DE1940007A1 - Verfahren zum Brennen von Gips in einem Heizgasstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von Gips in einem Heizgasstrom.

Der Gips-Rohstoff Kalziumsulfat-Dihydrat (CaSO₂^ . 2 H₂O) kann durch Brennen je nach den Brenntemperaturen und den Brennbedingungen in eine größere Anzahl von Phasen umgewandelt werden, so z.B in Halbhydrat (CaSO^ . 1/2 HgO), welches verschiedene Modifikationen (Kristallformen) aufweisen kann, und wasserfreien Anhydrit (CaSOh) mit ebenfalls verschiedenen Modifikationen. Die beiliegende Tabelle 1 gibt einen Überblick über die einzelnen Phasen und ihre wesentlichen Eigenschaften.

Bisher war es nicht möglich, alle oder nahezu alle Phasen und Modifikationen getrennt voneinander oder in gewünschter Mischung in einer einzigen Brenneinrichtung herzustellen. So werden z.B. die Halbhydrat-Gipse mit einer Brenntemperatur bis ca. 200° je nach Modifikation bevorzugt in Kochern oder in Autoklaven hergestellt oder auch in Drehrohrofen, wenn es sich um die Herstellung von Halbhydrat-Gipsen mit mehreren Modifikationen handelt. Die Hochtemperaturphasen, d.h. die verschiedenen Arten Anhydrit werden meist in Drehofen, Schachtofen und Kammerofen bei Temperaturen von ca. 300° bis ca. 1300⁰C erzeugt. In der neiÄten Zeit sind auch Mahltrocknungsanlagen für die Herstellung der Halbhydratphasen bekannt geworden. Auch ist bereits vorgeschlagen worden, in Kombination mit Mahltrocknungsanlagen Gipse in einer Zyklonbrennanlage fertig zu bren-

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nen, wobei der in der Mahltrocknungsanlage gemahlene und vorge trocknete Gips mehrere Brennrohre mit anschließenden Zyklonabscheidern im Gegenstrom zum Heizgas durchläuft.

Eine besondere Stellung innerhalb der Gips-Modifikationen kommt dabei dem wertvollen d -Halbhydrat zu, welches bevorzugt bei höheren Wasserdampfdrücken und -Sättigungen in Autoklaven, z.T. in mehrstufigen Brennvorgängen, hergestellt wird. Das Oi -Halbhydrat verleiht dem Gips im Gegensatz zum A -Halbhydrat eine höhere Festigkeit.

Mit allen diesen Verfahren und Vorrichtungen läßt sich jeweils immer nur die eine oder andere Gipssorte herstellen, jedoch nicht wahlweise alle oder fast alle Sorten.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, die meisten Gipsmodifikationen oder Modifikationsgruppen weitgehend getrennt voneinander oder auch in einer gewünschten Mischung und ferner Sondergipssorten treffsicher in kontinuierlicher Arbeifcweise in einer einzigen Anlage zu erzeugen.

Die Erfindung geht dabei aus von der Anwendung des Zyklonbrennverfahrens und besteht darin, daß in einer Zyklonbrennanlage mit vorzugsweise mehreren hintereinandergeschalteten Zyklonen folgende Bedingungen vorhanden sind:

a) daß die Temperatur des eintretenden Heizgasstromes so eirgeregelt wird, daß sie nur möglichst wenig über der Austrittstemperatur des zu behandelnden Gutes liegt,

b) daß die Verweilzeit des Gutes im Heizgasstrom regelbar ist,

c) daß die relative Feuchtigkeit des Heizgasstromes regelbar ist.

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In Sonderheit beträgt die Temperatur des eintretenden Heizgasstromes das 1,1 - 2,6fache der Austrittstemperatur des Gutes.

Der geringen Temperaturdifferenz zwischen dem eintretenden Heizgasstrom und dem austretenden Gut kommt eine besondere Bedeutung zu. Aus Gründen des Wärmeüberganges ist es zwar immer nötig, daß der eintretende Heizgasstrom eine deutlich höhere Temperatur aufweist, als für die Dissoziation oder Bildung der gewünschten Phase notwendig ist. Dabei gerät man aber auch in die Gefahr, daß sich über die gewünschte Phase hinaus noch weitere, unerwünschte Phasen bilden. So liegt z.B. die labormäßig ermittelte Dissoziationstemperatur für die Bildung von Halbhydrat aus Dihydrät bei 105°C. Bei ca. 150° bilden sich jedoch schon Anteile der Phase Anhydrit III. Es ist daher notwendig, die Temperaturdifferenz zwischen dem eintretenden Heizgasstrom und dem austretenden Gutstrom so klein wie möglich zu halten, wenn man gemäß der Erfindung phasen- oder modifikationsreinen Gips oder Sorten bestimmter Phasenzusammensetzung erzeugen will.

