet, einen Gehalt an KCl von wenigstens 98,0 Gew.- %, z.B. im Bereich von 98,0 bis 99,9 Gew.-%, insbesondere wenigstens 98,5 Gew.-%, z.B. im Bereich von 98,5 bis 99,9 Gew.-%, speziell wenigstens 99,0 Gew.-%, z.B. im Bereich von 99,0 bis 99,9 Gew.-%, jeweils bezogen auf die von Wasser verschiedenen Bestandteile des Kaliumchlorid-Kompaktats, auf. Neben Kaliumchlorid kann das frisch hergestellte Kaliumchlorid-Kompaktat auch andere, von Kaliumchlorid und Wasser verschiedene Bestandteile enthalten. Bei diesen Bestandteilen handelt es sich insbesondere um Natriumchlorid, Bromide des Natriums oder des Kaliums oder Erdalkalimetallhalogenide wie Magnesiumchlorid und Calciumchlorid und deren Oxide. Die Gesamtmenge derartiger Bestandteile wird in der Regel 2,0 Gew.-%, insbesondere 1,5 Gew.% und speziell 1,0 Gew.-% nicht überschreiten und liegt typischerweise im Bereich von 0,1 bis 2,0 Gew.-%, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 1,5 Gew.-% und speziell im Bereich von 0,1 bis 1 Gew.-%. Die erfindungsgemäßen Vorteile kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn der Anteil an Erdalkalimetallverbindungen nicht mehr als 2000 ppm, gerechnet als Oxide und bezogen auf die von Wasser verschiedenen Bestandteile des frisch hergestellten Kaliumchlorid-Kompaktats, beträgt.
Die erfindungsgemäßen Vorteile kommen insbesondere auch dann zum Tragen, wenn das frisch hergestellte Kaliumchlorid-Kompaktat keine oder im Wesentlichen keine konventionellen Bindemittel enthält. Der Anteil konventioneller Bindemittel liegt daher insbesondere unterhalb 0,1 Gew.-%, insbesondere unterhalb 0,05 Gew.-%, bezogen auf die von Wasser verschiedenen Bestandteile des Kaliumchlorid-Kompaktats.
Insbesondere enthält das zu behandelnde, frisch hergestellte Kaliumchlorid-Kompaktat keine oder im Wesentlichen keine organischen Bindemittel oder sonstige organische Verunreinigungen. Insbesondere weist das frisch hergestellte Kaliumchlorid-Kompaktat, bezogen auf seine Gesamtmasse, weniger als 10 ppm, insbesondere nicht mehr als 5 ppm organischen Kohlenstoff auf (TOC-Wert), bestimmt in Anlehnung an die in DIN EN 15936:2012 beschriebene Methode und gerechnet als elementarer Kohlenstoff. Dementsprechend wird man vorzugsweise im erfindungsgemäßen Verfahren dem Kaliumchlorid-Kompaktat weder bei seiner Herstellung noch vor oder nach dem Aufbringen des Wassers organische Verfestigungsmittel oder Staubbindemittel zusetzen.
Wie bereits einleitend erwähnt umfasst die Herstellung von Kaliumchlorid-Kompaktaten ein Verpressen von feinteiligem Kaliumchlorid. Dieser Vorgang wird auch als Pressagglomeration oder Kompaktieren bezeichnet.
Üblicherweise wird in der Pressagglomeration ein feinteiliges Kaliumchlorid-Rohmaterial eingesetzt, worin wenigstens 90 Gew.-%, insbesondere wenigstens 95 Gew.-% der Partikel des Kaliumchlorid-Rohmaterials eine Korngröße von maximal 2 mm aufweisen. Insbesondere weisen wenigstens 90 Gew.-%, speziell wenigstens 95 Gew.-% der Partikel des feinteiligen Kaliumchlorids eine Korngröße im Bereich von 0,01 bis 2 mm auf.
Das feinteilige Kaliumchlorid, im Folgenden auch Kaliumchlorid-Rohmaterial, weist typischerweise die vergleichbare Gehalte an Verunreinigungen auf wie das frisch hergestellte Kaliumchlorid-Kompaktat, da beim Kompaktieren in der Regel keine weiteren Bestandteile dem feinteiligen Kaliumchlorid zugesetzt werden. Dementsprechend setzt man vorzugsweise zum Kompaktieren ein feinteiliges Kaliumchlorid ein, das einen Gehalt an KCl von wenigstens 98,0 Gew.- %, z.B. im Bereich von 98,0 bis 99,9 Gew.-%, insbesondere wenigstens 98,5 Gew.-%, z.B. im Bereich von 98,5 bis 99,9 Gew.-%, speziell wenigstens 99,0 Gew.-%, z.B. im Bereich von 99,0 bis 99,9 Gew.