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Verfahren zur Herstellung von kugeligem oder körnigem, ammonnitrathaltigem
Kalksalpeter Aus der deutschen Patentschrift 287 307 ist bekannt, körnigen Kalksalpeter
unter Vermeidung von Staubbildung herzustellen, indem man den geschmolzenen Kalksalpeter
in einem Schacht einem Luftstrom entgegentropfen läßt, wobei man, um ein schnelles
Erstarren der Tropfen zu erreichen, der flüssigen Masse unmittelbar vor der Bildung
der Tropfen etwas von demselben gepulverten festen StoS zusetzen kann.
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Bei dem Verfahren gemäß der deutschen Patentschrift 849 702 wird
Calciumnitrat nach dem Verspritzen mit bereits verfestigtem Calciumnitrat vermischt,
wobei das verspritzte, beim Aufprallen auf die Unterlage noch plastische Korn mit
dem vorgelegten, bereits erhärteten Material verklebt und mehr oder weniger große
Agglomerate bildet, die durch Zerkleinerungsvorrichtungen auf die übliche Korngröße
gebracht werden müssen.
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Ammonnitrathaltiger Kalksalpeter, insbesondere olcher. der neben
5% Ammoniumnitrat noch etwa Iß'/eWasser enthält, wird bekanntlich bergestellt, indem
man Kalksalpeterlösungen oder Kalksalpeterscllmelzerl in Kammern aus Düsen mittels
Preßluft oder Zentrifugen verspritzt und dadurch verfestigt. Das hierbei erhaltene
Produkt besteht meistens aus unregelmäßig geformten Körnern, die im wesentlichen
eine Größe bis zu etwa 10 mm besitzen, zum Teil auch noch erheblich größer sein
können. Durch Zerkleinerungsmaschinen und Siebe muß dieses Produkt auf eine gewünschte
Korngröße, z. B. von 1 bis 6 mm, gebracht werden.
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Die schweizerische Patentschrift 119 726 enthält den Vorschlag, eingedampfter
Kalksalpeterlösung zwecks Verfestigung der Schmelze durch Kaltrühren Impfmasse zuzusetzen
bzw. eine gebundenes Ammoniak, z. B. in Form von Ammoniumnitrat, Ammonsulfat, Ammonsulfatsalpeter,
Ammonchlorid, Harnstoff, enthaltende heiße hochkonzentrierte Kalksalpeterlösung
zu zerstäuben.
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Daß die Verhältnisse bei ammonnitrathaltigem Kalksalpeter anders
gelagert sind als bei reinem Calciumnitrat, zeigen die deutschen Patentschriften
579 118 und 589025, die die Herstellung von schrotförmigen Körnern aus Lösungen
von Kalksalpeter und Ammonnitrat betreffen und die die Schwierigkeiten bei der Verspritzung
solcher Mischungen erkennen lassen, die dort als » Falltropfenverfahren « bezeichnet
ist. Fur die Anwendung dieses Falltropfenverfahren. auf Kalksalpeter und Ammoniumnitrat
enthaltende Lösungen bedarf es einer Vorbehandlung, indem gemäß der genannten Patentschrift
579118 die fertige Lösung, nachdem sie mittels einer gekühlten Metallnäche in eine
ungleichmäßige, halb erstarrte Form übergeführt worden ist, einem geheizten Homogenisierungsapparat
zugeleitet
wird, in welchem sie bei konstanter Temperatur in einen gleichförmigen,
homogenisierten, diinnflüssigen Brei übergeführt wird. Bei dem Verfahren gemäB der
genannten Patentschrift 589 025 besteht die Vorbehandlung darin, daß man die ungleichförmige
Mischung von festen und flüssigen Bestandteilen mittels einer geheizten homogenisierenden
Vorrichtung in einen homogenen dünnfliissigen Brei überführt und diesen Brei vor
Einleitung des Falltropfenverfahrens auf eine geheizte Drehscheibe auffallen läßt,
deren Temperatur zweckmäßig etwa der Schmelztemperatur des auffallenden Breies entsprechen
muß.
