DE2215577B1

DE2215577B1 - Pelletierverfahren und pelletiervorrichtung fuer pulver- bzw. staubfoermiges material

Info

Publication number: DE2215577B1
Application number: DE19722215577
Authority: DE
Inventors: WiIh 8756 Kahl Horvat Milan Dipl Ing 6451 Rodenbach Faber Alfred 6451 Großkrotzenburg Hackstem Karl Gerhard Dipl Chem Dr 6450 Hanau Wolff
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1972-03-30
Filing date: 1972-03-30
Publication date: 1973-06-07
Also published as: DE2215577A1; DE2215577C2

Description

Bei der Herstellung von blockförmigen Hochtemperatur-Brennelementen wird ein isotropes Graphitgranulat mit definierter Körnung und Porosität gefordert, das sich anschließend im Stahlgesenk zu isotropen Körpern verpressen läßt (deutsche Patentanmeldung 21 04 431.5). Dieses Granulat kann nach den üblichen Verfahren äußerst schwierig hergestellt werden. Obwohl das Pelletieren einen sehr großen Anwendungsbereich umfaßt, sind die Verfahren noch mit großen Mängeln behaftet, die hauptsächlich darin bestehen, daß die in Pelletiertellern erzeugten Granalien eine geringe Festigkeit haben und deshalb bei der Weitenerarbeitung leicht zerstört werden; große Ungleichmäßigkeiten hinsichtlich Pelletgröße, Porosität und Form auftreten; die Reproduzierbarkeit der Pelletqualität oft nicht gegeben ist; die Pelletierung oft nur durch Zugabe von relativ großen Mengen an Zuschlagstoffen erreicht wird; bei Gemischen, deren Komponenten unterschiedliche Dichten aufweisen, Entmischungen auftreten;
umständliche Maßnahmen getroffen werden müssen, an den Vorrichtungen anhaftenden Kuchen zu entfernen.
Auf Grund dieser Nachteile und insbesondere im Hinblick auf die hohen Anforderungen, die an Preßlinge hinsichtlich Isotropie, gleichmäßiger Dichte, guten mechanischen Festigkeiten und hohen Leitfähigkeitseigenschaften gestellt werden, können die obengenannten Verfahren nicht eingesetzt werden.
Die Erfindung ging von der Aufgabenstellung aus, ein Pelletierverfahren für pulver- bzw. staubförmiges Material anzugeben, mittels welchem die vorgenannten Nachteile überwunden werden.
Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß man das Material in die Vertiefungen einer Gummilochplatte einfüllt und das eingefüllte Material zusammen mit der Gummilochplatte mittels eines Preßstempels verdichtet.
Die Verdichtung wird mit einem Preßstempel oder einer Druckwalze vorgenommen. Nach dem Verdichtungsvorgang entspannt sich der Gummi und nimmt auf Grund seiner Elastizität seine ursprüngliche Form wieder ein. Das Pulver ist jedoch isostatisch zu einem Pellet kompaktiert worden und liegt in der Form. Es fällt durch sein Gewicht beim Umdrehen der Gummiplatte aus der Vertiefung.
Zweckmäßigerweise kann man das Material in die Vertiefungen eines Gummilochbandes einfüllen und das eingefüllte Material zusammen mit dem Gummilochband mittels einer Walzenpresse verdichten. Auf diese Weise läßt sich eine Gummilochplatte bzw. ein Gummilochband verwenden, deren Oberflächen zu mehr als 50 Ofo mit Vertiefungen ausgenutzt sind, so daß eine große Anzahl von Pellets bei einer Pressung hergestellt werden kann.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß große Mengen Pellets mit kleinen Abmessungen und hoher Festigkeit ökonomisch hergestellt werden können, daß die Festigkeit sowie die Dichte über den Preßdruck gesteuert werden können, daß jede gewünschte Form, z. B. Zylinder, Tabletten oder Kugeln, durch entsprechende Gestaltung der Vertiefungen in den Gummiplatten hergestellt werden können, daß kein Abrieb entsteht, daß keine Entmischungen bei unterschiedlichen Komponentendichten auftreten, daß die Gummilochplatte einfach sauberzuhalten ist.
In den Ab b. 1 und 2 sind zwei beispielsweise Ausführungen von Vorrichtungen dargestellt, mit denen das erfindungsgemäße Pelletierverfahren durchgeführt wird.