-%, jeweils bezogen auf die von Wasser verschiedenen Bestandteile des feinteiligen Kaliumchlorids, aufweist. Darüber hinaus kann das feinteilige Kaliumchlorid auch davon verschiedene Bestandteile enthalten. Bei diesen Bestandteilen handelt es sich insbesondere um die im Zusammenhang mit dem Kompaktat genannten Bestandteile. Die erfindungsgemäßen Vorteile kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn der Anteil an Erdalkaliverbindungen nicht mehr als 2000 ppm, gerechnet als Oxide und bezogen auf die von Wasser verschiedenen Bestandteile des feinteiligen Kaliumchlorids, beträgt.
Bei dem Kaliumchlorid-Rohmaterial handelt es sich üblicherweise um ein bergmännisch abgebautes, bzw. über Solareindampfung oder Solution Mining gewonnenes kristallines Kaliumchlorid, das beispielsweise durch Eindampfung, Kristallisation und/oder durch ein Heißlöseverfahren, durch Flotation oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen, aufbereitet wurde. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann dem Kaliumchlorid-Rohmaterial zusätzlich auch weiteres Kaliumchlorid zugemischt werden. Dabei handelt es sich zum Beispiel um ein bei der Klassierung der erfindungsgemäßen Kaliumchlorid-Granulate anfallendes Rückgut, das gegebenenfalls zerkleinert wurde. In diesen Gemischen aus Kaliumchlorid-Rohmaterial und weiterem Kaliumchlorid wird der Anteil an weiterem Kaliumchlorid, z. B. dem Rückgut, in der Regel im Bereich von 1 bis 70 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der zur Granulierung aufgegebenen Menge, liegen.
Zum Kompaktieren eignen sich grundsätzlich alle die für ähnliche Zwecke bekannten Pressen, wie beispielsweise Stempel-, Strang-, Loch- und Walzenpressen.
Vorzugsweise erfolgt die Kompaktierung unter Verwendung einer Walzenpresse. Bei Walzenpressen erfolgt die Kompaktierung im Spalt zweier gegenläufig rotierender Walzen. Die Walzenoberflächen können glatt, profiliert, z. B. geriffelt, gewellt oder gewaffelt, oder mit Formmulden ausgestattet sein. Eine etwaige Profilierung der Walzenoberfläche dient vor allem der Verbesserung des Einzugsverhältnisses in den Walzenspalt. Häufig wird man Walzenpressen mit glatter oder profilierter Walzenoberfläche einsetzen. In diesem Falle ist das primäre Agglomerationsprodukt ein aus dem Walzenspalt austretender bandartiger Strang, der auch als Schülpe bezeichnet wird.
Die für die Kompaktierung erforderlichen Presskräfte, die üblicherweise auf die Walzenbreite bezogen und als Linienkräfte angegeben werden, liegen in der Regel im Bereich von 1 bis 75 kN/cm, insbesondere im Bereich von 40 bis 70 kN/cm und bezogen auf 1000 mm Durchmesser und einer mittleren Schülpendicke von 10 - 18 mm. In der Regel wird die Walzenpresse bei einer Walzenumfangsgeschwindigkeit im Bereich von 0,2 bis 1,6 m/s betrieben.
Üblicherweise erfolgt die Kompaktierung bei Temperaturen im Bereich von 80 bis 150 °C. Hierbei kann es sich um diejenige Temperatur handeln, die sich aufgrund der Einwirkung der mechanischen Kräfte auf das behandelte Kaliumchlorid-Rohmaterial einstellt. Gegebenenfalls wird man das der Kompaktierung zugeführte Gut auf die für die Kompaktierung gewünschte Temperatur vorwärmen bzw. das Gut hat noch Restwärme z. B. aus der Trocknung.
Gegebenenfalls kann die Pressagglomeration mehrstufig durchgeführt werden.
Bei der Pressagglomeration des behandelten Kaliumchlorid-Rohmaterials mit einer Walzenpresse werden in der Regel Schülpen erhalten, die zur Einstellung der Partikelgröße des erhaltenen Kompaktats einer Zerkleinerung unterworfen werden. Die Zerkleinerung der Schülpen kann in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Vermahlen in hierfür geeigneten Vorrichtungen erfolgen, beispielsweise in Prallbrechern, Prallmühlen oder Walzenbrechern, insbesondere solche mit Stachelwalzen.
