DE19900946C1 - Verfahren zur stofflichen Verwertung von Altsanden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stofflichen Verwertung von Altsanden, wobei die Altsande zunächst mechanisch und/oder pneumatisch aufbereitet und anschließend mechanisch von Fremd- und Störstoffen gereinigt werden. DOLLAR A Dabei werden die aufbereiteten und gereinigten Altsande von Eisenteilen befreit und anschließend zu Glasfasern verarbeitet, wobei die Eisenteile aus den aufbereiteten und gereinigten Altsanden in einem Fluidbett magnetisch abgeschieden werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur stofflichen Verwertung von Altsanden, wobei die Altsande zunächst mechanisch und/oder pneumatisch aufbereitet werden und anschließend mecha­ nisch von Fremd- und Störstoffen gereinigt werden.

Unter dem Begriff "Altsande" werden im folgenden Gießereirest­ stoffe verstanden, die in Form von ggf. von Gießmetall thermisch beeinflußten Sanden und Stäuben anfallen und aus der Gießerei ausgeschleust und verwertet oder deponiert werden, und zwar unab­ hängig von der Art, Menge und Qualität ihrer Inhaltsstoffe. Dazu zählen also z. B. neben dem Kernsand und den gebrauchten Kernen der während der Kernherstellung oder des Gießprozesses abfallende Schuttsand, der Überlaufsand, die in der Gußputzerei anfallenden Altsande sowie die bei der Verarbeitung bzw. Verwertung entste­ henden Stäube. Die Altsande können sowohl Natursand als auch syn­ thetischen Sand enthalten. Bei den Altsanden kann es sich um ein Monosystem oder um ein Mischsystem, das aus verschiedenen Sandty­ pen besteht, handeln.

In der Gießerei wird Formsand zur Herstellung von Kernen im Ei­ senguß, Aluminium-Kokillenguß oder Aluminium-Sandguß verwendet. Ungeachtet der unterschiedlichen Zusammensetzung und Verwendung sind die Altsande aus verhältnismäßig wenigen Grundstoffen aufge­ baut. Der Hauptbestandteil ist Quarz mit einem Anteil von etwa 40 bis 95 Gew.-%. Ferner sind ein oder mehrere Bindemittel enthal­ ten, im allgemeinen Harze oder Tonmineralien, vorzugsweise Bento­ nit. Ihr Anteil beträgt ca. 1 bis 50 Gew.-%. Bei tongebundenen Formsanden beträgt der Anteil an Aluminiumoxid bezogen auf die Gesamtmenge etwa 0,1 bis 15 Gew.-%. Ferner sind noch sonstige Zu­ schlagstoffe, z. Bsp. Glanzkohlenstoff, in einem Anteil von etwa 0,2 bis 30 Gew.-% enthalten. Die Altsande, insbesondere die Alt­ sande aus der Gußputzerei, sind ferner mit Eisenrückständen (im allgemeinen Eisenteile und/oder Eisenabrieb) versetzt.

Man ist seit langem bestrebt, Altsande aus der Gießereiindustrie in irgendeiner Form wiederzuverwerten, d. h. die Deponierung zu vermeiden. Im allgemeinen wird der Altsand gereinigt, von Stäuben und Bindemitteln sowie Zuschlagstoffen befreit und der resultie­ rende Quarzsand wieder als Formsand eingesetzt. Dies ist z. Bsp. in folgenden Veröffentlichungen beschrieben: "Recycling von Gie­ ßereisanden im Verbund" in: Gießerei-Erfahrungsaustausch 12/96, S. 509, 510; Boenisch, Dietmar, "Die Grundlagen der Reststoffmin­ derung und Qualitätssicherung im Naßgußverfahren mit bentonitge­ bundenen Formsanden" in: Gießerei 81, 1994, Nr. 8, 18. April, S. 214-225; Wörmann, Horst u. a., "Untersuchungen zur wirtschaftli­ chen Verwertung von Schlamm und Staub aus Entstaubungsanlagen von Gießereien" in: Gießerei 70, 1983, Nr. 3, S. 77-83.