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Es wurde nun gefunden, daß man auf einfachere Weise wasserhaltige,
etwa 3 bis 10°/o, vorzugsweise etwa 5e/, Ammoniumnitrat enthaltende Kalksalpeterschmelzen
zu kugeligen oder körnigen Produkten gleichbleibend guter Oualität verarbeiten kann,
wenn man der in einem Schacht zu verspritzenden Kalksalpeterschmelze so viel Staub
der gleichen oder annähernd gleichen Zusammensetzung, die die Schmelze hat, zufügt,
als zur Senkung der Temperatur der Schmelze bis nahe an ihren Erstarrungspunkt erforderlich
ist, und dafür Staub solcher Korngroße verwendet, daß die zur vollständigen Erstarrung
während der Fallzeit der verspritzten Schmelze notwendige Zahl von Kristallisationskeimen,
entsprechend einer Keimzahl von mindestens etwa 3000/g Schmelze im Augenblick des
Verspritzens bei einer Fallzeit von 2 bis 3 Sekunden erreicht wird.
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Das bedeutet, daB die Temperatur der zu verspritzenden Schmelze und
die Zahl der Kristallisationskeime
pro Gewichtseinheit der Schmelze
in ein optimales Verhältnis zueinander zu bringen sind.
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Mit 1 Gewichtsteil Kalksalpeterstaub von etwa 20° C lassen sich 100
Gewichtsteile der Kalksalpeterschmelze oberhalb des Erstarrungspunktes um etwa 1,
3° C abkühlen. Bewirkt man dementsprechend beispielsweise die Abkühlung einer 103,
5° C heißen Schmelze auf 97, 0° C durch Zugabe von 5°lo Staub. auf das Gewicht der
Schmelze bezogen, dessen mittlere TeilchengröPe 0, 26 mm beträgt, der also etwa
30000 Teilchen/g enthält, so ist mit dieser Maßnahme durchaus keine Auswirkung im
Sinne der angestrebten Ausbildung von kugeligem Material verbunden, vielmehr bleiben
die Tropfen während der Fallzeit durch den Schacht fliissig, obwohl die Temperatur
der Schmelze vor der Verspritzung bis nahe an den Erstarrungspunkt gesenkt worden
ist.
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Die Zahl der Kristallisationskeime pro g Schmelze betrug in diesem
Fall 1500.
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Gibt man aber 5"/o Staub mit einer mittleren Teilchengröße von 0.
14mm, der somit etwa 200 000 Teilchen/g Schmelze enthält, zu, wobei in der Schmelze
etwa 10 000 Kristallisationskeime je g vorhanden sind. so erstarren die Tropfen
zu Kugeln.
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Da beim Eintragen in die Schmelze laufend Kristallisationskeime aus
dem zugefügten Staub wegschmelzen, reicht es aber auch nicht aus. daß in die Schmelze
genügend Staub eingetragen und die gewünschte Temperatursenkung erreicht wird, bondern
es müssen im Augenblick des Verspritzens noch mindestens 3000 Teilchen/g Schmelze
als Kristallisationskeime wirksam sein.
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So enthält z. B. eine mit 5°/oStaubmit9000OOTeilchen/g beimpfte Schmele,
die nac dem Impfen auf 99,0°C, d.h. eine Temperaur, die nur 2,5°C über dem Schmelzpunkt
liegt, abgekühlt ist, nach 3 Minuten dauerndem Rühren bei dieser Temperatur keine
Kristallisationskeime mehr, wogegen eine ebenso beimpfte und dabei auf 97, 5° C
abgekühlte Schmelze nach 15 Minuten dauerndem Rühren bei dieser Temperatur noch
500 Keime/g enthält.
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Gibt man daher zur 103, 5° C heißen Schmelze 0, 1 % staub mit einer
mittleren Teilchengröße von 0, 067 mm, der also etwa 1 000 000 Teilchen/g enthält.
so reicht diese Teilchenzahl trotzdem nicht aus, um kugeliges Material zu erhalten
; vielmehr bleiben die Tropfen flüssig, da die Temperatur damit nicht genügend erniedrigt
wird und es nicht schnell genug gelingt, von den zugegebenen 10 000 Teilchen/g Schmelze
genügend viele Keime während des Verspritzens zu erhalten.
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Die Gewinnung kugeligen Gutes gelingt aber. wenn einer Schmelze,
deren Temperatur z. B. in dem Bereich von 98 bis 105° C liegt, 0, 1 °/o Staub v
on 1 000 000 Teilchen/g zwecks ausreichender Impfung und weitere 0, 7 bis 7 % Staub
zur Erniedrigung der Temperatur auf 97, 0° C zugeführgt werden.