Gegebenenfalls wird das Kompaktat einer Klassierung unterworfen, bei der feinteiligere Bestandteile abgetrennt werden. Die Klassierung kann in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Sieben des zerkleinerten Materials, erfolgen.
Erfindungsgemäß wird das frisch hergestellte, noch warme Kaliumchlorid-Kompaktat mit Wasser behandelt. Die Wärme resultiert aus der bei der Herstellung des Kompaktats eingebrachten Energie, z.B. die für das Trocknen aufgewendete Wärmeenergie aber auch die beim Verpressen und Zerkleinern eingebrachte Wärmeenergie, die aufgrund der Wärmekapazität des Kaliumchlorids im Kompaktat zunächst gespeichert wird und erst nach der Herstellung langsam an die Umgebung abgegeben wird.
Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Kaliumchlorid-Kompaktat unmittelbar vor dem Aufbringen des Wassers eine Temperatur von wenigstens 70 °C, insbesondere wenigstens 80 °C und speziell wenigstens 85 °C aufweist. Typischerweise wird die Temperatur des frisch hergestellten, noch warmen Kaliumchlorid-Kompaktats unmittelbar vor dem Aufbringen des Wassers eine Temperatur von 140 °C, insbesondere 130 °C und speziell 125 °C nicht überschreiten. Dementsprechend liegt die Temperatur des frisch hergestellten, noch warmen Kaliumchlorid-Kompaktats unmittelbar vor dem Aufbringen des Wassers im Bereich von 70 bis 140 °C, insbesondere im Bereich von 80 bis 130 °C und speziell im Bereich von 85 bis 125 °C.
Das frisch hergestellte Kaliumchlorid-Kompaktat weist üblicherweise vor dem Aufbringen des Wassers nur einen geringen Wassergehalt auf, der häufig einen Wert von 0,3 Gew.-% insbesondere 0,2 Gew.-% nicht überschreitet. Häufig liegt der Wassergehalt des frisch hergestellten Kaliumchlorid-Kompaktats im Bereich von 0,01 bis 0,3 Gew.-%, insbesondere im Bereich von 0,02 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Kompaktats und bestimmt durch den Trockenverlust des Kompaktats bei 105 ± 5 °C. Dieser Trockenverlust wird typischerweise in Anlehnung an DIN EN 12880:2000 bestimmt, indem man eine Probe bei Temperaturen im Bereich von 105 ± 5 °C bei Umgebungsdruck bis zur Gewichtskonstanz trocknet. In der Regel erfolgt die Labortrocknung zur Bestimmung des Wassergehalts in einem Trockenschrank. Die zur Erreichung der Gewichtskonstanz notwendige Zeit liegt bei Kaliumchlorid-Kompaktaten typischerweise unterhalb 2 h. Hierbei wird durch Wiegen vor und nach dem Trocknen der Trockenrückstand in %, bezogen auf das eingesetzte Ausgangsgewicht, ermittelt. Der Trockenverlust in % ergibt sich aus dem Trockenrückstand in % durch Subtraktion von 100.
Vorzugsweise bringt man das Wasser möglichst gleichmäßig auf die Oberfläche des Kaliumchlorid-Kompaktats auf. Hierbei hat es sich bewährt, das Wasser in fein verteilter Form, z. B. durch Aufsprühen bzw. in zerstäubter Form, auf die Partikel des Kaliumchlorid-Kompaktats aufzubringen. Hierzu wird man üblicherweise das Wasser mittels ein oder mehrerer geeigneter Zerstäuber, z.B. feststehende oder rotierende Düsen, versprühen bzw. zerstäuben.
Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Kaliumchlorid-Kompaktat während des Aufbringens des Wassers, insbesondere des zerstäubten Wassers, bewegt wird, um einen gleichmäßigeren Auftrag des Wassers auf die Oberfläche der Kompaktat-Partikel zu erzielen. Insbesondere wird man so vorgehen, dass man das Kaliumchlorid-Kompaktat in einer Relativbewegung durch einen Sprühkegel oder einen Sprühvorhang aus mehreren sich überlagernden Sprühkegeln führt. Beispielsweise kann man zum Aufbringen des Wassers so vorgehen, dass man das Kaliumchlorid-Kompaktat mittels