Da man nicht mit unwirtschaftlich großen Gasmengen mit nur geringer Übertemperatur arbeiten kann, andererseits daß ein ungünstiges Überschreiten der Dissoziationstemperatur der gewünschten Phase vermieden werden muß, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß das zu behandelnde Gut zunächst mit einer Temperatur vorgewärmt (getrocknet) wird, die deutlich unter der Dissoziationstemperatur zur Bildung der zu erzeugenden Gipsphase liegt, z.B. mit ca. 90° bei Erzeugung von β -Halbhydrat, wobei das Gut anschließend auf die eigentliche Brenntemperatur erhitzt wird.

Man geht dabei sicher, daß nur beginnende Dissoziationen erfaßt werden, der eigentliche Reaktionsablauf jedoch erst später bei der zweiten Temperaturbehandlung - also beim eigentlichen

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Brand - erfolgt. Aus Gründen der Reaktionsgeschwindigkeit wird der zweite Brand immer um einen bestimmten Betrag über der labormäßig ermittelten Dissoziations- oder Gleichgewichtstemperatur liegen. Die günstigste Vorwärmtemperatur hängt ab von der jeweiligen zu erreichenden Gutausgangstemperatür. Sie liegt bei der Erzeugung von β -Halbhydrat bei ca. 90°, bei der Erzeugung von Anhydrit III bei ca. 150°, bei den höheren Anhydritphasen noch höher.

Die Vorwärmung oder Vortrocknung kann ggf. auch außerhalb der Zyklonanlage in einer besonderen Vorrichtung, evtl. auch beim Mahlen, vorgenommen werden.

Neben der■Temperatur des Heizgasstromes ist die Möglichkeit der Regelung der Verweilzeit des Gutes im Heizgasstrom von Wichtigkeit.

Die Verweilzeit soll, erfindungsgemäß im Bereich von 0,5 bis 10 see. regelbar sein, um die für das jeweilige Erzeugnis notwendigen Brennbedingungen einstellen zu können. Dadurch können die Phasengehalte beeinflußt werden. Im Gegensatz zu der Behandlungsdauer im Gipskocher (1-4 Std.) und Drehofen (15-45 min) wird das Rohgut hier sehr kurzzeitig auf die jeweils notwendige Brenntemperatur gebracht, so daß eine unerwünschte Sammelkristallisation von Primärkristallgruppen bei der Dissoziation oder beim Phasenwechsel vermieden wird. Das Endprodukt wird dadurch auch reaktiver.

Die Verweilzeit des Gutes im Heizgasstrom kann erfindungsgemäß durch Verändern der Gasgeschwindigkeit und/oder durch Zu- und Abschalten von Zyklonen und/oder Verändern der Tauchrohr-'länge der Zyklone geregelt werden.

In Fig. 1 ist das Verhalten der Gutaustrittstemperatur gegen-

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über der Differenz Heizgaseintrittstemperatur-Gutaustrittstemperatur in einer ausgeführten Anlage dargestellt. Diese Differenz soll gemäß der Erfindung so klein wie möglich sein. Die Linie der Differenz-.- Heizgaseintrittstemperatur-Gutaustrittstemperatur kann je nach Einstellung der Betriebsbedingungen höher oder tiefer liegen.

In Fig. 2 ist für die gleiche Anlage die Guttemperatur hinter dem zuerst vom Gut durchströmten Zyklon 1 gegenüber dem nachgeschalteten Zyklon 2 dargestellt.

Bei einer Veränderung der Betriebsbedingungen z.B. bei einer entsprechend höher liegenden Differenz Gaseintrittstemperatur Gutaustrittstemperatur liegt die Linie der Guttemperatur hinter dem Zyklon 1 ebenfalls höher.

Daraus geht die Variabilität des erfindungsgeraäßen Verfahrens hervor. Die Brennbedingungen sind viel leichter und schneller einzustellen,und zu verändern als die im Drehofen, Schachtofen oder Gipskocher.

