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Verfahren zur Herstellung poröser, granulierter Düngemittel Seit Jahrzehnten
ist die Herstellung granulierter Düngemittel durch Zugabe von Wasser oder wäßrigen
Bindemittellösungen bekannt. Diese Herstellung erfolgt in der Weise, daß die Nährstoffkomponenten
auf einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt gebracht und in bekannten Vorrichtungen
granuliert werden. Die direkte Granulierung erfolgt im allgemeinen mittels Teller-
oder Drehrohrgranulatoren.
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Es ist auch bekannt, Granulate durch Verpressen, z. B. auf einer Walzenpresse,
in der Weise zu erzeugen, daß die trockene oder feuchte Masse in Sakstränge, sogenannte
Schülpen, übergeführt, danach getrocknet und gesiebt wird.
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Die deutsche Patentschrift 886751 schlägt vor, feuchte Kalidüngesalze
mit einer Walzenpresse zu einem 4 bis 5 mm starken Salzband zu verpressen und danach
unter Umwälzen zu trocknen, wobei die Preßmasse grobkörnig zerfallen soll.
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Die deutsche Auslegeschrift 1 843 betrifft die Herstellung von Granulaten
mittels Walzenpressen, die jedoch nicht zur Herstellung von Salzsträngen dienen,
sondern einer verdichteten, krümeligen Masse, die als Granulate in der Wirbelschicht
getrocknet werden. Es ist deshalb unwichtig, ob dieses Verfahren mit niedrigem Walzendruck
arbeitet, da es sich nicht um die Verpressung einer schaumartigen, teigigen Masse
handelt.
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Die deutsche Patentschrift 231 646 betrifft die Herstellung von gekörntem
Kalkstickstoff bei hohem Preßdruck von 100 bis 150 at und berührt somit den Gegenstand
des Schutzbegehrens nicht.
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Die deutsche Patentschrift817455 betrifft die Verwendung von »Zellpechlösung«
als Bindemittel für Kalkstickstoff. Dieses Zusatzmittel wird jedoch nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung nicht als Bindemittel bei der Granulation verwendet, sondern
für eine andere Aufgabe, nämlich als Mittel zur Adsorption von Luft zur Herstellung
einer schaumartigen, teigigen Masse.
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Die französische Patentschrift 685286 betrifft die Herstellung granulierter
Düngemittel mit verringerter Hygroskopizität durch Erhitzen der Masse bis zum Erweichen
und Verpressen mittels Kolbenpresse, wobei Fäden entstehen, die zerkleinert werden.
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Die französische Patentschrift 688 617 betrifft ein Verfahren zur
Verhinderung des Verbackens salinarer Stoffe durch Verdichtung der erhitzten oder
abgekühlten Masse mittels Strangpresse mit Spinndüsen zur Erzeugung harter Fäden
oder mittels Brikettpressen zur Erzeugung harter, wurstartiger Gebilde, die zu grobkörnigem
Material zerkleinert werden.
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Diese älteren französischen Patentschriften, welche die Herstellung
verdichteter Massen durch Druckverpressung betreffen, haben den Gegenstand der Erfindung,
welcher die Herstellung poröser Düngemittelgranulate aus schaumartiger, teigiger
Masse betrifft, in Jahrzehnten nicht nahegelegt.
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Bei allen diesen Verfahren findet die Agglomeration der Kristallkörner
in der fest-ffüssigen Phase statt. Es ist deshalb ein hoher Preßdruck erforderlich,
damit die inneren Reibungskräfte der feinkörnigen Salzmasse überwunden und die Verdichtung
und Verformung herbeigeführt werden kann.
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Es wurde nun gefunden, daß für die kalibrierte Kompaktierung von
Düngemitteln, insbesondere Kalidüngesalzen, wesentlich geringere Preßdrücke erforderlich
sind, wenn die durch die anhaftende Feuchtigkeit bewirkten Adhäsionskräfte und die
innere Reibung der Salzmasse weitgehend dadurch aufgehoben wird, daß durch intensives
Einrühren von Luft in die mit schaumbildenden Mitteln versetzten Pflanzennährstoffe
eine schaumartige, teigige Masse gebildet und diese unter geringem Druck zu Salzsträngen
verformt wird.
