DE19648827C1

DE19648827C1 - Verfahren zur Trocknung von alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat

Info

Publication number: DE19648827C1
Application number: DE1996148827
Authority: DE
Inventors: Joachim Agrikola; Hubert L Dr Doerrer; Hans-Joachim Dr Foerster
Original assignee: BK Giulini Chemie GmbH
Current assignee: BK Giulini GmbH
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2016-11-27

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein modifiziertes Trocknungsverfahren zur Herstellung von alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat nach hydrothermaler Umkristallisation mit reduziertem Ge halt an leicht löslichem Anhydrit unter Beibehaltung bzw. Steigerung der Durchsatzleistung.

Die Herstellung von alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat kann man der Patentschrift DE-PS 11 57 128 entnehmen. Die sich anschließende Abtrennung und Trocknung des Calci umsulfat-Halbhydrates aus der Mutterlauge muß schnell erfolgen, da sonst eine Umsetzung zum Calciumsulfat-Dihydrat einsetzt.

In der US PS 3,415,910 wurde ein Verfahren zur Herstellung von Stuckgips (beta-Caleiumsulfat Halbhydrat), insbesondere mit einem erhöhten alpha-Calciumsulfat- Halbhydrat-Gehalt bekanntgemacht. Das Verfahren bestand aus zwei Schritten, wobei im ersten Schritt zu einem calciniertem Gips eine ausreichende Menge Wasser zugesetzt wird, um die Temperatur der Masse unter den Siedepunkt des Wassers (zwischen 82,1 und 93,2 °C) zu senken. Es entsteht der sog. "quenched stucco"). Als nächster Schritt folgte nun ein Heizschritt (Trocknungsschritt), in dem der restliche anhaftende Menge an Wasser entfernt wurde, um annähernd ein alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat zu erhalten. Ein Trocknungsverfah ren von alpha-Calciumsulfat-Halbhydrat gemäß der vorliegenden Erfindung war nicht Ge genstand dieser Anmeldung.

Die Abtrennung des Calciumsulfat-Halbhydrates kann z. B. nach dem in DE-OS 20 06 366 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, wobei zur Trocknung ein handelsüblicher Stromtrockner mit Eintragsmühle, Stromrohr und Abtrennung des getrockneten Feststoffes durch Zyklon und Filter eingesetzt werden kann.

In dieser Trocknungseinheit sind die Trocknungstemperaturen dadurch festgelegt, daß eine schnelle Wasserverdampfung, und damit verbunden hohe Eingangstemperaturen, nötig sind, um eine Verkrustung im Bereich der Eintragsmühle zum Stromrohr auszuschließen. Ein übli cher Verlauf der Temperatur an bestimmten herausgehobenen Punkten im Trockner ist in der Tabelle 1 bei Beispiel 1 wiedergegeben.

Durch diese Fahrweise ergeben sich folgende Probleme:

1. Übertrocknung des Produktes und Entstehung von Gips-Subhydraten CaSO₄ ˙ x H₂O mit x < 0,5, bzw. Entstehung von sogenanntem löslichem Anhydrit (Anhydrit III).
2. Zu heißer Austrag des festen Produktes und dadurch weitere Wasserabspaltung in der frü hen Lagerphase mit gleicher Folge wie oben genannt.

Das Vorhandensein von Calciumsulfat-Subhydraten CaSO₄ ˙ x H₂O mit x < 0,5, in der ein schlägigen Literatur oft auch als Mischung aus Caleiumsulfat-Halbhydrat (CaSO₄ ˙ 0,5 H₂O) und sogenanntem löslichem Anhydrit (CaSO₄ bzw. Anhydrit III) beschrieben, führt zu Quali tätseinbußen beim Produkt. Insbesondere werden die Abbindezeiten des Gipshalbhydrates beeinflußt, da Anhydrit III bzw. Subhydrate mit x < 0,5 reaktiver sind als das Calciumsulfat- Halbhydrat. Durch Wasseraufnahme während der Lagerung bildet sich aus den wasserärmeren Phasen wieder das Calciumsulfat-Halbhydrat, und die Abbindezeiten verlängern sich signifi kant. Um diesen Qualitätsmangel der sich verändernden Abbindezeit zu beseitigen, muß die Übertrocknung des Gipses unbedingt unterbunden werden.