eines Transportbands durch einen Bereich führt, in dem Wasser versprüht bzw. zerstäubt wird, beispielsweise indem man einen oder mehrere Sprühkegel oder einen oder mehrere Sprühvorhänge auf dem sich bewegenden Transportband erzeugt. Auch kann man beispielsweise am Übergabepunkt zwischen zwei Transportbändern einen Bereich, in dem Wasser versprüht bzw. zerstäubt wird, erzeugen. Hierdurch wird ein besonders gleichmäßiges Aufbringen des Wassers auf die Oberfläche der Kompaktakt-Partikel erreicht. Grundsätzlich ist es auch möglich, das Wasser in Mischvorrichtungen, beispielsweise Trommelmischern, auf die Oberfläche der Kompaktat-Partikel aufzubringen. Vorzugsweise wird man beim Aufbringen des Wassers die mechanische Beanspruchung des Kompaktats möglichst gering halten.
Das zum Aufbringen auf das Kaliumchlorid-Kompaktat verwendete Wasser kann grundsätzlich reines, z.B. entionisiertes Wasser, aber auch Leitungswasser oder Prozesswasser sein. Vorzugsweise enthält es keine oder keine nennenswerten Mengen an Fremdbestandteilen, abgesehen von den in Leitungs- oder Prozesswasser üblicherweise vorhandenen anorganischen Salzen, um eine Kontamination des Kaliumchlorid-Kompaktats zu vermeiden. Insbesondere enthält das Wasser keine organischen Bestandteile, d.h. die Konzentration organischer Verunreinigungen liegt insbesondere unterhalb 100 ppm. Die Gesamtkonzentration an Verunreinigungen im Wasser, d.h. die Gesamtmenge an organischen und anorganischen, von Wasser verschiedenen Bestandteilen, liegt vorzugsweise unterhalb 1000 ppm.
Das zum Aufbringen auf das Kaliumchlorid-Kompaktat verwendete Wasser weist typischerweise Temperaturen im Bereich der Umgebungstemperatur auf, z.B. Temperaturen im Bereich von 5 bis 40 °C. Gegebenenfalls kann es sinnvoll sein, das Wasser vor dem Aufbringen zu erwärmen, beispielsweise auf Temperaturen bis zu 80 °C.
Üblicherweise wird das erfindungsgemäß behandelte Kaliumchlorid-Kompaktat nach der Behandlung eingespeichert, z.B. in Silos oder als Haufwerk in Lagerhallen. Grundsätzlich kann man die erfindungsgemäß mit Wasser behandelten Kaliumchlorid-Kompaktate auch verpacken, beispielsweise in Säcken oder Big-Bags.
Die erfindungsgemäß behandelten Kaliumchlorid-Kompaktate zeichnen sich im Vergleich zu unbehandelten Kaliumchlorid-Kompaktaten durch eine geringere Empfindlichkeit gegenüber mechanischer Belastung, wie sie beispielsweise beim Ein- oder Ausspeichern oder beim Umschlagen oder Transportieren der Kompaktate auftreten. Dies äußert sich in einer geringeren Kornzerstörung und der geringeren Bildung von Abrieb, d.h. von Partikeln mit Korngrößen unterhalb 2 mm. Daher neigen erfindungsgemäß behandelte Kaliumchlorid-Kompaktate bei der Lagerung, insbesondere unter Druck, wie er in Haufwerken oder bei der Lagerung in Silos auftritt, in geringerem Ausmaß zum Verbacken als nicht behandelte Kaliumchlorid-Kompaktate. Überraschenderweise bleibt die verbesserte mechanische Festigkeit der Kompaktate auch bei Lagerung über längere Zeiträume erhalten, so dass die beim Ausspeichern bzw. beim Umschlag auftretenden mechanischen Belastungen bei den erfindungsgemäß behandelten Kaliumchlorid-Kompaktaten auch nach längerer Lagerung zu einer geringeren Kornzerstörung führen im Vergleich mit unbehandelten Kaliumchlorid-Kompaktaten.
Die folgenden Beispiele dienen ebenfalls der Erläuterung der Erfindung, sind aber nicht einschränkend zu verstehen.
Beispiele
In den folgenden Versuchen wurde Kaliumchlorid-Rohmaterial mit folgender Spezifikation eingesetzt: KCI-Gehalt von 99 Gew.-% (= 62,5 % K₂O), Gesamtgehalt Ca + Mg ca. 0,01 Gew.-%. Die Restfeuchte des (feuchten) Kaliumchlorid-Rohmaterials liegt i.d.R. bei 5,7 - 6,2 Gew.-%.
Korngrößenverteilung:

