DE19645142A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Recyceln von Sanden - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Recyceln von Sanden

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Recyceln von Sanden und ist anwendbar beispielsweise zum Recyceln des beim Sandstrahlen-, insbesondere beim Abrasiv-Hochdruck-Wasserstrahl- Schneiden anfallenden und wiederverwendbaren Schneidmittelanteils sowie zum Herstellen eines einleitfähigen Abwassers.
Durch Zusatz von geeigneten Schneidmitteln wie zum Bei­ spiel Almandin-Granatsand als Abrasiv zu einem Trans­ portmedium, beispielsweise Wasser, kann eine hohe Trennwirkung beim Wasserstrahlschneiden erzielt werden, sofern ein dünner Strahl dieser Suspension mit hoher Geschwindigkeit und damit hoher kinetischer Energie auf den zu trennenden Werkstoff gerichtet wird. Die erziel­ baren Schneidparameter sind bei einer vorgegebenen Schneidmittelsubstanz außer von deren chemischen und physikalischen Eigenschaften (Wechselwirkung mit dem Schneidgut, Härte, etc.) ganz wesentlich abhängig von Korngröße und -form (kuglig-rund, eckig-scharfkantig) der entsprechenden Partikel. Während der Beschleuni­ gungsphase der Partikel in der Suspension, aber insbe­ sondere durch die mechanische Wechselwirkung mit dem Schneidgut, werden die Kornparameter verändert.
Das nach Verrichtung der Schneidarbeit veränderte Schneidmittel gelangt gemäß dem Stand der Technik zu­ sammen mit dem erzeugten als Mikrospan vorliegenden Schneidgutabrieb in ein mit Wasser gefülltes Becken, in dem es gesammelt, fluidisiert und ausgetragen wird. Üb­ lich ist, das gebrauchte Abrasiv nach einem mehr oder weniger aufwendigen Verwaltungsverfahren der Entsorgung zuzuführen, wohingegen der größte Teil des nunmehr ver­ unreinigten Wassers als Prozeßwasser im Betrieb ver­ bleibt und ein geringer Anteil häufig mit einem pro­ zeßbedingten Schwebstoffanteil in den Abwasserkanal geleitet wird.
Es kann eingeschätzt werden, daß mindestens 50% der eingesetzten Abrasivmenge nach dem Schneidprozeß erneut als Schneidmittel Verwendung finden könnte und gleich­ bedeutend damit nur noch die Hälfte des benötigten Ab­ rasivs der kostenintensiven Entsorgung zugeführt werden müßte.
Das Gebrauchsmuster G 93 08 809.4 beschreibt als Teil­ schritt zum sortierenden Separieren des Abfallschlamms vom Abrasivstrahlschneiden eine als Strömungsseparator bezeichnete Vorrichtung, bestehend aus einem horizontal gelagerten Rohr, über dessen Einlaßstutzen die anfal­ lende Suspension eingelassen und durch ein weiteres Me­ dium aufgewirbelt wird. Nach Durchströmen des mit Leit- und Führungseinrichtungen ausgestatteten Rohres, wobei sich die schweren, wiederverwendbaren Partikel in einer "Strömungsschicht" auf bzw. nahe dem Rohrboden sammeln und bewegen sollen, die feineren und feinsten Partikel sich hingegen oberhalb der die gröberen Teilchen ent­ haltenden Schicht durch das Rohr strömend den Auslaß erreichen, wird ein getrenntes Erfassen und Fortleiten der Suspensionsfraktionen ermöglicht.
Nachteilig bei dieser Lösung, welche die Elemente des klassischen horizontalen und vertikalen Aufstromklassierers aufgreift, ist, daß nur ein noch relativ viel Feingut enthaltendes Recyclat erzeugt wird.
Aus der EP 0 502 461 A1 ist ein Verfahren und eine An­ lage zur Rückgewinnung von abrasivem Schleifmaterial beim Wasserstrahl-Schneiden bekannt, wobei das am Wan­ nenboden abgesetzte Schleifmaterial horizontal in eine Anhebeposition transportiert und von dort nach oben aus der Wanne herausgehoben wird und das aus der Wanne her­ ausgehobene Schleifmaterial anschließend einer Trocknung mittels UV-Strahler unterzogen wird, wonach das getrocknete Schleifmaterial in einem Luftstrom sus­ pendiert und schließlich aus diesem in unterschied­ lichen Größenfraktionen abgeschieden gesammelt wird.