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Eine solche schaumartige, teigige Masse wird in der Weise erzeugt,
daß die Pflanzennährstoffe, wie feuchtes oder befeuchtetes Kalidünges alz, vorzugsweise
mit etwa 8 bis 14 14°/o Feuchtigkeitgehalt, einschließlich des Zusatzes des schaumbildenden
Mittels, vorzugsweise Sulfitablauge handelsüblicher Konzentration, in Mengen von
etwa 0,1 bis 2°/o, auf die trockenen Pflanzennährstoffe gerechnet, kurze Zeit, insbesondere
etwa 1 bis 4 Minuten, intensiv durchgerührt werden, wobei eine in sich geschlossene,
leicht knet- und formbare, schaumartige, teigige Masse entsteht, welche die eingeschlossenen
Luftblasen enthält.
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Diese Masse kann mit geringem Druck in bekannten Granulatoren, z.
B. in Extrudern, zu Salzsträngen
verformt werden, die auf beliebige
Länge, von z. B. etwa 1 bis 2 oder 2 bis 3 mm, zerteilt oder auf gleiche Breite
und Länge geformt werden.
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Diese granulierten Kleinkörper sind nach der Trocknung überraschend
abriebbeständig und druckfest. Das einzelne Granulatkorn weist eine Druckfestigkeit
auf, die beispielsweise bei über 400, insbesondere über 500, oder bei 800 bis etwa
1000 g je Granulatkorn als Durchschnittswert liegt.
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Die Bestimmung der Druckfestigkeit wird an 50 Einzelgranulaten einer
ausgesuchten Kornfraktion, insbesondere von 2 bis 3 mm vorgenommen. Jedes Granulat
wird einzeln auf einer Waage belastet und der Druck im Augenblick des Zerbrechens
der Granulate abgelesen: Es wird dann der MitteTwert~ aus 50 Einzelbestimmungen
gebildet und die Druckfestigkeit in -Gramm-Je Granalie angegeben.
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Diese Granulate aus Düngemitteln, insbesondere aus Kalidüngesalzen
mit 40 bis 60°/o KO-Gehali, -wieChlorkalium oder Kaliumsulfat oder Kalimagnesia,
oder aus Mischdüngern, die Kalidüngesalze enthalten, wie mit Thomasphosphat und/oder
weicherdigem Rohphosphat, weisen bei der Herstellung durch Verpressen mit Matrizen
eine einheitliche, gleichmäßige Körperform auf. Diese Granulate enthalten durch
die Art ihrer Herstellung nur wenig Unterkorn und praktisch kein Überkorn, welches
in das Verfahren zurückgeführt werden muß. Das Verfahren ist deshalb nicht mit einem
Rücklauf belastet und weist eine hohe Ausbeute von über 90 bis 95 01o an verkaufsfähigem
Gutkorn auf.
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Der technische Fortschritt gegenüber anderen Verfahren zur Verformung
von Düngemitteln, wie z. B;. durch Granulation, liegt für das Verfahren gemäß der-
Erfindung also in der Herstellung kalibrierter Granulate, welche trotz hoher Porosität
eine hohe Druckfestigkeit aufweisen. Das beanspruchte Verfahren gestattet nach kurzer
Rührzeit eine mit niedrigem Druck verpreßbare, schaumartige, teigige Masse zu erzeugen,
die Granulate gleicher Kornform mit einer Gutkornausbeute von über 90010 bei großer
Durchsatzkapazität ergibt.
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Das Granulat nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist den bisher
üblichen Produkten infolge seiner großen Porosität, die über 20 bzw. bei 30 bis
40 0/o liegt, agrikulturchemisch gleichwertig.