1,1 Gew.-% < 0,09 mm

6,3 Gew.-% 0,09 bis < 0,16 mm

10,1 Gew.-% 0,16 bis < 0,212 mm

8,8 Gew.-% 0,212 bis < 0,25 mm

68,5 Gew.-% 0,25 bis < 0,5 mm

5,2 Gew.-% > 0,5 mm
Zur Herstellung von Kaliumchlorid-Kompaktat wurde das feuchte Kaliumchlorid-Rohmaterial einer Trocknung bei ca. 135 °C zugeführt. Anschließend wurde das Rohmaterial ggf. mit dem Pressenrückgut in der Zerkleinerung/Fraktionierung auf die Pressen aufgegeben. Die verarbeiteten Mengen belaufen sich auf rund 40 t/h Kaliumchlorid-Rohmaterial.
Für die Pressagglomeration in der Produktion wurde eine Walzenpresse mit Rückgutkreislauf eingesetzt. Die Walzenpresse ist folgenderweise aufgebaut: zwei gegenläufig rotierende Walzen weisen eine Waffelprofilierung auf der Walzenoberfläche (typischer Walzendurchmesser 1150 mm, typische Arbeitsbreite 1000 mm, Spaltbreite typischerweise ca. 15 mm) auf. Die Presse wurde mit einer Linienkraft von rund 70 kN/cm und einer Walzengeschwindigkeit von 0,7 m/s betrieben. Die Zufuhr des Kaliumchlorid-Rohmaterials erfolgte in der Regel mittels eines zentralen Kettenförderers und die über den Pressen angeordneten Stopfschnecken.
Die in der Walzenpresse anfallenden Schülpen wurden mittels eines Walzenbrechers zerkleinert. Anschließend wurde das Material mit einer handelsüblichen Siebvorrichtung klassiert, die Fraktion mit Korngröße > 5 mm (Produkt) abgetrennt, die Fraktion mit Korngröße < 5 mm zur Aufgabe zurückgeführt. Die jeweiligen Fraktionen wurden mit einem Förderband aus der Siebvorrichtung ausgetragen.
Das Kompaktat wies unmittelbar nach Austragen aus der Siebvorrichtung eine Temperatur von 90 bis 110 °C und einen Trocknungsverlust von weniger als 0,1 Gew.-% auf.
Das so hergestellte, auf dem Förderband befindliche Kompaktat wurde unmittelbar nach dem Verlassen der Siebvorrichtung mit Wasser mittels einer Flachstrahldüse besprüht. Das Wasser war Leitungswasser mit einer Härte von 13,8 dH. Die Düse war so eingestellt, dass sie einen flachen Sprühkegel mit einem Öffnungswinkel von 120° erzeugte. Die Förderbandgeschwindigkeit und die Auftragsmenge an Wasser wurden so eingestellt, dass die Auftragsmenge etwa 0,3 Gew.-%, bezogen auf das durch den Sprühkegel geführte Kompaktat betrug. Von dem so erhaltenen Kaliumchlorid-Kompaktat wurden über einen längeren Zeitraum insgesamt 22 Proben à 10 - 15 kg über eine Probenklappe entnommen. Von den Proben wurden jeweils 2 - 3 kg abgeteilt, die zur Bestimmung der Korngrößenverteilung 5 min. auf einer Siebmaschine (Typ EML 450 digital plus der Fa. Haver & Boecker) gesiebt wurden.