Ferner ist es bekannt, Altsande als Quarzsandersatz bei der Glas­ herstellung einzusetzen. Dies ist z. Bsp. in den Druckschriften DE 43 42 934 A1, DE 39 39 089 A1 und DE 195 26 212 A1 beschrie­ ben. Demnach ist es bekannt, industrielle Reststoffe wie Silica­ ausbruch, Bauabfälle, Schlämme und Filterstäube, die einen hohen Anteil an Silicaten enthalten, zu verwerten. Problematisch daran ist, daß die Qualität von Glas entscheidend von seiner Zusammen­ setzung abhängt, so daß die Herstellung von Glas auch nur mittel­ mäßiger Qualität aus industriellen Reststoffen mit einem unver­ hältnismäßig hohem Aufwand verbunden ist.

Aus der Veröffentlichung "Production of Mineral Wool Insulating Fibers From Coal Ash Slag and other Derived Waste Materials", veröffentlicht beim Second Mineral Waste Utilization Symposium, ITT Research Institute, Chicago, Illinois, March 18-19, 1970, ist es bekannt, Schlacke und Flugasche aus Kraftwerken zur Herstel­ lung von Mineralwolle zu verwenden.

Ferner ist es aus der DD 124 797 bekannt, Glassand aus Elektro­ filterasche von kohlestaubgefeuerten Dampferzeugern zu gewinnen, wobei das in der Asche enthaltene Magnetit durch eine Trockenmag­ netabscheidung abgetrennt wird. Es bleibt jedoch offen, wie diese Abscheidung möglichst effektiv vonstatten gehen soll.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur stofflichen Verwertung von Altsanden der o. g. Art bereitzustel­ len, welches auf möglichst einfache und kostengünstige Weise eine möglichst vollständige Entfernung der Eisenteile und eine effek­ tive Verwertung erlaubt.

Die Lösung besteht darin, daß die aufbereiteten und gereinigten Altsande von Eisenteilen befreit werden und anschließend zu Glas­ fasern verarbeitet werden, wobei die Eisenteile aus den aufberei­ teten und gereinigten Altsanden in einem Fluidbett magnetisch ab­ geschieden werden.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß die Zusammenset­ zung von Gießereialtsanden es erlaubt, diese mit verhältnismäßig geringem Aufwand zu Glasfasern zu verarbeiten. Die Gießereialt­ sande werden mittels relativ unaufwendiger, mechanisch/pneumati­ scher Kaltverfahren von Rückständen befreit und dann direkt in der Glasfaserverarbeitung eingesetzt. Damit werden die verhält­ nismäßig hohen Kosten für die Wiederverwendung als Kernsand bzw. die Entsorgung auf Deponien eingespart. Die Verwendung zur Glas­ faserherstellung ist ressourcenschonend und spart den Einsatz von Quarzsand in der Glasindustrie. Der beim Verspinnen anfallende Glasbruch kann problemlos in die Glasfaserherstellung rückgeführt werden.

Die Eisenteile bzw. der Eisenabrieb aus den aufbereiteten und ge­ reinigten Altsanden werden auf besonders effektive und kosten­ günstige Weise mittels Magnetabscheidung in einem Fluidbett, vor­ zugsweise in einem durch Preßluft erzeugten Fluidbett, entfernt. Die Entfernung des Eisens verhindert nicht nur die Rotfärbung der Glasfasern, sondern ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zur Herstellung der Glasfasern Vorrichtungen mit Platindüsen verwen­ det werden, da das Platin mit den in den Altsanden enthaltenen metallischen Bestandteilen Legierungen eingehen könnte.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü­ chen. Eine qualitative bzw. quantitative Analyse der Zusammenset­ zung der Altsande kann durchgeführt werden, ist aber nicht zwin­ gend notwendig. Ferner kann der Altsand nach der Entfernung der Eisenteile noch geglüht werden, um Bindemittel, Reste und Reste von Zuschlagstoffen wie Glanzkohlenstoff und dergleichen zu entfernen.