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Die Porosität des Düngemittels gemäß der Erfindung wird mit organischen
Lösungsmitteln, wie Tetrachlorkohlenstoff, Trichloräthylen, Toluol oder mit Siliconöl,
bestimmt, indem diese Stoffe im Vakuum oder durch Kochen auf eine Einwaage von etwa
100 g Granulat aufgefüllt werden. Danach wird die eingewogene Granulatmenge abgesaugt,
das Gewicht mit im Inneren des Granulatkorns befindlichen Lösungsmitteln bestimmt
und mit dem Gewicht des unbehandelten Granulats verglichen. Aus der Gewichtsdifferenz
wird die Porosität in Prozent bestimmt, wobei das Volumen des Granulats und des
Lösungsmittels berücksichtigt werden.
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Bei einer Preßgranulierung wird durch hohen Preßdruck das zu granulierende
Material verdichtet, so daß dieses harte, abriebfeste Granalien bildet.
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Der Druck ist damit entscheidend für die Qualität der Granalien.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung dient der »Preßdruck« nur dazu,
die zu granulierende schaumartige, teigige Masse durch eine Matrize zur Formung
hindurchzudrücken. Dieser »Preßdruck«
übt also auf die Festigkeit der entstehenden
Granalien keinen Einfluß aus.
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Die Luft wird durch das intensive Einrühren in die mit schaumbildenden
Mitteln versetzten Pflanzennährstoffe so eingeschlossen, daß diese auch unter Druck
nicht entweichen kann. Wird z.B. beim Kalibrieren ein Druck auf die schaumartige
Masse ausgeübt, so verkleinert sich entsprechend das Volumen der Luft, dieses dehnt
sich aber beim Aufhören des Druckes sofort wieder aus, so daß die fertiggeformten
Granalien das gleichen Porenvolumen aufweisen wie die schaumartige Masse vor der
Formung der Granalien.
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Der benötigte geringe Druck dient also nur zur Formung der Granalien.
Wird aus den Pflanzennährstoffen nur eine feuchte Mischung zusammen mit schaumbildenden,
oberflächenaktiven Mitteln hergestellt, aber keine Luft mit eingerührt. dann gelingt
das Formen von Salzsträngen mit Hilfe einer Matrize auch bei hohen Drücken nicht,
weil die Reibung der Mischung in den Bohrungen der Matrize außerordentlich groß
ist; wenn aber Luft eingerührt wird, so genügt bereits ein Druck von etwa 0,1 bis
- 0,2 kglcm2, um die Masse durch die Bohrungen zu transportieren und somit zu formen.
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Es ist also nicht so, daß die Porosität des Granulates mit wachsendem
»Preßdruck« sinkt. Vielmehr ist die Porosität nur abhängig von der Menge der eingerührten
Luft vor dem »Verpressen«. Die Menge der eingerührten Luft ist ihrerseits abhängig
von der Konientration des Zusatzmittels, z.B. der Sulfitablauge, und von der Rührzeit.
Eine Erhöhung des »Preßdruckes« bewirkt lediglich eine schnellere Strangbildung
und Ausformung der Masse, also einen größeren Durchsatz in der Zeiteinheit.
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Die Festigkeit der Granalien ist somit nicht mit Preßgranulaten zu
vergleichen, sondern mit porösen Granulaten, die ohne Druck durch anderweitige Formung,
z. B. in Schnecken- oder Tellergranulatoren, hergestellt wurden. Diese Art der Granulierung
liefert aber bekanntlich kein kalibriertes Korn, sondern ein breites Kornspektrum
mit tÇber- und Unterkorn, so daß ein erheblicher Anteil wieder in die Granulierstufe
zurückgeführt werden muß. Die Vermeidung der Rückführung solcher Mengen an Unter-und
Überkorn bedeutet einen erheblichen technischen Fortschritt für das beanspruchte
Verfahren.