Nachteilig an dieser Lösung ist, daß sowohl die Grob- als auch die Feinbestandteile getrocknet werden, obwohl nur die Grobbestandteile wiederverwendbar sind. Auch ist eine UV-Trocknung uneffektiv. Hinzu kommt, daß ein Trockengut aus Grob- und Feinbestandteilen zum zusam­ menbacken neigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchem eine effektive, reproduzierbare Trennung von Partikeln unterschiedlicher Korngräße und Gestalt möglich ist und das in das Abwasser gelangende Prozeßwasser weitgehend gereinigt wird.
Darüberhinaus soll die Vorrichtung preiswert herstell­ bar und einfach zu bedienen und zu warten sowie an spe­ zifische Anwendungsfälle flexibel anpaßbar sein und eine hohe Lebensdauer aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 9 im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine effektive Rückgewinnung der Abrasivmittel erreicht wird, indem in einer Aufströmung die feinkörnigen Par­ tikel ausgespült, durch Strömungsberuhigung sedimen­ tiert, nachfolgend gefiltert und gesammelt und die grobkörnigen Partikel abgeführt, mechanisch vorent­ wässert, getrocknet und der Wiederverwendung zugeführt werden.
Eine einfach und preiswert herstellbare und leicht zu wartende Anlage resultiert daraus, daß mindestens ein nach dem Aufstromtrennprinzip arbeitender Klassierer überlaufseitig mit mindestens einer Feinpartikel­ strecke, bestehend aus Lamellenklärer, Absetzbecken, Entnahmeeinrichtung und Endfilter und auslaufseitig mit mindestens einer Grobpartikelstrecke, bestehend aus Grobgutzwischenbehälter mit mechanischer Entwässerung, Trockner und Trockengutbehälter, verbunden ist und Pumpen angeordnet sind, welche das aus der Fein­ partikelstrecke und der Grobpartikelstrecke anfallende Wasser als Prozeßwasser in das Schneidbecken zurück­ führen.
Neben der an Almandin-Granatsand vorzunehmenden klas­ sierenden Trennung entsprechend der Partikelkorngröße vollzieht sich gleichzeitig eine Sortierung gemäß den am sedimentierenden Trennvorgang beteiligten dichte­ unterschiedlichen Schneidgutpartikeln, so daß zunächst davon auszugehen war, daß, sofern Schneidgut mit höhe­ rer Dichte als die des Schneidmittels Almandin zugegen ist, jenes auch in unerwünschter Weise in den recycel­ ten Anteil gelangen kann.
Untersuchungen hingegen zeigten überraschenderweise nur vernachlässigbare Anteile derartiger Beimengungen. Bei den häufig geschnittenen Steinen Granit und Marmor ist gleichfälliges Abscheiden in der Granat-Grob-Fraktion nur für sehr große Körner, etwa ausgebrochene Stücke, feststellbar.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in der Figur dargestellten Ausführungsbei­ spielen näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine Prinzipdarstellung der Recycelanlage.
Das nach dem Schneidvorgang im Schneidbecken, auch Catcher genannt, befindliche Gemisch, bestehend aus grobem und feinem Abrasiv und Schneidgutanteilen von geringer Menge, vorwiegend feinster Körnung, gelangt mittels einer geeigneten Membranpumpe, deren Förder­ strom etwa 4 m3 beträgt, nach Passieren eines in der Figur nicht dargestellten Siebes in einen Aufstromklas­ sierer 1, in dem die Trennung in den grobkörnigen wie­ derverwendbaren Abrasivanteil und in die zu sammelnde Feinfraktion erfolgt.
Das Sieb mit einem Kunststoffboden der Maschenweite 600 µm bewirkt das Aussondern von in Bezug auf die Schneidgutkörnung erheblich größeren Fremdbestandtei­ len, etwa abgeplatztes steiniges Schneidgut oder son­ stige in die Suspension gelangte Fremdbestandteile, wie z. B. durch das Sieb im Schneidbecken gefallene kleinste Schneidgutrückstände. Zugleich vermindert es die Ge­ schwindigkeit des in den Klassierer 1 eintretenden Vo­ lumenstromes von 2,3 m/s um mehr als das zehnfache.