Der erfindungsgemäß aufbereitete Altsand kann einem Glasgemenge, insbesondere mit Faserglas und/oder Siliziumdioxid zugemischt werden. Er kann aber auch ohne weiteren Zusatz von Glasrohstof­ fen, lediglich unter Verwendung von üblichen Zuschlagstoffen, zu Glasfasern verarbeitet werden.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzten Altsande kön­ nen eine beliebige Zusammensetzung aufweisen. Bevorzugt sind Alt­ sande aus dem Coldbox- und/oder Croning-Verfahren. Die Altsande werden ggf. bei der mechanischen Aufbereitung vermahlen, um eine für die Glasfaserherstellung geeignete Korngröße zu erhalten. Be­ vorzugt ist eine Korngröße von etwa < 0,5 mm.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Glasfasern sind als Schall- und Wärmedämmstoffe, Isolierstoffe, Feuerschutz­ stoffe und zur Herstellung von faserverstärkten Materialien ge­ eignet. Diese Glasfasern können wie gewohnt in Form von Matten, Glasgeweben, Glaswolle oder als lose Fasern eingesetzt werden. Sie lassen sich auch verspinnen und zu Bändern, Schnüren, Litzen, Schläuchen usw. verarbeiten, die in der elektrotechnischen In­ dustrie zur Isolierung verwendet werden. Sie lassen sich auch zu Feuerschutzkleidungen verarbeiten. Die Glasfasern eignen sich auch zur Faserverstärkung, als Beimischung zu Kunstharzpressmas­ sen, Schleif- und Trennscheiben, Faserplatten, Zementplatten, Gipsplatten, Beton, Dachpappen, Dichtungsmitteln und als Zusatz zu Auto- und Flugzeugreifen, sowie häufig in Form sogenannter Prepregs, zur Kunststoff-Verstärkung.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgen­ den näher erläutert.

Kernsande und/oder gebrauchte harzgebundene Kerne mit einer Zu­ sammensetzung von etwa 60 Gew.-% Quarz, 30 Gew.-% Bindemittel auf der Basis von Polyurethanharzen und etwa 10 Gew.-% Glanzkohlen­ stoff wurden zunächst vorzerkleinert und anschließend in einer Prallmühle mechanisch bearbeitet. Durch die dadurch erzeugte in­ tensive Korn an Korn-Reibung wurde das an der Oberfläche der Sandkörner haftende Bindemittel entfernt. Bei Schüttsanden erüb­ rigt sich das Zermahlen. Die Korngröße beträgt z. Bsp. etwa 40 µm bis 2 mm. Bevorzugt ist eine Korngröße von höchstens etwa 500 µm.

Anschließend wurde durch Windsichten der bei der Bearbeitung ent­ standene Quarzstaub ausgetragen. Daraufhin wurde Preßluft einge­ tragen und die im Altsand enthaltenen Eisenteile bzw. Eisenabrieb im Fluidbett mittels eines sehr starken Magneten abgeschieden. Schließlich wurde der verbleibende Altsand ausgeglüht, um evtll. noch vorhandene Bindemittel- und Kohlenstoffreste sowie metalli­ sches Eisen zu entfernen. Der so aufbereitete Altsand wurde ein­ geschmolzen und zu Glasfasern verarbeitet.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde Schuttsand aus der Gießerei als Probenmaterial verwendet. Die eingesetzte Probenmenge betrug 4.490 g. Die Probe enthielt Gußteile und Strahlkugeln, die durch Siebung entfernt wurden, wo­ bei ein Sieb mit einer Maschenweite von 1,0 mm verwendet wurde. Das so vom Grobmaterial gereinigte Probengut wurde auf eine mit Magnetband beklebten Rolle dicht hinter dem Scheitelpunkt aufge­ geben. Die Rolle wurde mit einem Motor in Drehung versetzt. Die nicht magnetischen Bestandteile der Probe wurden in einem unter­ halb der Rolle vorgesehenen Gefäß aufgefangen. Die magnetischen Bestandteile der Probe blieben an der Rolle hängen; sie wurden mit einer Abstreifvorrichtung entfernt und in einem zweiten Gefäß aufgefangen.