Diese Schwierigkeiten können unter anderem dadurch verringert werden, daß der Durchsatz reduziert wird und niedrigere Temperaturen zur Trocknung angewendet werden. Dies führt allerdings nur bedingt zur Lösung der o. a. Probleme, da Verkrustungen im Eintragsbereich, keine sichere Entwässerung zum Calciumsulfat-Halbhydrat und wegen nicht gleichmäßigem Feststoffaustrag aus der Zentrifuge ein inhomogener Wassergehalt im Produkt die Folge sind.

Es stellte sich somit die Aufgabe, die Übertrocknung des alpha-Calciumsulfat-Halbhydrates und die Entstehung von Gips-Subhydraten mit der Formel CaSO₄ x H₂O mit x < 0,5 bzw. die Entstehung von sog. löslichem Anhydrit (Anhydrit III) zu vermeiden und ihre nachträgli che Bildung durch zu hohe Produkttemperaturen, ohne die Durchsatzleistung zu verringern, zu unterbinden.

Überraschenderweise lassen sich die hier beschriebenen technischen Nachteile und Qualitäts mängel durch das erfindungsgemäße Verfahren beseitigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Trocknung von aus der hydrothermalen Umkristallisa tion stammendem Calciumsulfat-Halbhydrat durch Heißgase in einem Stromtrockner ist dadurch ge kennzeichnet, daß das Calciumsulfat-Halbhydrat in den sich bei über 260°C befindlichen Eintragsbereich der Eintragsmühle eingeführt wird und daß eine Produkttemperatur von nicht mehr als 120°C und eine Abluftfeuchte zwischen 5 und 7% relativer Luftfeuchte dadurch eingestellt werden, daß im zweiten, kalten Bereich des Stromrohres zwischen den Punkten Ende der Eintragsmühle und unmittelbar vor der Feststoffabtrennung Luft und/oder wasser dampfhaltiges Gas und/oder Wassernebel jeweils von -20 bis 40°C und 15 bis 80% relativer Luftfeuchte zugeführt werden. In diesem Verfahren ist es wesentlich, die Produkttemperatur auf 110 bis 120°C einzustellen.

Ein weiteres wichtiges Verfahrensmerkmal besteht darin, daß der erste, heiße Trocknungs abschnitt über die 1 bis 3 m, bevorzugt 2 m nach der Eintragsmühle im Stromrohr herrschende Trockenguttemperatur gesteuert wird.

Weiterhin wird der zweite Trocknungsabschnitt über die Produkttemperatur und/oder die Ablufttemperatur durch eine Wassermessung im Produkt gesteuert.

Das so getrocknete Calciumsulfat-Halbhydrat wird mit großem Vorteil in gipsgebundenen Massen verwendet.

Die Eintragstemperatur des Calciumsulfat-Halbhydrates wird beibehalten, die Regelung der Heißgastemperatur, die zur Trocknung verwendet wird, wird über die Temperatur gesteuert, die 2 m hinter der Eintragsmühle im Trockengut des Stromtrockners herrscht. Zur weiteren Verbesserung des Temperaturverlaufes wird ein Teil des Stromrohres zur "Kühlung" des Trocknungsgemisches verwendet, indem 5 m vor der Feststoffabtrennung in das Trocknungs gemisch z. B. kalte Luft oder ein anderes Gas mit natürlicher oder künstlich veränderter Luft feuchte zugesetzt wird oder ein Wassernebel eingespeist wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Temperaturverlauf im Trockner, wie in den Beispielen 2 und 3 beschrieben, verändert, außerdem wird die Verweilzeit in der "heißen" Zone des Trockners reduziert. Im folgenden wird der "heiße" Bereich des Stromtrockners, das ist von der Stelle, an der die Heißgase zum zu trocknenden Calciumsulfat-Halbhydrat zugege ben werden, bis zu der Stelle, an der die kalte Luft oder das kalte Gas oder der Wassernebel zugegeben wird, als Bereich A und der "kühlere" Bereich von der Zugabe der kalten Luft oder des kalten Gases oder des Wassernebels bis zur Feststoffabtrennung als Bereich B bezeichnet. Durch diesen für diese Art Trockner ungewöhnlichen Temperaturverlauf ist gesichert, daß