Im Klassierer 1 vollzieht sich das Trennen nach der Korngräße, indem die groben Partikel, deren Sink­ geschwindigkeit größer oder mindestens gleich der des aufwärts fließenden Wasserstromes ist, sinken nach un­ ten, das feinere Korn jedoch mit dem Wasserstrom zum Überlauf gelangt.
Der Klassierer 1 ist im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel mit seinen Abmaßen, Höhe 0,8 m, Durchmesser 0,3 m entsprechend einer Klärflächenbelastung von 1,6 cm/s bei einem Suspensionsvolumenstrom von 4 m3/h für ein Trennkorn um 100 µm ausgelegt.
Der Boden des Klassierers 1 ist als Düsenplatte ausge­ bildet. Durch den durch sie fließenden Prozeß- bzw. Reinwasserstrom bildet sich oberhalb dieser Lochplatte eine mit Grobgut angereicherte Wirbelschicht aus, in der es einem intensiven Spül-/Waschvorgang ausgesetzt und deren Höhe im Behälter bei vorgegebener Zusatzwassermenge vom durch die Düsenströmung verursachten Druckabfall mitbestimmt wird. Je nach der Höhe der Wirbelschicht im Behälter und der in ihr fluidisierten Feststoffmenge stellt sich bei vorgegebenem Überlaufniveau ein bestimmter hydrostatischer Druck am Behälterboden ein, dessen Betrag höher ist als jener, der sich bei gleichhoher, feststoffreier Wassersäule einstellen würde. Zur Erfassung dieser Differenz wurde ein Druckmeßumformer angebracht, dessen Signal über einen Regler einen Stellmotor steuert, der seinerseits den Bodenauslaß betätigt. Wenn die Suspension im Klassierer eine genügend hohe Dichte erreicht hat, wird er automatisch geöffnet bzw. bleibt leicht geöffnet, so daß ein stetiger bzw. unterbrochener Dickstoffstrom klassierten Recyclates in den Grobgutzwischenbehälter 3 gelangt, aus dem es mittels einer Transportvorrichtung, z. B. ei­ ner Förderschnecke in den Trockner 4 und nach dessen Durchlaufen in den Trockengutbehälter 5 gelangt.
Der Grobgutzwischenbehälter 3 ist als Wanne mit einsei­ tig schräger Wand und Überlauf ausgebildet. Neigung und Länge des über das Wasserniveau herausragenden Teiles der Förderschnecke 3a sind so bemessen, daß sie ein me­ chanisches Vorentwässern auf 10-20 Ma.% des in den Trockner 4 gelangenden Feuchtgutes ermöglichen. Den Transport durch den Trockner 4 übernimmt ein umlau­ fendes Stahlgliederband, in dessen Hohlräumen das Feuchtgut eingebracht wird. Zum gleichmäßigen Verteilen des von der Förderschnecke 3a angebotenen Gutes über die vorgesehene Geflechtbreite ist eine Gummiquerwalze 8 zwischengeordnet. Das Stahlgeflecht bewegt das in ihm haftende Feuchtgut in die Trockenzone, in der es beid­ seitig vorzugsweise mit - aus der Hochdruckpumpenküh­ lung bzw. aus dem Schneidbecken zurückgewonnener Energie - vorgeheizter (trockener) Luft unter Was­ serentzug des Gutes und Befeuchtung des Trockenmittels im Gegenstrom umgespült wird. Zur Intensivierung der Trocknung werden beispielsweise auch Heizelemente ein- oder beidseitig neben dem Geflecht nahe am Lufteintritt am unteren Teil des Trockners 4 angeordnet. Am Ende der vertikalen Abwärtstrockenstrecke fällt das getrocknete Gut in den Trockengutbehälter 5. Der vorliegende Trock­ ner 4 ist für einen Feuchtegutanfall von 12 Kg/h ausge­ legt. Aufgrund des im Vergleich zum ursprünglich einge­ setzten Schneidmittel breiteren Kornspektrums des Abrasivs glichen die erzielten günstigen Schneidparameter jenen, die unter Verwendung von hoch­ qualitativen handelsüblichen Granatsandes erzielt wer­ den.