Eine besondere Bedeutung kommt bei der Erfindung neben der Temperatur des Heizgasstromes und der Regelbarkeit der Verweilzeit des Gutes in diesem der Regelbarkeit der relativen Feuchtigkeit des Heizgasstromes zu. Erfindungsgemäß soll diese Feuchtigkeit auf einen Betrag von 4o - 95 % einregelbar sein.

Die Regelbarkeit der Feuchtigkeit des Heizgasstromes hat insofern eine große Bedeutung, als die Einwirkung der Gasfeuchtigkeit auf das Gut während des Brandes augenblicklich und vor allem gleichmäßig erfolgt, was bei keinem anderen Verfahren der Fall ist. Die Feuchtigkeit beeinflußt die Phasenbildung, da der Wasserdampf-Partialdruok die Dissoziation beeinflußt. Da sie ferner in der Lage ist, das Phasengleichgewicht, z.B. zwi-

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sehen Halbhydrat und Anhydrit III zu verschieben, kann durch Änderung der Gasfeuchtigkeit auch bereits gebildeter Anhydrit III schnell in Halbhydrat rückverwandeit werden, wodurch eine höhere Phasenreinheit erzielbar ist.

Die Regelbarkeit der Gasfeuchtigkeit ist ferner aus dem Grunde von besonderer Wichtigkeit, als damit auch die Keimbildung der Kristalle beeinflußt warden kann. Höhere Partialwasserdarapfdrücke verringern nämlich die Anzahl der Primärkeime, niedrige· Partialwasserdampfdrücke erhöhen sie. Dadurch kann wiederum die Reaktionsfreudigkeit des Endproduktes beeinflußt werden.

Eine besondere Ausführungsweise der Erfindung besteht dabei darin, daß zur Herstellung von C( -halbhydrathaltigen Produkten der Feuchtigkeitsgehalt des Heizgasstromes so hoch eingestellt wird, daß er möglichst nahe bis an die Sättigungsgrenze reicht.

Die Feuchtigkeit des Heizgasstromes kann erfindungsgemäß durch Zusatz von Wasser/Wasserdampf zum Gasstrom und/oder durch Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes des Rohmaterials geregelt werden.

Ferner ist Gegenstand der Erfindung, daß dem Heizgasstrom oder dem Rohmaterial hygroskopische Substanzen, wie z.B. Kalziumehlorid (CaCIp) mit verschiedenen Kristallwassergehalten, Magnesiumchlorid (MgCl₂ . 7 HgO), Phosphorpentoxyd (PgO₅), Natriumhydroxyd (Na OH), Kaliumhydroxyd (KOH) oder Kalziumhydroxyd (Ca(OH)₂) trocken oder gelöst zugegeben werden.

Diese teilweise extrem.hygroskopischen Substanzen lagern sich auf der Oberfläche der Gutpartikel ab und fördern auf diesen die Bildung einer Wasserdampfschicht. Man kann damit ein beson-

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ders wertvolles Endprodukt erhalten, nämlich im abgebundenen Zustand plastische Gipse (modifizierte Gipse), die sich in ihrem Spannungs-Dehnungsverhalten grundsätzlich von normalen Gipsen unterscheiden. Solche Gipse, die ca. 0,05 bis 0,09 Gewichtsprozente eines hygroskopischen Salzes enthalten, verhalten sich nicht mehr nach dem Hook¹sehen Gesetz, d.h. die Deformation ist nicht mehr proportional der Spannung, sondern es verbleibt eine große Rest-Deformation bzw. eine große plastische Verformung, eine Eigenschaft, die insbesondere bei Putzgipsen von Bedeutung ist.

Das Zyklonbrennverfahren bietet bei der Zugabe der hygroskopischen Stoffe wie auch bereits bei der Zugabe von Wasser-Wasserdampf zum Gasstrom den Vorteil, daß diese Stoffe gezielt an einen bestimmten Punkt der kurzfristig verlaufenden Brennreaktion aufgegeben werden können, so daß damit eine bestimmte Beeinflussung der Kristallstrukturumwandlung möglich ist, die zu besonders wertvollen Endprodukten führt.

Weiter ist Gegenstand der Erfindung, daß das Rohmaterial eine Korngröße bis zu max. 2 mm mit einer bevorzugten Kornklasse zwischen 5 - 400 yU aufweist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es möglich ist, mit einer einzigen Anlage durch entsprechende Einstellung der Behandlungsbedingungen Gipse fast aller Modifikationen oder Modifikationsgruppen mit enger Qualitätstoleranz und ferner SondergipsSorten herzustellen, im Gegensatz zu den bisher üblichen Verfahren, die jeweils dafür mehrere Einrichtungen benötigen und die nicht so enge Qualitätstoleranzen erreichen .

