DE2005549B - Verfahren zur Herstellung von Schwarzpulvermehl - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von Schwarzpulver besteht der zeitraubendste Teil des Verfahrens in der Pulverisierung der drei Rohmaterialien Kaliumnitrat, Schwefel und Aktivkohle sowie in dem Vermischen und Vermählen dieser Rohmaterialien. Dieser letzte Teil des Verfahrens wurde als Einmengung bezeichnet. Das nach der Einmengung erhaltene Produkt wird Schwarzmehlpulver genannt. Die zwei Verfahrensstufen der Pulverisierung und Einmengung sind jedoch nicht nur zeitraubend, sondern erfordern auch Raum und sind teuer. Infolge der Explosionsgefahr wurde die Pulverisierung der Rohmaterialien getrennt durchgeführt, beispielsweise wurden Kaliumnitrat sowie Schwefel und Aktivkohle getrennt pulverisiert. Ferner kann man Laliumnitrat mit etwas Aktivkohle getrennt sowie Schwefel und den Rest der Aktivkohle getrennt pulverisieren.

Die Pulverisierung wurde beispielsweise in Kugelmühlen. Nadelmühlen oder Hammermühlen durchgeführt. Das Vermählen unter Verwendung von Kugelmühlen erfordert 6 bis 12 Stunden und dauert in einigen Fällen noch langer. Infolge der Explosinosgefahr wurde das Einmengen in kleinen Chargen durchgeführt, und zwar in Chargen bis zu ungefähr 100 kg, wobei man sich langsam laufender Spezialvorrichtungen bediente, von denen Kugelmühlen, Gitteipochwerke oder Walzen/.-uhlcn erwähnt seien. Im allgemeinen dauerte die Einmengung 7 Stunden oder mehr pro Charge. Explosionsunfälle wahrend der Einmengung waren nicht selten.

Der Begriff »Einmengung« wird nachstehend noch näher erläutert. Bisher war nicht recht klar, welche Vorgänge dieser Begriff umfaßt. Es konnte jedoch durch Experimente gezeigt werden, daß darunter eine weitere Unterteilung der Rohmaterialien, insbesondere Aktivkohle, und natürlich auch ein Vermischen der Rohmaterialien zu verstehen ist. Die Reaktivität der Aktivkohle ist für die Wirkung eines Schwarzpulvers von grundlegender Bedeutung. Bei einer hohen Reaktivität wird ein stark und gleichmäßig wirkendes Schwarzpulver erhalten. Die Reaktivität der Aktivkohle hängt von ihrem Gehalt an freien Radikalen ab. Dieser Gehalt steigt mit einer zunehmenden Unterteilung an. Dies konnte durch Messungen der Elektronenspinresonanz in Aktivkohle sowie in einem fertigen Schwarzpulver gezeigt werden.

Die weitere Verarbeitung des Schwarzpulvermehls besteht gewöhnlich aus den folgenden Stufen:

Kontaktierung (Verpressen).

Zerkleinern,

Sieben,

Polieren.

Das Polieren von Schwarzpulver wird gewöhnlich in zwei Stufen eingeteilt, und zwar:

1. Glätten und

2. Fertigbearbeiten.

Bisher wurde das Polieren in der folgenden Weise durchgeführt: Eine bestimmte Menge Schwarzpulver aus der Zerkleinerungsvorrichtung wird in eine Rotationsttommel eingefüllt. Die Menge schwankt je nach der Produktionskapazität, sie liegt jedoch gewöhnlich zwischen 250 und 1500 kg pro Trommel. Diese Menge Wirt* 1 bis 7 Stunden lang mit 12 bis 20 UpM rotiert.

Während dieser Maßnahme hat die Reibung zwischen den einzelnen Körnern zur Folge, daß die Ränder des Schwarzpulvers abgeschliffen werden, so daß die Körner runder und glatter werden. Dies nennt man Glätten. Die Dauer des Glättens hängt von dem gewünschten Abriebgrad dec fertigen Schwarzpulvvrs ab. An das Glätten schließ! sich im allgemeinen ein Fertigpolieren an. Dies erfordert 1 bis 2 Stunden und wird in der gleichen Trommel durchgeführt, und zwar

ίο anschließend an sowie in der gleichen Weise wie das Glätten. Der einzige Unterschied besteht darin, daß 0,1 bis 1,0 % feinpulverisierter Graphit zugesetzt werden.