Die eine vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß A b b. 1 zur Durchführung des Pelletierverfahrens besteht aus einer Säulenpresse, in welche ein Preßstempel und ein Drehteller mit mehreren Werkzeugeinheiten eingebaut sind, wobei jede Werkzeugeinheit aus einer Matrize besteht, in welche eine Gummilochplatte mit einem Unterstempel eingepreßt ist.
Die andere Variante besteht gemäß A b b. 2 aus einem über zwei Walzen mit horizontalen Drehachsen laufenden endlosen Gummilochband und einer oberhalb der einen Walze angeordneten Preßwalze. Zur Erleichterung des Füll- bzw. Entleerungsvorganges sind sowohl in dem Füll- als auch in dem Entleerungsbereich des Gummilochbandes Vibratoren vorgesehen.
Nachstehend werden die Vorrichtungen im einzelnen näher beschrieben.
Abb. 1 In eine Säulenpresse für 40t Druck(1) ist ein Drehteller (2) von 500 mm Durchmesser mit vier gleichen Werkzeugeinheiten eingebaut. Jede Einheit enthält eine Matrize (3) von 92 mm Innendurchmesser, in die eine Gummilochplatte (4) mit einem Unterstempel (5) eingepaßt ist. Der Unterstempel drückt mit Federn die Gummiplatte in die obere Stellung, so daß die Kante mit der Kante des Drehtellers abschließt. In Intervallen von 5 bis 10 Sekunden wird der Teller mittels eines pneumatischen Kolbens (6) um 900 weitertransportiert. Dabei kommt die erste Werkzeugeinheit unter einen Fülltrichter (8) zu stehen (Positiona), wo die Vertiefungen gefüllt werden.
Die zweite Einheit befindet sich zum gleichen Zeitpunkt in Preßposition (b). Dazu fährt der Oberstempel (7) zunächst auf die Gummiplatte und drückt diese in die Matrize. Hier erfolgt die kurzzeitige Verdichtung in etwa 3 bis 5 Sekunden. Der Oberstempel fährt zurück, und die Federn drücken die Gummiform mit dem Unterstempel wieder in Ausgangsposition.
In der dritten Position (c) werden die Pellets aus den Vertiefungen abgesaugt und über einen Wirbelabscheider ausgetragen. Gleichzeitig wird die Gummiform gesäubert. Die vierte Einheit ist als Reserve vorgesehen. Sie kann im Bedarfsfall für zusätzliche Säuberung oder andere Behandlungen verwendet werden.
Die Vorrichtung findet hauptsächlich Anwendung für die Herstellung von einheitlichen, isometrischen Pellets.
Abb. 2 Die Apparatur besteht aus einem 20 bis 30 mm dicken und 600 mm breiten endlosen Gummilochband (11), das über zwei Walzen (12, 13) von 400 mm Durchmesser und 600 mm Länge läuft.
Eine dritte Walze (14) preßt mit einem Druck von 50 bis 100 t das Band und das zu pelletierende Gut zusammen und kompaktiert dabei das Material.
Gefüllt werden die Vertiefungen, indem das Band unter einem Fülltrichter (15) durchläuft. Um eine homogene Füllung zu erreichen, ist unterhalb des Bandes eine Vibrationsvorrichtung (16) angeordnet, die das Band in Erschütterung versetzt und eine einwandfreie Füllung der Vertiefungen (18) gewährleistet. Die Entleerung des Bandes erfolgt beim Rücklauf in entsprechender Weise, wobei das Material in einen Trichter (19) fällt. Auch im Entleerungspunkt ist eine Vibrationsvorrichtung (17) vorgesehen, die das Ausfallen der Pellets sichert.
Um die Erfindung zu verdeutlichen, sind nachfolgend mehrere anwendungstechnische Beispiele beschrieben.
Beispiel 1 Zur Herstellung von isotropen Kernbrennelementen aus Graphit, wie bereits vorher angedeutet, wurden auf der Vorrichtung I Graphit-Binderharz-Gemische zu Pellets verarbeitet.