Das so erhaltene Kaliumchlorid-Kompaktat wies folgende Korngrößenverteilung auf (Mittelwert über 22 Proben):

7,6 Gew.-%	< 5 mm (4,8 Gew.-% < 2 mm, 2,8 Gew.-% 2 bis < 5 mm)
4,6 Gew.-%	5 bis 6,3 mm
13,1 Gew.-%	> 6,3 bis 8 mm
14,4 Gew.-%	> 8 bis 10 mm
15,5 Gew.-%	> 10 bis 12,5 mm
15,3 Gew.-%	> 12,5 bis 16 mm
14,2 Gew.-%	> 16 bis 20 mm
8,6 Gew.-%	> 20 bis 25 mm
6,7 Gew.-%	> 25 mm.

Das so erhaltene Kompaktat wurde anschließend über das Förderband als Haufwerk in eine Lagerhalle eingespeichert. Nach 7 Tagen Lagerung wurde das Material mittels eines Baggers ausgespeichert. Von dem ausgespeicherten Material wurden erneut sukzessive 21 Proben à 10 - 15 kg entnommen. Von den Proben wurden jeweils 2 - 3 kg abgeteilt, von denen durch Siebanalyse in der oben beschriebenen Weise der Anteil von Partikeln mit Teilchengrößen > 2 mm und > 5 mm bestimmt wurde. In der folgenden Tabelle 1 sind die entsprechenden Werte zusammengestellt.

Zu Vergleichszwecken wurde auf die oben beschriebene Weise ein Kaliumchlorid-Kompaktat unter den oben beschriebenen Bedingungen hergestellt, mit dem einzigen Unterschied, dass das Kompaktat nicht mit Wasser besprüht wurde. Tabelle 1: Kornzerstörung von Kaliumchlorid-Kompaktaten vor dem Einspeichern und nach dem Ausspeichern.

	Vergleichsbeispiel ohne Wasserauftragsmenge		Beispiel mit 0,3 Gew.-% Wasserauftragsmenge
Kornzerstörung vor Einspeichern*	< 5 mm	10,3 Gew.-%	< 5 mm	7,6 Gew.-%
Kornzerstörung vor Einspeichern*	< 2 mm	7,1 Gew.-%	< 2 mm	4,8 Gew.-%
Kornzerstörung beim Ausspei- ehern**	< 5 mm	30,3 Gew.-%	< 5 mm	18,5 Gew.-%
Kornzerstörung beim Ausspei- ehern**	< 2 mm	17,4 Gew.-%	< 2 mm	9,4 Gew.-%
* unmittelbar nach Herstellung, Mittelwert über 22 Proben
** nach 7 Tagen Lagerung und Ausspeichern, Mittelwert über 21 Proben