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Die Arbeitsweise des Verfahrens gemäß der Erfindung ergibt sich aus
folgenden Beispielen: Beispiel 1 100 Gewichtsteile Kalidüngesalz (6001o K,O-Gehalt)
werden in einem Lödige-Mischer mit 8,6 Gewichtsteilen H20 und 0,5 Gewichtsteilen
Sulfitablauge 4 Minuten gemischt und dabei gleichzeitig Luft eingerührt. Der Gesamtwassergehalt
des entstehenden Schaumes beträgt 8,2 0/o. Danach wird die schaumartige, teigige
Masse mit Hilfe eines fleischwolfähnlichen Extruders in 3 mm dicke Stränge geformt,
mit Hilfe eines rotierenden Messers in 3 mm lange Stücke geschnitten und die entstandenen
Granalien bei 110 bis 1500 C getrocknet. Die Ausbeute an Gutkorn von 2 bis 3 mm
beträgt 99,50/0 bei 0,5°/o Staubanteil durch Abrieb. Die Druckfestigkeit der Granalien
liegt im Durchschnitt von 50 Einzelbestimmungen bei 1000 g je Granalie. Die Granalien
weisen eine Porosiät von 38 0/o auf.
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Der zum Ausformen der Salzstränge notwendige Druck beträgt nur etwa
0,150 kg/cm2. Wird in die gleiche Mischung von Kalidüngesalz, Wasser und Sulfitablauge
keine Luft eingerührt oder der durch Lufteinrühren gebildete Schaum so lange liegengelassen,
bis die Luft wieder entwichen ist, dann kann das Salz nicht mehr ausgeformt werden,
auch wenn der Druck laufend gesteigert wird. Der Druck kann dann so hoch ansteigen,
daß das Düngemittel wie in einer Walzenpresse durch Ineinanderfließen der Korngrenzen
verbackt. Wenn dieser Zustand eintritt, dann setzt sich das Düngemittel so fest
in die Kanäle bzw. Lochscheibe des Extruders, daß es herausgebohrt werden muß.
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Beispiel 2 100 Gewichtsteile des PK- Mischdüngemittels Handelsprodukt
»Thomaskali« werden im Lödige-Mischer mit 13,5 Gewichtsteilen H2O und 2 Gewichtsteilen
= 1,730/0 Sulfitablauge intensiv unter Lufteinrühren gemischt. Nach etwa 2 Minuten
bildet sich die schaumartige, teigige Masse, die 12,70/0 Wasser enthält. Diese wird
nach Beispiel 1 ausgeformt und getrocknet. Die Gutkornausbeute beträgt 970/0 bei
3 O/o Feinanteile durch Abrieb; Druckfestigkeit: 650 g je Granalie; Schüttgewicht:
1,20 kg/l; Porosität: 260/0.
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Zum Ausformen des Schaumes ist nur ein Druck von etwa 0,20 kg/cm2
erforderlich. Die ungeschäumte Mischung läßt sich auch bei sehr hohen Drücken von
z. B. 5 t/cm2 nicht durch die Lochscheibe des Extruders pressen.
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Beispiel 3 100 Gewichtsteile feingemahlenes weicherdiges Rohphosphat
Handelsprodukt »Hyperphosphat« werden mit 15 Gewichtsteilen Wasser und 2,3 Gewichtsteilen
= 1,960/0 Sulütablauge im Lödige-Mischer in 3 Minuten geschäumt, wobei eine schaumartige,
teigige Masse mit 14,0 ovo Wasser entsteht. Die Ausformbarkeit ist praktisch die
gleiche wie nach Beispiel 2. Nach dem Ausformen und Trocknen
werden 91 0/o Gutkorn
erhalten und es sind nur 9 0/o Feinanteil in die Ausgangsstufe zurückzuführen. Die
Granalien weisen eine Druckfestigkeit von 450 g je Granalie, ein Schüttgewicht von
1,10 kg/l und eine Porosität von 280/0 auf.