Während dieses Teiles des Polierens setzt sich der

Graphit als dünner Film auf der Außenseite der Schwarzpulverkörner ab und macht sie glänzend, glatt und elektrisch etwas leitender sowie gegen Feuchtigkeit etwas unempfindlicher. Während des Polierens steigt die Temperatur in der Schwarzpulvermasse infolge der Reibung, der die Körner unterzogen werden, an. Es wurden Temperaturen bis zu 70⁼ C gemessen. Der Nachteil des Polierens besteht darin, daß es eine sehr lange Zeit erfordert, so daß daher eine relativ große Menge an Schwarzpulver in jeder Pcliertrommel vorliegen muß. Beispielsweise hat eine Anlage für 300 kg pro Stunde zur Voraussetzung, daß eine Menge von bis zu 2700 kg Schwarzpulver in dem Poliergebäude zusammenkommt. Aus Sicherheitsgründen ist jedoch eine derartige Menge äußerst unerwünscht. Andererseits führt eine Erhöhung der Abriebgeschwindigkeit der Körner in notwendiger Weise zu einem gesteigerten Erhitzen des Schwarzpulvers. Die Entzündungstemperatur von Schwarzpulver beträgt ungefähr 300° C. Es liegt auf der Hand, daß man unterhalb dieser Grenze arbeiten muß, um den Sicherheitsbestimmungen zu entsprechen. Daher sind Einrichtung·!»! zum Abkühlen während des Polierens erforderlich.

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der vorstehend erwähnten Nachteile. Erfindungsgemäß werden die Pulverisierung und Einmengung durch eine einzige Behandlung in einer schnell laufenden und kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung ersetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Schwarzpulvermehls aus den Rohmaterialien Kaliumnitrat, Schwefel und Aktivkohle durch Vermischen der Rohmaterialien in den entsprechenden Mengenverhältnissen, Entladung der Mischung unter Beschickung eines Aufgabetrichters ist dadurch gekennzeichnet, daß über eine geeignete Zumcssungseinrichtung kontinuierlich eine konstante Menge Rohmaterialienmischung in eine bekannte, aus einer ringförmigen Kammer mit tangentialen Einlassen für Druckluft bestehenden Strahlmühle eingeführt, dort durch auf Überschallgeschwindigkeit gebrachte Luft vermählen und pulverisiert und anschließend in einem Zyklon oder ähnlichen Einrichtung für eine mögliche weitere Verarbeitung gesammelt wird.

Als Kohle wird zwar Aktivkohle eingesetzt, es können aber auch andere Typen eines aktivierenden Kohlenstoffs verwendet werden.

Die Erfindung schafft ferner die Möglichkeit, das Polieren des Schwarzpulvers in einer kontinuierlich arbeitenden Vorrichtung durchzuführen, die dem Typ ähnlich ist, welcher für die Pulverisierung eingesetzt wird.

Zunächst sei der erste Teil des Verfahrens beschrieben.

Ein Teil der Wirkung der Einmengung besteht in einer Einbettung von Schwefel und/oder Kaliumnitrat

jn die Poren der Aktivkohle. Zur Erzielung dieser Wirkung müssen alle drei Rohmaterialien in der eingesetzten Mühle verarbeitet werden.

Natürlich versucht man auch, die anschließenden Stufen in der gleichen Weise durchzuführen, um die Wirtschaftlichkeit und Sicherheit zu erzielen, die bei «ler Durchführung des ersten Teils dos Verfahrens, d. h. fieim Vermischen, Pulverisieren und Einmengen, möglich ist. und zwar in kontinuierlicher Weise sowie durch Fernbedienung. Dies bietet keine besonderen Schwierigkeiten bezüglich der Kontaktierung, der Zerkleinerung sowie des Siebens, jedoch, wie vorstehend erv ahnt, ist die Lage beim Polieren anders.

Es wurde versucht, zur Durchführung des Polierens ebenfalls die Strahlmühle zu verwenden, die bereits zur J-Ierstellung des Schwarzpulvermehls verwendet wird. Zunächst hätte man annehmen können, daß die Mühle zu kräftig arbeitet und damit die Körner zu einem Staub pulverisiert anstatt ihre K?nten abzuschleifen. Zunächst trat diese Erscheinung auch ein. Es konnte jedoch dann herausgefunden werden, daß ein zufriedenstellendes Polieren des Schwarzpulvers unter spezifischen Bedingungen, auf die nachstehend noch näher eingegangen werden wird, stattfinden kann.