Die vorteilhafte mechanische Stabilität bleibt auch beim Transport erhalten. So wurde das ausgespeicherte Kompaktat zunächst auf einen Lastwagen verladen, dann auf ein Transportschiff umgeschlagen und anschließend ausgeladen. Hierbei zeigte sich, dass das behandelte Kompaktat im Vergleich zum unbehandelten Kompaktat einen mehr als 2,5-fach geringeren Anteil an Partikeln mit Korngrößen unterhalb 5 mm aufwies.
Die Bestimmung der Kornstabilität kann auch über den Abrieb des Kompaktats mittels eines Trommeltests bestimmt werden, der sich an die in DIN 51717 oder ISO 3271 beschriebenen Vorgehensweisen anlehnt. In diesem Test bilden sich aufgrund der mechanischen Belastung des Kompaktats Partikel mit Korngrößen unterhalb 5 mm. Je niedriger der Anteil an Partikeln mit Korngrößen unterhalb 5 mm bzw. unterhalb 2 mm ist, desto mechanisch stabiler ist das Kompaktat.
Hierzu wurden jeweils 2,0 ± 0,5 kg des zuvor beschriebenen Kaliumchlorid-Kompaktats aus den Fraktionen mit Korngrößen im Bereich von 10-20 mm in eine horizontal drehbar gelagerte, zylindrische Trommel mit einem Innendurchmesser von 500 mm und einer Breite (Zylinderhöhe) von 500 mm, die zwei, innen an der Mantelfläche des Zylinders um 180° versetzt angebrachte Hubleisten mit einer Höhe von 80 mm aufwies, gegeben. Zur mechanischen Beanspruchung des Kompaktats wurde die Trommel 8 min. bei 25 U/min gedreht (insgesamt 200 Umdrehungen). Anschließend wurde der Inhalt der Trommel auf ein Sieb mit einer Maschenweite von 5 mm, unter dem ein Sieb mit einer Maschenweite von 2 mm angeordnet war, 5 min auf einer Siebmaschine (Typ EML 450 digital plus der Fa. Haver & Boecker) gesiebt.
Das in der zuvor beschriebenen Weise hergestellte, mit 0,3 Gew.-% Wasser behandelte Kaliumchlorid-Kompaktat enthielt nach Behandlung in der Trommel 18,4 Gew.-% Partikel mit einer Größe unterhalb 5 mm. Das zu Vergleichszwecken ohne Wasserbehandlung hergestellte Kaliumchlorid-Kompaktat enthielt nach Behandlung in der Trommel 27,8 Gew.-% Partikel mit einer Größe unterhalb 5 mm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DD 136956 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 66165:2016-08 [0013]
DIN 51717 [0049]
ISO 3271 [0049]

Claims

Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Stabilität von Kaliumchlorid-Kompaktaten, dadurch gekennzeichnet, dass man auf die Oberfläche des frisch hergestellten, noch warmen Kaliumchlorid-Kompaktats Wasser in einer Menge von 0,1 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf die Masse des frisch hergestellten Kaliumchlorid-Kompaktats, aufbringt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens 80 Gew.-% des frisch hergestellten Kaliumchlorid-Kompaktats vor dem Aufbringen des Wassers Korngrößen von wenigstens 5 mm, bestimmt mittels Siebanalyse nach DIN 66165:2016-08, aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das frisch hergestellte grobteilige Kaliumchlorid-Kompaktat vor dem Aufbringen des Wassers eine Temperatur von wenigstens 70 °C aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das frisch hergestellte grobteilige Kaliumchlorid-Kompaktat weniger als 10 ppm organischen Kohlenstoff (TOC-Wert), bestimmt nach DIN EN 15936:2012 und gerechnet als elementarer Kohlenstoff, enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das frisch hergestellte Kaliumchlorid-Kompaktat vor dem Aufbringen des Wassers einen Wassergehalt von 0,01 bis 0,3 Gew.-%, bestimmt über den Trocknungsverlust bei 105 °C, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das frisch hergestellte Kaliumchlorid-Kompaktat einen Gehalt an KCl von wenigstens 98 Gew.-%, bezogen auf die von Wasser verschiedenen Bestandteile des Kaliumchlorid-Kompaktats, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Herstellung des Kaliumchlorid-Kompaktats eine Pressagglomeration von feinteiligem Kaliumchlorid mittels einer Walzenpresse bei erhöhter Temperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei sich der Pressagglomeration eine Zerkleinerung der dabei anfallenden Schülpen anschließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man dem Kaliumchlorid-Kompaktat weder bei der Herstellung noch vor oder nach dem Aufbringen des Wassers organische Verfestigungsmittel oder Staubbindemittel zusetzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei man das Wasser in zerstäubter Form auf das sich in Bewegung befindliche Kaliumchlorid-Kompaktat aufbringt.