In der Zeichnung Fig. 3 ist als Ausführungsbeispiel eine Zyklon-

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brennanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Es bezeichnet 1 und 2 die Zyklone für die Behandlung des Gutes, die in Bezug auf den Heizgas- und den Gutstrom hintereinander geschaltet sind. Die Heizgase kommen von der Brennkammer j5> die außerdem zwecks Regelung der Gastemperatur über die Gasrückführungsleitung 4 mit dem Absaugeventilator 5 des Zyklons 1 verbunden ist und eine Regelklappe 6 aufweist. Der aus dem Zyklon fc 1 mittels des Rohres 7 austretende Gutstrom kann wahlweise entweder in das Heizgasrohr 8 geleitet werden, durch welches er in den Zyklon 2 gelangt oder durch die Umgehungsleitung 9 direkt in die Förderrinne Io. In letzterem Falle wird der Zyklon 2 umgangen und die Behandlung erfolgt nur im Zyklon 1.

Das Rohmaterial, das von der Mühle kommt, gelangt durch die Staubabscheider 11, die mit dem Absaugeventilator 12 verbunden sind, über die Förderschnecke 13 in den Silo 14, von wo es über das Heizgasrohr 15 in den Zyklon 1 aufgegeben wird.

Das durch den Ventilator 5 aus dem Zyklon 1 abgesaugte, noch staubhaltige Abgas wird, soweit es nicht zur Rückführung zur W Brennkammer 3 benutzt wird, ebenfalls durch die Leitung 2o den Staubabscheidern 11 zugeführt.

In der gekühlten Förderrinnge Io sammelt sich das aus dem Zyklon 2 über die Leitung 16 oder die Umgehungsleitung 9 sowie auch das aus der Gasrückführungsleitung 4 am Brennkammeraustritt bei 17 abgeschiedene Brenngut und wird über das Becherwerk 18 und die Förderschnecke 19 zu den Bunkern gefördert, wo .die verschiedenen Gipssorten gespeichert werden, aus denen die verschiedenen Verkaufsprodukte zusammengestellt werden können.

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Pur die ZugabeVon Wasser/Wasserdampf zur Beeinflussung des Brennverfahrens ist die Einführung in die Brennkammer 3 oder in das Heizgasrohr 8 besonders vorteilhaft, für die Zugabe der hygroskopischen Substanzen die Einführung in die Heizgasrohre 8 oder 15 oder in den Silo l4.

Nachstehend werdenBeispiele für die Herstellung verschiedener Gipssorten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angeführt.

Rohmaterial; gemahlener Grubengips, mit einem Gehalt von 82 %

Dihydrat mit folgender Korngröße:

Maschenweite: Rückstand:

0,0^2 cm 32,9 %

O,O4o cm 28,7 %

0,063 cm 20,9 %

0,090 cm 14,1 % 0,125 cm 6,5 %

Erzeugnis:

1) Stuckgips:

Heizgaseintrittstemperatur 24o°C Gutaustrittstemperatur l60°C

2) PutzKips:

Heizgaseintrittstemperatur 500°C Gutaustrittstemperatur 345°C

3) Estrichgips:

Heizgaseintrittstemperatur 1100⁰C Gutaustrittstemperatur 800°C

4) Plastischer (modifizierter) Gips:

erhalten unter Einsprühen von hygroskopischen Salzen (Kalziumchlorid + Magnesiumchlorid) in konzentrierter Lösung in das Helzgaerohr 15. **

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Fig. 4 zeigt das Spannungs-Dehnungsverhalten dieses Gipses A im Vergleich mit dem eines normal gebrannten Gipses B mit derselben Gutaustrittstemperatur von ca. l6o°.

Beide Gipsarten haben etwa dieselbe Bruchlast von ca. 250 g. Beim plastischen Gips A ist der mit einer induktiv arbeitenden Maßeinrichtung beim Belasten und Entlasten festgestellte Anteil der Rest-Deformation (plastische Verformung) R an der Gesamtdeformation G von Anfang an wesentlich höher (ca. 60 %) . als beim normal gebrannten Gips B (ca. 12,2 %), wobei zudem die bei Eintreten der Bruchlast auftretende Gesamtdeformation G beim plastischen Gips A das ca. 2,6fache der Gesamtdeformation G des normal gebrannten Gipses B beträgt.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gipssorten zeichneten sich gegenüber der auf herkömmliche Weise hergestellten in jeder Beziehung durch hervorragende Qualität und einen engen Qualitätsbereich aus.