Das Gemisch bestand aus Natur- und Elektrographit und 25 0/o Phenolharzbinder. Der Kornbereich lag zwischen 20 und 100 um. Die verwendeten Gummiplatten hatten Vertiefungen und Durchmesser von 1,5 mm. 1900 Vertiefungen waren in einer Gummiplatte eingebracht. Die Preß-Taktzeit betrug 5 Sekunden. Bei jedem Takt wurden etwa 5 g Pulver des Schüttgewichtes 0,5 g/cmJ zu Pellets einer Dichte von 1,25 g/cm3 verarbeitet. Der Preßdruck betrug 190 kp/cm2. Hergestellt wurden 2,25 kg Granulat pro Stunde. Bei der Prüfung ergab sich eine mittlere Zerdrückfestigkeit von 0,5 kg. Die Pellets hatten einen mittleren Durchmesser von 1,2 mm und eine Höhe von 1,1 mm. Das Granulat wurde zu blockförmigen Brennelementen von 240 mm Durchmesser und 360 mm Höhe verpreßt und anschließend einer Temperaturbehandlung bis 19000 C unterworfen.
Das Fertigprodukt zeigt sehr kleine Dimensionstoleranzen ( + 0,5 mm), eine Isotropie von kleiner als 1,5 sowie gute Festigkeitseigenschaften.
Beispiel 2 Bei der Herstellung von Urandioxidtabletten (Durchmesser = 20 mm, Höhe = 10 mm) für wassergekühlte Kernreaktoren wird rieselfähiges Pulver in Stahl-Preßgesenke eindosiert und bei etwa 1 t/cm2 bis 3 t/cm2 verpreßt. Die Preßlinge werden dann unter Wasserstoff bei Temperaturen um 16000 C gesintert und auf Maß geschliffen.
Wird das Pulver vor demPressen pelletiert, so treten nur geringe Abmessungsschwankungen nach dem Sintern auf (+0,01 mm). Das Maßschleifen entfällt. Es kann gleich auf Maß gepreßt werden. Bei der Pelletierung eines Urandioxidpulvers auf der Vorrichtung I wurde unter folgenden Bedingungen gearbeitet: Preßdruck 300 kp/cm, Taktzeit 5 sec, Schüttdichte des Pulvers 1,75 gIcm3, Körnungsbreite 20 bis 80 um; Größe der Pellets: Durchmesser und Höhe 1,1 mm, Dichte 3,6 g/cm3, Herstellungsleistung 6 kg/h.
Beispiel 3 Eisenerzkonzentrat (48 0/o Eisen) der Körnung 40 bis 150 um wurde auf der Vorrichtung II mit 0,6 0/o Betonit als Zuschlagstoff und 8 ovo Wasser zu Pellets von 10 mm Durchmesser und 9 mm Höhe verarbeitet. Die grüne Pelletdichte betrug 3,0 g/cm3. Das Gummilochband hatte einen Umfang von 2800 mm bei einer Dicke von 25 mm. 7500 Vertiefungen von 12 mm Tiefe und Durchmesser waren eingebracht.
Das Lochband lief mit einer Geschwindigkeit von 0,1 nils. Die I(raft, mit der die Druckwalze angepreßt wurde, betrug 60 t. Bei einer Schüttdichte von 1,5 g/cm3 betrug der Durchsatz 5 t/h. Messungen ergaben mittlere Druckfestigkeiten der grünen Pellets von 6 kg.
Beispiel 4 Für Hochfluß-I(ernreaktoren werden plattenförmige Brennelemente aus intermetallischen Uran-Aluminium-Verbindungen verwendet. Die Herstellung dieser Brennelemente erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird aus einem Pulvergemisch, bestehend aus UAl3 und Al, ein plattenförmiger Kern gepreßt, der im zweiten Schritt mit Aluminium-Metall allseitig umgeben und zum fertigen Element ausgewalzt wird.
Von den Brennelementen wird vor allem eine eng spezifizierte Stärke des Plattenkerns und eine homogene Uranverteilung mit definierter, mikroskopischer Anordnung gefordert. Üblicherweise treten beim Pressen des Plattenkerns Schwierigkeiten auf, die vor allem beim Einfüllen durch Entmischen der UA13-und Al-Pulver bestehen. Erfindungsgemäß lassen sich alle diese Schwierigkeiten umgehen, indem aus dem Pulvergemisch ein Granulat vorgepreßt und anschließend zu Plattenkernen fertiggepreßt wird.
Bei der Herstellung der Plattenkerne wurde feingemahlenes UAl3-Pulver (d < 90 ) mit Al-Pulver (d < 40 Z) im Gewichtsverhältnis 1:1 trocken vorgemischt und anschließend auf der Vorrichtung 1 in Gummilochplatten zum Granulat mit 2 mm Durchmesser verdichtet. Aus dem Granulat wurden in einem Stahlgesenk Plattenkerne (140. 65. 3 mm) gepreßt und zu fertigen Brennelementen verarbeitet.
Die Beispiele zeigen, daß das neue Verfahren universell eingesetzt werden kann. Durch Vergrößern und Optimieren der oben beschriebenen Versuchsvorrichtungen kann die Kapazität um mehr als Faktor 10 gesteigert werden. Das Verfahren eröffnet Möglichkeiten, Materialien, die bis jetzt noch nicht ökonomisch pelletiert werden konnten, in rentablen Verhältnissen zu Granalien zu verarbeiten.