Die Probe wurde dreimal über die Rolle gegeben, wobei nach jedem Durchgang der abgetrennte magnetische Anteil gewogen wurde. Der in der Probe verbliebene, noch nicht abgetrennte Eisenanteil wur­ de jeweils bei jedem Durchgang mittels Flammenatomabsorpti­ onsspektrometrie bestimmt. Ferner wurde der Chromanteil beim zweiten und dritten Durchgang bestimmt. Die Ergebnisse dieses Trennschrittes ergeben sich aus der folgenden Tabelle 1. Da ande­ re Elemente in metallischer Form im Probengut nur in geringen Konzentrationen vorlagen, waren weitere Abtrennungsschritte nicht notwendig.

Tabelle 1

Das so erhaltene, von magnetischen Anteilen befreite Probenmate­ rial wurde im Muffelofen bei 1.000°C 24 h geglüht, um eine Um­ wandlung von im Probenmaterial noch vorhandenem metallischem Ei­ sen zu Eisenoxid und eine Elimination von Graphit und anderen Kohlenstoffverbindungen zu erreichen.

Anschließend wurde das Probengut gesiebt, und die Kornfraktionen wurden ausgewogen. Die Maschenweiten der verwendeten Siebe betru­ gen 0,5 mm und 0,315 mm. Die Ergebnisse der Siebung ergeben sich aus der folgenden Tabelle 2.

Tabelle 2

Die Kornfraktion < 0,5 mm wurde mit einer Kugelmühle gemahlen und mit den anderen Fraktionen vereinigt.

Anschließend wurde die so vorbereitete Probe geschmolzen. Dabei wurde unter Zugabe von Altsand, Flußmittel (Soda) und weiteren üblichen Zuschlagstoffen bei 1.420°C über 1 h eine Schmelze er­ zeugt, mit der sich Glaswolle herstellen ließ. Die Glaswolle be­ saß eine hohe Elastizität und gute akustische Eigenschaften und wurde zu Dämmatten und Zwischensparrendämmungen weiterverarbei­ tet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es also möglich, aufbereite­ ten Altsand in der glastechnischen Industrie einzusetzen. Der Altsand kann zu Glaswolle verarbeitet werden, die zu Schall- und Wärmedämmstoffen, Isolierstoffen, Feuerschutzstoffen und faser­ verstärkte Materialien weiterverarbeitet werden können. Bevorzugt ist die Weiterverarbeitung zu Dämmstoffen, bspw. Dämmatten und Zwischensparrendämmungen.

Claims (12)

1. Verfahren zur stofflichen Verwertung von Altsanden, wobei die Altsande zunächst mechanisch und/oder pneumatisch aufbereitet wird und anschließend mechanisch von Fremd- und Störstoffen ge­ reinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aufbereiteten und gereinigten Altsande von Eisenteilen befreit werden und anschließend zu Glasfasern verarbeitet werden, wobei die Eisenteile aus den aufbereiteten und gereinigten Alt­ sanden in einem Fluidbett magnetisch abgeschieden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die aufbereiteten und gereinigten Altsande Preßluft einge­ bracht wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Altsande vor der Verwertung und/oder vor der Verarbeitung zu Glasfasern qualitativ und/oder quantitativ analysiert werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgearbeiteten und gereinigten Altsande geglüht werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufbereiteten, gereinigten und von Eisenteilen befreiten Altsande einem Glasgemenge zugemischt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Altsande einem Faserglas und/oder Siliziumdioxid enthal­ tenden Glasgemenge zugemischt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Altsande mit Zuschlagstoffen versetzt und zu einem Glas­ gemenge verarbeitet werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gießerei-Altsande in Form von Kernsanden und/oder Schüttsan­ den verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß tongebundene und/oder harzgebundene Formsande, insbesondere aus dem Coldbox- und/oder Croning-Verfahren verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß während der Kernherstellung oder des Gießverfahrens abfallen­ de rieselfähige Schüttsande verwendet werden.

11. Verwendung von Altsand als Faserglasersatz und/oder Silikama­ terialersatz bei der Herstellung von Glasfasern.

12. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Glasfasern für Schall- und Wärmedämmstoffe, Isolierstoffe, Feuerschutzstoffe und faserverstärkte Materialien.