- eine Verkrustung im Eintragsbereich nicht stattfindet, da hier die Temperatur über 260°C liegt und eine schnelle Trocknung gewährleistet ist,
- eine sichere Entwässerung zum alpha- Calciumsulfat-Halbhydrat stattfindet, aber
- eine Übertrocknung zu Calciumsulfat-Subhydraten, CaSO₄ • x H₂O mit x < 0,5, nicht mehr stattfindet, da die Verweilzeit in der "heißen" Zone des Trockners (Bereich A) kurz genug ist,
- die Temperatur im Bereich B nicht hoch genug ist, um das Calciumsulfat-Halbhydrat bei Verweilzeiten unter einer Sekunde weiter zu entwässern und zu übertrocknen,
- die Produkttemperatur nicht über 120°C ansteigt und
- die Durchsatzleistung des Trockners nicht verringert werden muß, sondern noch gesteigert werden kann.

Die nachfolgenden Beispiele beschreiben die Erfindung näher:

Vergleichsbeispiel 1

Fahrweise des Stromtrockners ohne Temperaturabsenkung durch Einspeisen von kalter Um gebungsluft oder Wassernebel an der oben beschriebenen Stelle.

Bedeutung der Abkürzungen in den folgenden Tabellen:

T_HG: Temperatur der Heißgase, die zur Trocknung verwendet werden
T_vM: Temperatur des Trocknungsgemisches kurz vor der Eintragsmühle des Stromtrockners
T_nM: Temperatur des Tocknungsgemisches 2 m nach der Eintragsmühle des Stromtrockners
T_pr: Temperatur des am Zyklon abgeschiedenen Produktes

Tabelle 1:

Temperaturverlauf im Trockner und Wassergehalt der resultierenden Calciumsulfat-Halbhydrate bei herkömmlichen Verfahrensweise der Trocknung von Calciumsulfat-Halbhydrat

Beispiel 2

Zur Kühlung des Trocknungsgemisches wird 5 m vor der Feststoffabtrennung über eine gere gelte Klappe kalte Luft mit den folgenden Parametern eingespeist:

Temperatur der Luft: 22°C
Relative Luftfeuchtigkeit: 44%

Die Luftmenge wird so geregelt, daß sich eine Produkttemperatur von 118°C einstellt.

Tabelle 2:

Temperaturverlauf im Trockner und Wassergehalt der resultierenden Calciumsulfat-Halbhydrate bei durch Einspeisen von kalter Luft veränder ten Trocknungsbedingungen

Beispiel 3

Zur Kühlung des Trocknungsgemisches wird 5 m vor der Feststoffabtrennung über eine gere gelte Klappe ein mittels Sprühdüse erzeugter Wassernebel eingespeist, der folgende Kennda ten aufweist:

Temperatur: 20°C
Wassergehalt: entspricht einer relativen Luftfeuchte von 75%

Auch hier wird die eingespeiste Menge so geregelt, daß sich eine Produkttemperatur von 118°C einstellt.

Tabelle 3:

Temperaturverlauf im Trockner und Wassergehalt der resultierenden Calciumsulfat-Halbhydrate bei durch Einspeisen von kaltem Wassernebel veränderten Trocknungsbedingungen

Claims

1. Verfahren zum Trocknen von aus der hydrothermalen Umkristallisation stammendem Calciumsulfat-Halbhydrat durch Heißgas in einem Stromtrockner, dadurch gekennzeichnet,
daß das Calciumsulfat-Halbhydrat in den sich bei über 260°C befindlichen Eintragsbereich der Eintragsmühle eingeführt wird und
daß eine Produkttemperatur von nicht mehr als 120°C und eine Abluftfeuchte zwischen 5 und 17% relativer Luftfeuchte dadurch eingestellt werden, daß im zweiten, kalten Bereich des Stromrohres zwischen den Punkten Ende der Eintragsmühle und unmittelbar vor der Feststoffabtrennung Luft und/oder wasserdampfhaltiges Gas und/oder Wassernebel jeweils von -20 bis 40°C und 15 bis 80% relativer Feuchte zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Produkttemperatur auf 110 bis 120°C eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, heiße Trocknungsabschnitt über die 1 bis 3 m, bevorzugt 2 m nach der Eintragsmühle im Stromrohr herrschende Trockenguttemperatur gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Trocknungsabschnitt über die Produkttemperatur und/oder die Ablufttemperatur gesteuert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Trocknungsabschnitt durch eine Wassermessung im Produkt gesteuert wird.