Claims

Patentansprüche: 1. Pelletierverfahren für pulver- bzw. staubförmiges Material, dadurch gekennzeichnest, daß man das Material in die Vertiefungen einer Gummilochplatte einfüllt und das eingefüllte Material zusammen mit der Gummilochplatte mittels eines Preßstempels verdichtet.
2. Abänderung des Pelletierverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Material in die Vertiefungen eines Gummilochbandes einfüllt und das eingefüllte Material zusammen mit dem Gummilochband mittels einer Walzenpresse verdichtet.
3. Pelletierverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Gummilochplatte bzw. ein Gummilochband einsetzt, deren Oberflächen zu mehr als 50°/o mit Vertiefungen ausgenutzt sind.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Pelletierverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Säulenpresse (1) besteht, in welche ein Preßstempel (7) und ein Drehteller (2) mit mehreren Werkzeugeinheiten eingebaut sind, wobei jede Werkzeugeinheit aus einer Matrize (3) besteht, in welche eine Gummilochplatte (4) mit einem Unterstempel (5) eingepreßt ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Pelletierverfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem über zwei Walzen mit horizontalen Drehachsen (12, 13) laufenden endlosen Gummilochband (11) und einer oberhalb der einen Walze (12 bzw. 13) angeordneten Preßwalze (14) besteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in dem Füll- als auch in dem Entleerungsbereich des Gummilochbandes (11) Vibratoren (16, 17) vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft ein Pelletierverfahren und eine -vorrichtung für pulver- bzw. staubförmiges Material, mittels welchen in einfacher Weise Preßlinge mit guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften erhalten werden.

Verfahren zum Pelletieren von feinkörnigen Materialien werden in großem Maßstab angewendet. Dabei gibt es verschiedene Argumente, feingemahlenes Material in stückiges, staubfreies Gut zu überführen.

Bei der Erzaufbereitung gewährleistet pelletiertes Erzpulver definierte, staubfreie Weiterverarbeitung.

Ein gleichmäßiges Endprodukt wird dadurch sichergestellt. Pelletierte Düngemittelgemische entmischen sich nicht und lassen sich gleichmäßig auf dem Boden verteilen. Bei der Verarbeitung von duroplastischen Kunststoffpreßmassen und keramischen Preßmassen erbringen pelletierte Materialien auf Grund ihrer guten Rieselfähigkeit gleichmäßige Dosierungen im Preßwerkzeug. Einheitliche Preßteile werden erhalten.

In der Kernreaktortechnik, wo für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren Graphit als Strukturmaterial verwendet wird, ist das Bestrahlungsverhalten sehr entscheidend. Es wird weitgehend durch die Isotropie des Strukturmaterials bestimmt. Diese kann wesentlich verbessert werden, wenn das Verpressen nicht wie bisher allgemein üblich aus Pulvern, sondern aus vorgepreßtem Granulat mit isometrischer Kornform erfolgt.

Zur Granulierung bzw. Pelletierung werden hauptsächlich Granulier- bzw. Pelletierteller verwendet (vgl. Rumpf, H.: Das Granulieren von Stäuben und die Festigkeit der Granulate).

Neben dem Granulierteller finden noch andere Vorrichtungen, die ebenso durch Aufbaugranulation Pellets erzeugen, Anwendung. Dazu gehören Schnekken-, Trommel- und Schaufelgranulatoren. Eine Kompaktier-Granuliervorrichtung, wie sie bei der Düngemiftelherstellung verwendet wird, besteht aus zwei Preßwalzen, durch die das Gut zunächst kompaktiert und anschließend auf die gewünschte Größe gebrochen wird.

Das Pelletieren bzw. Brikettieren in Stahlpreßgesenken führt zu sehr gleichmäßigen, festen Pellets.

Die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens ist jedoch erst ab einer gewissen Pelletgröße und nur bei gut verpreßbaren oder hochwertigen Materialien gegeben.

Die mengenmäßig größte Bedeutung besitzt die Pelletierung für die Erzeugung von Eisenerzpellets.

Die Pelletierung wird in Granuliertellern vorgenommen. Es wird feingemahlenes Erzkonzentrat unter Zusatz von Zuschlagstoffen, z. B. 0,5 0/o Betonit, bei einer Feuchtigkeit von 10 0/o zu Pellets von 10 bis 20 mm Durchmesser verarbeitet.

Ein weiteres Anwendungsgebiet für Granulierteller und Kompaktier-Granuliervorrichtungen ist die Düngemittelindustrie. Hier werden verschiedene Kunstdüngerkomponenten vermischt und anschließend pelletiert bzw. kompaktiert. In der Zementindustrie wird Zementrohmehl vor dem Sintern in Schacht-oder Drehrohröfen unter Zusatz von Wasser pelletiert.

Dolomitkalk wird in granulierter Form in Größen von 0,5 bis 3 mm für die Wasserreinigung eingesetzt.

In der Bauindustrie wird Blähton als Leichtzusatzstoff, ähnlich wie bei der Zementfabrikation gemahlen und anschließend pelletiert.

Kalksteinmehl mit einem Gehalt von etwa 501o Bitumen wird unter Zusatz von 8 bis 10 °/o geschmolzenem Bitumen zu Pellets von 5 bis 10 mm Größe verarbeitet.