Patentansprüche:

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Brennen von Gips in einem Heizgasstrom in einer Zyklonbrennanlage mit vorzugsweise mehreren hintereinander geschalteten Zyklonen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) daß die Temperatur des eintretenden Heizgasstromes

so eingeregelt wird, daß sie nur möglichst wenig über der Austrittstemperatur des zu behandelnden Gutes liegt,

b) daß die Verweilzeit des Gutes im Heizgasstrom regelbar ist,

c) daß die relative Feuchtigkeit des Heizgasstromes bezogen auf die Betriebstemperatur regelbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß die Temperatur des eintretenden Heizgasstromes das 1,1 bis 2,0-fache der Austrittstemperatur des Gutes beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das zu behandelnde Gut zunächst mit einer Temperatur vorgewärmt (getrocknet) wird, die deutlich unter der Dissoziationstemperatur zur Bildung der zu erzeugenden Gipsphase liegt, z.B. mit 90° bei Erzeugung von

_f'5 -Halbhydrat, wobei das Gut anschließend auf die eigentliche Brenntemperatur erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Gutes im Heizgasstrom im Bereich vonO,5 bis lOsec regelbar ist. - 12 -

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5. Verfahren nach Anspruch l.oder 4, d adurch gekennzeichnet , daß die Verweilzeit des Gutes im Heizgasstrom durch Verändern der Gasgeschwindigkeit und/oder durch Zu- und Abschalten von Zyklonen und/oder durch Verändern der Tauchrohrlänge der Zyklone geregelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 , da du roh gekennzeichnet , daß die relative Feuchtigkeit des Heizgasstromes auf einen Betrag von 40 - 95 % einregelbar ist.

7· Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von ot -Halbhydrat der Feuchtigkeitsgehalt des Heizgasstromes so hoch eingestellt wird, daß er möglichst nahe bis an die Sättigungsgrenze reicht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 6 oder ¹J, dadurch gekennzeichnet , daß die Feuchtigkeit des Heizgasstromes durch Zusatz von Wasser/Wasserdampf zum Gasstrom und/ ader durch Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes des Rohmaterials geregelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 6, 7 oder 8, dadurch

g e k e nnzeichnet, daß dem Heizgasstrom oder dem Rohmaterial hygroskopische Substanzen, wie z.B. Kalziumchlorid (CaCl₂) mit verschiedenen Kristallwassergehalten, Magnesiumchlorid (MgCIg . 7 H₂O), Phosphorpentoxyd (P₂O₅), Natriumhydroxyd. (NaOH), Kaliumhydroxyd (KOH) oder Kalziumhydroxyd (Ca(OH)₂) trocken oder gelöst zugegeben werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch g e k e η η ζ e i c h η β t , daß das Rohmaterial eine Korngröße bis zu max. 2 mm mit einer bevorzugten Kornklasse zwischen bis 4oo M aufweist.

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O (O OO O

TABELLI S 1 Temperatur
b. techn.
Brennen
⁰C Expan
sion Festig
keit Abbinde-
zeit Trockene Entwässerung
(Wasserdampf-Partial-
druekdlfferenz groß) Nasse Entwässerung
(Wdsserdampf-Partial-
druckdifferenz klein) Gleichgew.
Temperatur
⁰C 110-IjJO groß extrem
hoch lang PqQA 'JlJ Γ\ ~,
yduUi, · £Πην "
«-CaSO₄.1/2H₂O 97 mittel gut + 3/2H₂O
( 06 -Hdlbhydrat) 109 125-190 gut bis
mäLig mittel CaSO₄.2H₂0»β -CaSC₄. 151 ' . 200-290 mittel
groß 1/2 H₂O _{+ 3/2 H 0} 150-200 kurz ( β -Halbhydrat) <X-CaS0₄i/2 H₂O =
CaSO₄ II + 1/2 H₂C gering CaSO₄.1/2 H₂O=
j£CaS04lII 1/2 H^C (unlöslicher Anhy
drit II) 400-600 groß gering
bis
hoch (löslicher -Anhy
drit III) 600-800 groß sehr
lang 800-1200 sehr
lang CaSO₄II-^CdSO₄I (Hochtemperatur-An
hydrit (I)) CaSC₄I * CdO+SOj (endgültige Zer-
setzungj

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