In dsp Rahmen der Erfindung fällt ferner ein Verfahren zir weiteren Verarbeitung des Schwarzpulvermehls durch Kontaktieren, wonach das Schwarzpulver zerkleinert, gesiebt und poliert wird. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das Schwarzpulver in einer gleichen Strahlmühle, wie sie auch für Jas Vermählen der Mischung dient, poliert wird, wobei >lie Strahlmühle mit wenigstens 10- bis 20mal soviel Schwarzpulver wie während der Pulverisierung beladen und der Druck der in die Mühle eingeführten Luft auf sehr geringe Werte reduziert wird, und daß in die Mühle an einer Stelle nach dem tangentialen ] iniaß für die Arbeitsluft ein feiner Strahl aus pulverisiertem Graphit eingeblascn und die Schwarzpulver- I örner mit Grpahit überzogen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung \on Schwarzpulvermehl wird nachstehend näher bef-cli rieben.

Die Rohmaterialien Kaliumnitrat. Aktivkohle und Schwefel werden in den entsprechenden Mengenverhältnissen in bekannter Weise vermischt, und zwar entweder diirc'.· rein mechanisches Mischen, durch Vermischen in einer Trommel, durch Luftmischen oder Iia"h irgendeiner anderen bekannten Methode. Die Teilchengröße des Kaliumnitrats und des Schwefels be fragt vorzugsweise 1 mm. während die Teilchengröße tier Aktivkohle zwischen 1 μ und I mm schwankt. Dies bedeutet, daß die Aktivkohle gegebenenfalls im voraus pulverisiert werden kann.

Ist die Teilchengröße des Kaliumnitrats und des Jichwefcls relativ groß. d. h. ungefähr 1 mm, dann ist «lic Mischung harmlos, nicht explosiv und nur in dem Maße verbrennbar wie andere verbren nbare Substanzen,

Die vermischte Mischung wird kontinuierlich in einen Luftstrahl in einer bekannten Vorrichtung eingeführt, die als Strahlmühle oder Dampf- oder Luftstrahlpulverisierungsvorrichtung bekannt ist. In dieser Vorrichtung wird die Mischung weiter vermählen, und zwar in der Weise, daß sie durch einen getrennten Luftstrom in eine Zone geführt wird, in welcher die Luft eine Überschallgeschwindigkeit besitzt. In dieser Zone erfolgt eine Anzahl schwerer Kollisionen zwischen den Teilchen infolge der hohen Ltiftgeschwindigkeit. Diese Kollisionen sind derart kräftig, daß die Teilchen zu Stücken zerbrochen werden. Auf diese Weise werden sie zu Teilchen mit Größen vermählen, die unterhalb 1 μ liegen können.

Die hohe Luftgeschwindigkeit wird in bekannter Weise erzeugt, und zwar durch Durchleiten von unter Druck stehender Luft durch besonders geformte Düsen, worauf der Luft Gelegenheit gegeben wird, sich zu expandieren.

Derartige Strahlmühlen sind zur Pulverisierung von verschiedenen Substanzen bekannt, sie wurden jedoch bisher noch niemals zur Herstellung von Schwarzpulver verwendet.

Zunächst schien es so, als sei es sehr riskant, die drei Komponenten gleichzeitig zu vermischen und zu pulverisieren.

Die Pulverisierung von Schwefel allein stellt bereits hinsichtlich einer Entzündung ein großes Risiko dar, und zwar wahrscheinlich infolge der großen Ansammlung von statischer Elektrizität. Werden jedoch alle drei Ausgangsmaterialien gleichzeitig zugesetzt, so daß das Oxydationsmittel (KNO₃) mit den Reduktionsmitteln (S und C) zusammenstößt, wobei diese Zusammenstöße wahrscheinlich zu lokalen Temperaturanstiegen führen, dann stellt man fest, daß eine Unterteilung und Vermischung ohne Anzeichen einer Entzündung des Pulvers sta'.tfindet. Diese Erscheinung läßt sich nicht vollständig erklären. Man nimmt an, daß einer der Gründe in dem Expandieren der Luft zu sehen ist, so daß eine Kühlung in der Vorrichtung stattfindet.

Es hat sich als unnötig erwiesen, eir Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, in der Vorrichtung zu verwenden. Die Verwendung eines derartigen Inertgases würde zu erheblichen Extrakosten führen, da man dann in einem geschlossenen System arbeiten müßte.

Die Einmengungswirkung, die aus einer Einbettung von Schwefel und/oder Kaliumnitrat in den Poren der Aktivkohle besteht, entfaltet sich voll bei den kräftigen Zusammenstößen zwischen den verschiedenen Rohmaterialien.

Das fertige Schwarzpulvermehl wird aus der Mühle mittels des Luftstroms abgezogen und in einem Zyklon od. dgl. abgetrennt. Größere Teilchen werden erneut der ersten Zone zugeführt.