Die - aus dem Klassierer 1 austretende das nicht mehr als Schneidmittel verwendbare Feingut enthaltende - Oberlaufsuspension gelangt in eine spezielle Vorrich­ tung, die aus einer Kombination von Lamellenklärer 2a, Absetzbecken 2b und Entnahmeeinrichtung 2c (z. B. Fil­ tersack) besteht, bei der das Lamellenklärteil 2a ab­ nehmbar auf einer Dichtungslage direkt auf dem Absetz­ becken 2b steht und allein durch sein Gewicht die Was­ serdichtheit der Verbindungsstelle gewährleistet. Durch angebrachte Führungselemente wird die richtige, unver­ rückbare Lage des aufgesetzten Lamellenklärteiles 2a gesichert. Bei der Erstbefüllung füllt sich zunächst das untere Absetzbecken 2b und danach der obere Lamel­ lenklärteil 2a. Im gefüllten Zustand strömt die Suspen­ sion vom seitlichen Suspensionseintritt aus zunächst waagerecht/abwärts in den Lamellenklärer 2a. Nach dem Erreichen des unteren Endes der mit 60 Grad Neigung im Abstand von 5 cm angeordneten Platten kehrt sich der Strom um und fließt über den gesamten Klärquerschnitt zwischen den Platten nach oben. Der auf den Platten ab­ geschiedene Schlamm rutscht gegen den Strom abwärts und fällt nach Lösen vom unteren Plattenende direkt in die als Feingutsammelsack ausgebildete Entnahmeeinrichtung 2c, in dem er einige Tage oder Wochen bis zum Entnahme­ zeitpunkt verbleibt und so einen hohen Kompressionsgrad erreichen kann. Der Füllgrad bzw. der Entnahmezeitpunkt wird über einen am Absetzbecken 2b angebrachten Sensor unter Ausnutzung der durch das Schlammgewicht verur­ sachten Bodenplattendurchbiegung indiziert. Vor Ent­ nahme des Feingutsackes 2c wird zunächst das im Lamel­ lenklärer 2a und Absetzbecken 2b befindliche Wasser mittels eines Auslaufes am Absetzbeckenboden mindestens bis auf Schlammschichthöhe im Feingutsack 2c abgelas­ sen. Nach Abheben des mit dem übrigen Absatzbecken 2b nicht fest verbundenen Klärerbehälterteils kann der Feingutsack 2c nach oben entnommen werden.
Eine andere Anordnung ist vorteilhafter so ausgebildet, daß der Feingutsack 2c nach Herausnahme des eingehäng­ ten Lamellenklärerteils 2a entnommen werden kann. Bei einer projizierten Klärfläche von 7 m2 und einem Durch­ satz von 4 m3/h ergibt sich im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel eine Klärflächenbelastung von etwa 2*10-2 cm/s. Daher entläßt der Behälterüberlauf schon weitge­ hend geklärtes Prozeßwasser (Hauptstrom) in ein ent­ sprechendes Sammelbecken 6, aus dem es wieder in das Schneidbecken zurückgepumpt wird.
Direkt vom Behälterüberlauf wird ein Prozeßwasser-Ne­ benstrom abgezweigt, der in ein z. B. 2m tiefer stehen­ des, kleineres geschlossenes Zusatzbecken 9 derart ein­ geleitet wird, daß letzteres und seine Zuleitung stän­ dig gefüllt sind und damit einen ständigen Druck gegen­ über dem Auslauf erzeugen. In diesem Becken sind Fil­ terkerzen bzw. spezielle Filtereinsätze angeordnet, deren Wirkung so bemessen ist, daß - da vom Prozeßwas­ serkreislauf entkoppelt - nur die mit dem abrasiven Wasserstrahl in das Schneidbecken betriebsbedingt ein­ getragene Wassermenge durch Absetzen und/oder Filtra­ tion bei Bedarf unter Einsatz von Flockungsmittel so­ weit nachgereinigt zu werden braucht, so daß sie gemäß den wasserrechtlichen Forderungen in den Abwasserkanal eingeleitet werden kann.