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Erfin. dungsgemäß kann man der Schmelze für den angestrebten Zweck
Kalksalpeterstaub zusetzen, der bei der normalen Entstaubung des Fertigproduktes
anfällt oder beim Vermalilen des abgesiebten Überkorns erhalten wird. Die gleiche
Wirkung wie mit Kalksalpeterstaub läßt sich auch durch Zugabe von staubförmigem
Calciumammoniumnitrat der Zusammensetzung 5 Ca(NO3)2 # NH4NO3 # 10h2O zur Kalksalpeterschmelze
erzielen. Ein Doppelsalz dieser Zusammensetzung ist auch im Kalksalpeterstaub der
oben angegebenen Zusammensetzung enthalten.
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Da oberhalb des Erstarrungspunktes die Keime nur kurze Zeit wirksam
bleiben, verspritzt man beim
Arbeiten oberhalb der Schmelztemperatur die Kalksalpeterschmelze
spätestens wenige Minuten nach Zugal) e des Impfstaubes.
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Durch die neue Arbeitslveibe lvird verhindert, dal3 die Tropfen der
verspritzten, stark zur Unterkühlung neigenden Kalksalpeterschmelze noch flüssig
sind und sich zu Klumpen und Platten vereinigen, obi-oh sie auf ihrem Wege durch
die Verspritzungskammer unter die Erstarrungstemperatur abgekühlt wurden.
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Infolge der Möglichkeit, die Spritztemperatur durch entsprechende
Dosierung des Kalksalpeterstaul) es genau einzuhalten und der Erstarrungstemperatur
der Schmelze beliebig anzunähern, ohne in das Gebiet hoher Viskosität zu kommen.
lassen sich Veränderungen in der Form der erhaltenen Kalksalpeterkörner ausschalten,
die ihre Ursache in der von der Korngröße abhängigen Auflösungsgeschwindigkeit des
zugesetzten Kalksalpeterstaubes oder in a. nderen Faktoren haben.
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Für die Verspritzung mittels Zentrifugen bedeutet die genaue und
schnelle Regelbarkeit der Temperatur und die kurze Verweilzeit der mit Kalksalpeterstaijl)
versetzten Schmelze, daß die Zuführungsstelle für den Kalksalpeterstaub sehr nahe
an die Zentrifuge verlegt werden kann. Auf diese Weise erübrigen sich Apparateteile.
in denen kristallisierfähige Schmelze geführt werden muß und daher leicht Verstopfungen
eintreten.
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Das Verfahren zeichnet sich durch eine große Elastizität aus, da
die Spritztemperatur, die Viskosität und die Zahl der Kristallisationskeime bei
jeder Belastung schnell und sicher geregelt werden können.
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Beispiele 1. 108° C heiße Kalksalpeterschmelze, die neben Calciumnitrat
5°/a Ammoniumnitrat und 13"/o Wasser enthät, wird kontinuierlich mit 6, 2 Gewichtsprozent
Kalksalpeterstaub, der je Gramm etwa 200 000 Körner enthalt, vermischt und nach
einer Verweilzeit von HO Sekunden bei einer Temperatur von 100° C in einer Zentrifuge
verspritzt. Das so erhaltene Fertigprod. ukt besteht zu 9311/o aus Kugeln, deren
Durchmesser unter 3 mm liegt, und zu nur 7% aus Agglomeraten mit einem Durchmesser
von über 3 mm.
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2. Kalksalpeterschmelze der im Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung
wird bei 120° C mit 17. 7 Gewichtsprozent Kalksalpeterstaub vermischt und nach einer
Verweilzeit von 170 Sekunden bei 97° C verspritzt. Das verfestigte Produkt besteht
zu 96°/o aus Kugeln mit einem Durchmesser von unter 3 mm.
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3. Kalksalpeterschmelze der im Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung
mit einer Temperatur von 101C C wird mit 5 Gewichtsprozent Kalksalpeterstaub vermischt
und bei der sich durch die Vermischung ergebenden Temperatur von 96, 5° C nach einer
Verweilzeit von 15 Nfinuten verspritzt. 97°/o des Fertigproduktes werden in Form
von Kugeln mit einem Durchnesser von unter 3 mm erhalten.