Auf diese Weise erfolgt die Unterteilung und Einmengung gleichzeitig sowie nur mittels eines Luftstrahl in einer Vorrichtung ohne mechanisch bewegbare Teile. Dies ist von großer Bedeutung im Hinblick auf die Sicherheit während der Herstellung des Schwarzpulver. Ferner kann die Herstellung automatisch ohne Steuerung erfolgen. Dies bedeutet, daß sich keine Menschen in einer möglichen Gefahrenzone aufhalten müssen. Die Verweilzeit in der Vermischungsvorrichtung ist sehr kurz, so daß die Menge an Schwarzpulver in der Mahlvorrichtung selbst nur in der Größenordnung von 200 g liegt. Dies ist im Hinblick auf die Sicherheit ebenfalls von großer Bedeutung. Ferner kann das Schwarzpulver auf billige Weise hergestellt werden, wobei der Ausschuß niedrig ist.

Das auT diese Weise hergestellte Schwarzpulvermehl ist völlig gleichmäßig vermischt. Es ist sehr leicht zusammendrückbar und kann daher ohne Schwierigkeit zu jedem Schwarzpulvertyp weiterverarbeitet werden. Verschiedene Typen von Schwarzpulver wurden auf diese Weise hergestellt. Sie zeigen normale Eigenschaften bei einer Verwendung in Gewehren, beim Verbrennen in Schmelz- und Zündrohren sowie bezüglich der Elektronenspinnkonzentration.

Das Schwarzpulvermehl kann vollständig trocken hergestellt werden. Gegebenenfalls kann Wasser dem Schwarzpulvermehl in dem Zyklon zugesetzt werden. Bisher war es üblich, das Schwarzpulvermehl mit 3 bis 5°/o Wasser zu befeuchten, um den Staub in einem gewissen Ausmaße zu binden, die Kompressibilität zu erhöhen und die Sicherheit zu steigern. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Schwarzpulvermehl staubt in überraschender Weise nur in geringfügigem Ausmaß und ist sehr leicht infolge der kleinen Teilchengröße, insbesondere von Schwefel und Kaliumnitrat, kompressibel. Die Zugabe von Wasser ist daher nicht erforderlich. Es kann jedoch von Vorteil sein. Wasser beispielsweise aus Sicherheitsgründen zuzusetzen.

Die Vorrichtung zum Vermählen und Einmengen, welche erfindungsgemäß verwendet wild, arbeitet kontinuierlich und kann auf alle Kapazitäten ausgelegt werden, und zwar von einigen Hektogramm bis zu einigen Tonnen pro Stunde.

Zum Polieren des Schwarzpulvers wird die Mühle mit wenigstens 10- bis 20mal soviel Schwarzpulver wie bei der Pulverisierung beladen, während der Druck der durch die tangentialen Einläße der Strahlmühle zugeführten Luft von einem relativ hohen Druck, beispielsweise 7 bis 8 kg/cm², auf einer sehr niederen Druck, beispielsweise 0.1 bis 0,5 kg/cm², reduziert wird.

Der Graphitüberzug wird auf dem Schwarzpulver in der gleichen Operation sowie in der gleichen Mühle aufgebracht, und zwar durch Einblasen eines feinen Strahls aus pulverisiertem Graphit in die Mühle an einer Stelle nach dem tangentialen Einlaß für die Arbeitsluft.

Wird die Mühle auf diese Weise eingestellt, dann erfolgt ein zufriedenstellendes Polieren mit einer hohen Geschwindigkeit sowie ohne merkliches Erhitzen des Schwarzpulvers. Die Anreicherung von Schwarzpulver während des Polierens hängt natürlich von der Größe des Restes der Anlage ab. Bei einer Anlage mit einer Kapazität von beispielsweise 300 kg pro Stunde übersteigt z. B. die Menge nicht 4 kg, und zwar im Gegensatz zu bis zu 2700 kg bei der Durchführung der bisher bekannten Verfahren.

Nachstehend wird ein Beispiel für eine Ausführungsform der Erfindung gegeben.

Beispiel

Die Erfindung läßt sich am besten durch Bezugnähme auf das Fließbild erläutern. In diesem Fließbild bedeutet

A unter Druck stehende Luft.

B Wasser.

C Schwarzpulvermehl.

D unter Druck stehende Luft zum Reinigen.

E Luftauslaß.

F Staubabführung.