Das beschriebene Recyceln eines Almandin-Granatsandes ist auch auf andere Sande anwendbar.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier darge­ stellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisie­ ren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1
Aufstromklassierer
2
a Lamellenklärer
2
b Absetzbecken
2
c Entnahmeeinrichtung
3
Grobgutzwischen­ behälter
3
a Förderschnecke
4
Trockner
5
Trockengutbehälter
6
Sammelbecken
7
Heizelemente
8
Gummiquerwalzen
9
Zusatzbecken

Claims (24)

1. Verfahren zum Recyceln von Sanden aus einer Fest­ stoff-Flüssigkeit-Suspension durch Abtrennung der grobkörnigen Partikel, wobei in einer Aufströmung die feinkörnigen Partikel aus­ gespült, durch Strömungsberuhigung sedimentiert, nachfolgend gefiltert und gesammelt und die grobkörnigen Partikel abgeführt, mechanisch vorentwässert, getrocknet und der Wiederverwendung zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufströmung eine mit sedimentierten grobkör­ nigen Partikeln angereicherte Wirbelschicht erzeugt wird, welche in ihrer Höhe einstellbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung der grobkörnigen Partikel elektrisch und/oder durch heiße trockene Luft und/oder Mikro­ wellenstrahlung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in einem Prozeßwasserkreislauf geführt wird und nur die Wassermenge in den Abwasserkanal eingeleitet wird, welche durch den abrasiven Was­ serstrahl eingeleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Abwasserkanal einzuleitende Wasser durch Absetzen und/oder Filtration und/oder unter Einsatz von Flockungsmitteln nachgereinigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Aufströmung in einen Aufstromklassierer eintretende Volumenstrom durch ein feinmaschiges Sieb in seiner Geschwindigkeit wesentlich abge­ bremst wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Suspension in der Wirbelschicht der Aufströmung ein Signal zur Steuerung der Abführung der grobkörnigen Partikel liefert.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Vorentwässerung der grobkörnigen Partikel auf 10 bis 20 Ma.% des zu trocknenden Feuchtgutes erfolgt.
9. Vorrichtung zum Recyceln von Sanden aus einer Fest­ stoff-Flüssigkeit-Suspension durch Abtrennung der grobkörnigen Partikel, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein nach dem Aufstromtrennprinzip arbei­ tender Klassierer (1) überlaufseitig mit mindestens einer Feinpartikelstrecke, bestehend aus Lamellen­ klärer (2a), Absetzbecken (2b) und Entnahmeeinrich­ tung (2c), und auslaufseitig mit mindestens einer Grobpartikelstrecke, bestehend aus Grobgutzwischen­ behälter (3), Trockner (4) und Trockengutbehälter (5), verbunden ist und Pumpen angeordnet sind, wel­ che das feststoffbelastete Wasser aus dem Schneid­ becken pumpen und das aus der Feinpartikelstrecke und der Grobpartikelstrecke anfallende Wasser als Prozeßwasser in das Schneidbecken zurückführen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobgutzwischenbehälter (3) und der Trockner (4) über eine Förderschnecke (3a) und/oder Gummi­ querwalzen (8) miteinander verbunden sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockner (4) Elektroheizelemente und/oder Heiß­ luftheizeinrichtungen und/oder Mikrowellenheizein­ richtungen aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Klassierer (1) an seinem Eingang ein feinma­ schiges Sieb aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb einen Kunststoffboden mit einer Maschen­ weite entsprechend dem maximal zulässigen Korn­ durchmesser für den jeweiligen Einsatzzweck auf­ weist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Klassierer (1) ein Druckmeßumformer ange­ ordnet ist, welcher über einen Regler mit einem Stellmotor zur Steuerung des Bodenauslasses am Klassierer (1) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobgutzwischenbehälter (3) als Wanne mit ein­ seitig schräger Wand und Überlauf ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport durch den Trockner (4) mittels einem Gliederband realisiert wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lamellenklärer (2a) abnehmbar auf einer Dich­ tungslage direkt auf dem Absetzbecken (2b) angeord­ net ist und eine wasserdichte Verbindung reali­ siert.
18. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Lamellenklärer (2a) eine Vielzahl von Platten aufweist, welche mit einer Neigung von 60 Grad an­ geordnet sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten im Abstand von ca. 5 cm zueinander an­ geordnet sind und eine hohe Oberflächengüte aufwei­ sen.
20. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeeinrichtung (2c) am Behälterboden einen Sensor aufweist, der die Bodenplattendurchbiegung als Maß des Füllgewichtes erfaßt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Feinpartikelstrecke und/oder Grobpar­ tikelstrecke ein Sammelbecken (6) angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Sammelbecken (6) ein durch Über­ lauf aus dem Lamellenklärer (2a) gespeistes Zusatz­ becken (9) angeordnet ist, welches mit dem Abwas­ serkanal verbunden ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zusatzbecken (9) Filter angeordnet sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen oberhalb der Schneidbecken-Wasserober­ fläche und/oder des Aufstromklassierers 1 angeord­ net sind.
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