Die Strahlmühle 7 wird durch den Aufgabetrichter 5 beschickt. Der Aufgabetrichter kann 200 kg der Rohmaterialmischung (Kaliumnitrat. Kohlenstoff und Schwefel) aufnehmen. Eine geeignete Zumessungseinrichtung 6. wie beispielsweise eine Vibrationsrinne oder eine Beschickungsschnecke, entfernt kontinuierlich eine konstante Menge von 300 kg pro Stunde aus dem Aufgabetrichter 5. Nachdem noch ungefähr 90 kg in dem Aufgabetrichter vorhanden sind, startet ein Höhenanzeiger die Vibrationsrinne unterhalb des Aufgabetrichters für Kaliumnitrat. Diese Rinne fördert 75 kg Kaliumnitrat auf die Waage 2. Die Waage stoppt die Zufuhr, wenn 75 kg erreicht worden sind. Dann wird die Vibrationsrinne unter dem Aufgabetrichter für Schwefel 3 gestartet. Sie führt 10 kg zu, worauf die Vibrationsrinne für Aktivkohle 4 gestartet wird. Sie führt 15 kg zu. Die Waage 2 ist nach dem Spannungsanzeigeprinzip gebaut und wirkt ebenfalls als Vermischungseinrichtung mit einem doppelten Boden, der mit unter Druck stehender Luft verbunden ist. Die unter Druck stehende Luft wird automatisch umgelenkt, wenn das Wiegen beendet ist. Das Vermischen dauert während einer bestimmten Zeitspanne, beispielsweise 3 Minuten, an. Dann beginnt das Bodenventil der Waage die Mischung auf das Förderband zu entladen, das kontinuierlich läuft und die Mischung dem Aufgabetrichter 5 zuführt. Nachdem die Waage geleert ist, steht die ganze Anlage zum Wiegen und Vermischen so lange steill. bis der Höhenanzeiger in dem Aufgabetrichter 5 einen neuen Zyklus startet. Bei einer Gesamtkapazitäi von 300 kg pro Stunde erfolgen auf diese Weise 3 Wägungen pro Stunde. Die Strahlmühle 7 läuft kontinuierlich und liefert ein fertiges Schwarzpulvermehl in das Zyklon 8. Der Überschuß an Luft wird an der Oberseite durch das Filter 9 abgeblasen. Das Filter spült sich selbst mittels eines automatischen, pulsierenden umgekehrten Luftstroms durch das Filter. Im unteren Teil des Zyklons ist ein System aus feinen Wasserdüsen eingebaut, das 91 Wasser pro Stunde liefert, so daß dem Pulver ein Feuchtigkeitsgehalt von 3°/₀ verliehen wird. Das Schwarzpulvermehl wird kontinuierlich aus dem Zyklon durch das Drehventil in dem Boden abgezogen. Das Förderband transportiert es zu einer möglichen weiteren Verarbeitung.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Schwarzpulvermehls aus den Rohmaterialien Kaliumnitrat. Schwefel und Aktivkohle durch Vermischen der Rohmaterialien in den entsprechenden Mengenverhältnissen. Entladung der Mischung unter Beschickung eines Aufgabetrichters, dadurch gekennzeichnet, daß über eine geeignete Zumessungseinrichtung kontinuierlich eine konstante Menge Rohmaterialienmischung in eine bekannte, aus einer ringförmigen Kammer mit tangentialen Einlassen für Druckluft bestehender. Strahlmühle eingeführt, dort durch auf Überschallgeschwindigkeit gebrachte Luft vermählen und pulverisiert und anschließend in einem Zyklon oder ähnlichen Einrichtung für eine mögliche weitere Verarbeitung gesammelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Rohmaterialien Kaliumnitrat und Schwefel auf eine Teilchengröße von ungefähr 1 mm vor dem Vermischen unterteilt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle in einer Strahlmühle oder in einer anderen Einrichtung auf eine Teilchengröße von ungefähr 1 μ vorpulverisiert wird.

4. Verfahren zur weiteren Verarbeitung des gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten

Schwarzpulvermehls durch Kontaktieren, wonach das Schwarzpulver zerkleinert, gesiebt und poliert wird, dadutch gekennzeichnet, daß das Schwarzpulver in einer gleichen Strahlmühle, wie sie auch für das Vermählen der Mischung dient, poliert wird, wobei die Strahlmühle mit wenigstens 10- bis 20mal so viel Schwarzpulver wie während der Pulverisierung beladen und der Druck der in die Mühle eingeführten Luft auf sehr geringe Werte

reduziert wird, und daß in die Mühle an einer Stelle nach dem tangentialen Einlaß für die Arbeitsluft ein feiner Strahl aus pulverisiertem Graphit eingeblasen und die Schwarzpulverkörner mit Graphil überzogen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der in die Strahlmühle eingeführten Luft auf einen Wert zwischen 0.1 und 0,5 kg/cm² reduziert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen