DE2554405A1

DE2554405A1 - Verfahren zur gewinnung von reinem giessereisand

Info

Publication number: DE2554405A1
Application number: DE19752554405
Authority: DE
Inventors: Julius M Bleuenstein
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1976-06-24
Also published as: JPS5186019A; CA1050209A; GB1476609A; JPS5319535B2

Description

Verfahren zur Gewinnung von reinem Gießereisand_o

Es ist bekannt, daß in Gießereien ziemlich große Mengen von Sand benötigt werden. Um einen Transport dieses Sandes von einem jeweiligen naturlichen Gewinnungsort zu dem betreffenden Standort einer Gießerei Über häufig größere Strecken zu vermeiden, ist man hauptsächlich aus entsprechenden wirtschaftlichen Überlegungen bereits seit längerem dazu Übergegangen, den Gießereisand mehrfach zu gebrauchen, wobei dann aber jeder neue Gebrauch eine vorausgehende Säuberung des Sandes erforderte

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STADTISCHE SPARKASSE MÖNCHEN NR. 169 327 BLZ 701 5OO OO

ORIGINAL INSPECT!

Hinsichtlich dieser Säuberung von bereits gebrauchtem Gießereisand ergeben sich in Abhängigkeit von den beim jeweiligen Gießprozeß insbesondere im Umfang der Verunreinigungen entwickelten Veränderungen des Sandes die verschiedensten Probleme. So tritt bei der Behandlung von Grünsand und trockenen Sand durch ein Kalzinieren und nachfolgendes Auswaschen das Problem der Verhinderung einer Umweltverschmutzung auf, weil zur damit ohne weiteres möglichen Entfernung eines die Wiederverwendung des Sandes ermöglichenden, entsprechend großen Anteils der Verunreinigungen größere Schlammengen anfallen, die bis jetzt mehr oder weniger achtlos in Flüsse oder Klärbecken abgeladen werden konnten. Eine Aufbereitung dieser Art muß daher überall dort auf Widerstände stoßen, wo entsprechende Sicherheitsvorschriften zur Verhinderung einer solchen Umweltverschmutzung bestehen, sodaß dann nach neuen Wegen gesucht werden muß, wie unter Vermeidung aufwendigerer Verfahrensschritte eine vergleichbare Wirtschaftlichkeit erzielt werden kann. Dabei ist dann auch gleichzeitig zu berücksichtigen, daß bei den meisten heueren Gießverfahren hinsichtlich des Reinheitsgrades von wiedergewonnenem Gießereisand heute strengere Anforderungen gestellt werden als dies früher der Fall war, wobei nur beispielsweise genannt sei, daß ein zur Wiederverwendung geeigneter Gießereisand in den meisten Fällen praktisch Überhaupt keine Metallanteile mehr enthalten darf ebenso wie keine organischen Verunreinigungen und keinen Kalk. Um einen sogenannten Säurebedarf von nicht mehr als 15 und vorzugsweise von nicht mehr als 10 zu haben, muß bei einer solchen Aufbereitung aber insbesondere darauf geachtet werden, daß der rückgewonnene Gießereisand kein bröckliges inertes Material enthält₀

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Zur Einhaltung der gesetzlichen Sicherheitsvorschriften werden nach neueren Vorschlägen industriell bis jetzt im wesentlichen folgende Verfahren in der Aufbereitung von gebrauchtem Gießereisand verwirklicht. Es wird einmal das Ausgangsmaterial, also schmutziger Sand, chargenweise verkleinert und der zerkleinerten Masse wird dann Wasser und/oder andere Suspensionsmittel zugesetzt, um einen nassen Schlamm zu erhalten, der dann geschrubbt und mittels eines Vakuumfilters gefiltert wird, um so alle Metallanteile zu entfernen_o Der erhaltene Naßsand wird dann kalziniert, mit Wasser besprüht und dann abgekühlt, wobei eine Variante dieses Verfahrensschrittes darin bestehen kann, daß der Sand während des Kalzinierens durch zuströmende Gase fluidisiert und damit seine Dichte in einem Ausmaß verändert wird, die innerhalb eines dann weiterhin vorhandenen Vakuumsystems die Entfernung bestimmter Verunreinigungen erlaubt«, Beide Verfahrensarten sind jedoch bis jetzt noch keinesfalls völlig befriedigend, und zwar hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt, daß bei dem Schrubben und Filtern des Naßsandes doch noch ziemlich große Wegwerfmengen an kolloidalem Ton bzw· Lehm mit einem hohen Feststoffgehalt anfallen und daß das Arbeiten mit dem fluidisierten Sandbett ziemlich teuer ist und außerdem gewisse technische Probleme stellt, die bis jetzt noch nicht völlig beherrscht werden können· "eiterhin liegen bereits Vorschläge in der Richtung vor, das Ausgangsmaterial mit einer Fettsäure, insbesondere .Ölsäure, zu imprägnieren und dem imprägnierten Material dann kontinuierlich ein Schäummittel in solchen Mengen zuzuführen, daß das Gemisch in einem dazu geeigneten Aufbereitungsbehälter aufschäumt und ständig Über den Behälter Überschwappt, wobei dann alle von dem Schäummittel aufgenommenen Verunreinigungen aus dem Behälter entfernt werden,. Auch dieses Verfahren ist damit erkennbar äußerst unwirtschaftlich, ganz abgesehen davon, daß auch

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hierbei größere Wegwerfmengen des verwendeten Schäummittels anfallen, die wiederum die Einhaltung entsprechender Sicherheitsvorschriften erschwerenο

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Gewinnung von reinem Gießereisand eines Säurebedarfs von nicht mehr als 15 und vorzugsweise von nicht mehr als 10 aus einem bereits gebrauchten Sand bereitzustellen, wobei diesbezüglich hauptsächlich ein mit Harzstoffen imprägniertes und Dolomitkalk und Ton oder Lehm enthaltendes Sandgemisch interessiert, da es sich dabei um die häufigste Sandart handelt, die in modernen Gießereien zur Aufbereitung anfällt· Das Verfahren soll dabei gleichzeitig auch zur Aufbereitung eines entsprechenden ungebrauchten Sandes geeignet sein, bei dem sich das Problem einer Höherstellung des Säurebedarfs auf die vorerwähnten Werte ergibt«,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen gelöst, die im Patentanspruch 1 erfaßt sind. Die Fortschrittlichkeit des so gekennzeichneten erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich hauptsächlich aus der völligen Abwesenheit eines Waschprozesses, wodurch die daraus früher resultierte Gefahr einer Umweltverschmutzung jetzt nicht mehr vorhanden ist. Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren vergleichsweise billiger als alle früher praktizierten Verfahren, wobei gleichzeitig das das neue Verfahren hauptsächlich kennzeichnende Merkmal einer ziemlich heftigen Bewegung der kalzinierten Materialkörner beispielsweise in einer dafür vorzugsweise benutzten Kollergangmühle die wesentlichste Voraussetzung zur Erzielbarkeit eines hohen Reinheitsgrades ist ebenso wie für eine relativ rasche Aushärtzeit der Sandformen oder Kerne, die mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren rückgewonnenen Sand geformt werden_o Die Sand-

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formen oder Kerne haben außerdem sowohl im gehärteten als auch im ungehärteten Zustand eine Zugfestigkeit, die bei Verwendung von mittels der herkömmlichen Verfahren rückgewonnenem Gießereisand bis jetzt völlig unerreichbar erschien, und zwar hauptsächlich deshalb, weil dabei nicht der dafür maßgebliche Wert des Säurebedarfs von nicht mehr als 15 und vorzugsweise von nicht mehr als 10 erreicht werden konnte.

In diesem Zusammenhang erscheint eine nähere Erläuterung dessen was vorliegend unter dem sogenannten Säurebedarf verstanden wird angezeigt· Unter dem Säurebedarf soll die Teilmenge einer bestimmten Menge der Testsäure verstanden werden, die von einer bestimmten Menge eines Sandgemisches verbraucht wird, wobei davon ausgegangen werden kann, daß dabei der Säureverbrauch hauptsächlich von einer Reaktion mit den Verunreinigungen des Sandgemisches herrührt. Bei der Bestimmung des Säurebedarfs wird dem zu testenden Sandgemisch zuerst eine 50 g Probe entnommen, der dann 15 cm° Wasser und 50 cm einer i/iO normalen Salzsäurelösung zugesetzt werden₀ Das erhaltene Gemisch wird dann mittels eines automatischen Rührgerätes über etwa 7 Minuten durchgerührt und danach wird ihm Gelegenheit gegeben, sich über etwa 1 Stunde abzusetzen₀ Das Gemisch wird dann zur Abtrennung des Wassers und der Säure gefiltert, worauf der zurückgehaltene Sand mit destilliertem Wasser gewaschen wird_o Der so behandelte Sand wird dann unter Verwendung einer i/lO normalen Natriumhydroxydlösung auf einen pH-Wert 7 gebracht, nach dessen Erreichen die dafür benötigte Menge des Natriumhydroxyds von der bekannten Salzsäuremenge abgezogen wird, um so als den Dividenten dieser Subtraktion die Zahl zu erhalten, welche den bezogenen Säurebedarf darstellte Wenn folglich für das erfindungsgemäße Verfahren die Erzielbarkeit eines

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Säurebedarfs von nicht mehr als 15 und vorzugsweise von nicht mehr als 10 und weniger angegeben ist, so bedeutet dies nichts anderes als daß das anteilige alkalische Material, wie Ton oder Lehm oder andere Verunreinigungen, des mit dem Verfahren gewonnenen reinen Gießereisandes mit weniger als 15 cm Säure reagiert, wodurch der Sand auch für solche Gießereiprozesse verwendbar wird, für die bis jetzt mit den herkömmlichen Aufbereitungsverfahren unerreichbare Werte des Reinheitsgrades verlangt werden·

Es kann hierbei darauf hingewiesen werden, daß bis jetzt mittels der bekannten Verfahren allenfalls ein Säurebedarf von etwa 30 für den rUckgewonnenen Sand erreicht werden konnte_o Wenn dabei das alkalische Material als Karbonat auftrat, dann konnte erwartet werden, daß dieser doch ziemlich hohe Säurebedarf für die nachfolgende Kernherstellung und die Herstellung von Gießformen unschädlich war, da bei einer Vermischung mit Harzstoffen keine Beeinträchtigung der Aushärtzeit auftrat. In den Fällen jedoch, in denen der gebrauchte Sand zur Entfernung organischer Verunreinigungen kalziniert wurde, hat sich dieser hohe Säurebedarf unter dem Gesichtspunkt ziemlich nachteilig auf das Verhalten der mit einem solchen rUckgewonnenen Sand gefertigten Kerne und Formen ausgewirkt, daß durch ein solches Kalzinieren das anteilige Alkalimaterial in ein Oxyd umgewandelt wird. Tritt aber eine solche Umwandlung in ein Oxyd auf, dann ist es unbedingt erforderlich, einen Sand mit einem Säurebedarf von nicht mehr als 15 und vorzugsweise von nicht mehr als 10 und weniger zu verwenden, um wirtschaftlich vertretbare Aushärtzeiten und eine genügende Festigkeit zu erhalten.

Für die bekannten Verfahren kann weiterhin festgehalten werden, daß dabei nur etwa 15 bis 75% des schmutzigen Sandes wiedergewonnen wer-

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den konnten. Die Erreichbarkeit des höheren Grenzwertes wurde dabei gefährdet durch die sich ständig entwickelnde Technik des Formmaskengießens, bei dem bekanntlich kein Wasser mehr benötigt wird und bei dem praktisch alle organischen Verunreinigungen des Sandes verbrannt werden, sodaß vom Aussehen her völlig befriedigende Sandformen und -kerne erhalten werden konnten. Sofern der rückgewonnene Sand jedoch den erwähnten Anteil an oxydiertem Alkalimaterial enthielt, war er praktisch unbrauchbar für ein Gießverfahren mittels heißen Kastenkernen, weil er dabei so weit austrocknete, daß nicht mehr ausreichende Festigkeitswerte erhalten wurden·

In Blickrichtung darauf, daß auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Kalzinieren angewendet wird, sollte in diesem Zusammenhang eingeräumt werden, daß dieses Kalzinieren hauptsächlich zur Ermöglichung einer kontinuierlichen VerfahrensfUhrung benötigt wird und damit für eine entsprechende Niedrighaltung der Kosten bei einer solchen Wiedergewinnung von reinem Gießereisand. Dabei ist der Nutzeffekt dieses Kalzinierens hauptsächlich abhängig von der Korngröße des Ausgangsmaterials, für welches das erfindungsgemäße Verfahren eine solche in der Größenordnung von etwa AFS 40 bis AFS T30 und insbesondere von etwa AFS 43 bis AFS 53 vorsieht. Eine bevorzugte Korngrößenverteilung des Ausgangsmaterials kann dabei wie folgt aussehen:

20 Masch-en 0.1 max.

30 Maschen 2.0 max.

40 Maschen 3.0 - 15.0

50 Maschen 26.0 - 40.0

70 Maschen 35.0 - 53.0

100 Maschen 5.0 - 15.0

140 Maschen 4.0 max.

200 - 270 Maschen 0.3 max.

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Bevor das Ausgangsmaterial nach diesen Korngrößen geordnet wird, kann es einem magnetischen Scheideprozeß unterworfen werden, damit aus ihm alle metallischen Anteile entfernt werden. Ein solcher magnetischer Scheideprozeß kann alternativ dazu auch der Ordnung nach Korngrößen nachfolgen. Für das Kalzinieren wird in der Regel eine Temperatur von etwa 705 bis 815 C ausreichen, wobei vorzugsweise ein herkömmlich gebautes zweistufiges Kalziniergerät eingesetzt werden sollte, in welchem die Sandkörner Über unterschiedliche Zeiträume wechselnden Temperaturen ausgesetzt werden. Die Zweistufigkeit eines solches Gerätes ist dabei dann vorteilhaft dazu ausgenutzt, die bei der eigentlichen Kalzinierung sich entwickelnden Gase für eine Vorwärmung der Sandkörner beispielsweise in einem Brennofen zu verwenden, der dem Kalziniergerät vorgeschaltet ist. Alternativ dazu kann für diesen Zweck auch ein vertikaler Stahlzylinder benutzt werden, der mit feuerfesten Ziegeln ausgekleidet ist und eine Anzahl an einer zentralen Antriebswelle mittels jeweils zweier Arme befestigter Ziegelherde umfaßt, an denen zum Durchpflügen des Sandes zahnförmige Rührhaken angeordnet sind. Der Zylinder ist weiterhin ausgerüstet mit mehreren Öl- oder Gasbrennern, die somit die kohlenstoffhaltigen Bestandteile des Sandes verbrennen, während dieser langsam durch den Kessel hindurchbewegt wird, und zwar in einer auf die verschiedenen Herde bezogenen, ständig hin- und hergehenden Kaskadenströmung, sodaß schließlich der den Kessel verlassende Sand weitgehend kohlenstoffrei ist.

Das Kalzinieren ist im übrigen hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt von größter Wichtigkeit, daß dadurch alle in dem aufzubereitenden Sand enthaltenen Harzstoffe in ein Gas umgewandelt und in dieser Form entfernt werden. Bei den enthaltenen Harzstoffen handelt es sich hauptsächlich um die gebräuchlichen Bindeharze, beispielsweise

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Phenolharz, das entweder in trockener Pulverform, in Stücken oder Flocken oder körnig bzw, flüssig auftreten kann. Durch das Kalzinieren werden die kohlenstoffhaltigen Materialien sowie auch der enthaltene Ton und/oder sonstiger Füllstoff jedes einzelne Sandkorn mit einer entsprechend zusammengesetzten Umhüllung versehen, die auch nicht durch einen Waschprozeß entfernt werden kann. Da diese Umhüllung andererseits äußerst nachteilig in der Richtung ist, daß sie beim wiedererfolgenden Binden des Sandes mittels ölen oder neuen Harzstoffen deren Bindekraft beeinträchtigt, ist daher das später erfolgende Aufbrechen dieser Umhüllung der einzelnen Sandkörner nach dem Vorschlag der vorliegenden Erfindung von der bereits angedeuteten größten Wichtigkeit·

Der kalzinierte Sand, der also noch eine Temperatur von etwa 705 bis 815 C hat, sollte dann vorzugsweise in einem Sandkühler auf eine Temperatur von etwa 95 C abgekühlt werden, bevor er zum Aufbrechen dieser Umhüllungen weiterbehandelt wird. Als Sandkühler kann wiederum ein Stahlzylinder benutzt werden, der eine größere Anzahl von Stahlrohren umfaßt, um die herum Kühlluft zirkuliert wird. Der Sand wird dabei dann in den kühleren Rohren nach unten bewegt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die abhängig ist von den Öffnungszeiten der unten am Zylinder angeordneten Auswurftüren sowie den Zeitabständen, in denen diese Auswurftüren geöffnet werden.

Der nachfolgende Verfahrensschritt ist eigentlich das wichtigste Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, indem dabei die einzelnen kalzinierten Materialkörner einer so heftigen Bewegung unterworfen werden, daß dabei ihre Umhüllungen aufgebrochen werden. Für diese Behandlung erweist sich eine Kollergangmühle als besonders vorteilhaft, wenngleich auch an die Verwendung eines Blasgerätes mit einer

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besonders starken Strömung gedacht werden könnte. In beiden Fällen werden die kalzinierten Materialkörner besonders intensiv geschrubbt, wobei in der Regel eine Behandlungszeit von etwa 15 bis 25 Minuten ausreichen sollte, um auch die widerstandsfähigsten Umhüllungen aufgebrochen zu haben. Ist diese Behandlung abgeschlossen, dann erscheint der Sand nach der nachfolgenden Abtrennung aller Umhüllungen entsprechend glänzig, sodaß dieses Aussehen dann als Indiz dafür gewertet werden kann, daß die Rückgewinnung dann erfolgreich abgeschlossen ist. Nicht unbedingt zwingend kann dann allenfalls noch ein Waschprozeß folgen.

Es sei abschließend nochmals darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch auf die Gewinnung von Sand eines Säurebedarfs der angegebenen Größenordnung aus einem noch ungebrauchten Sand angewendet werden kann, sofern dieser den typischerweise vorhandenen Säurebedarf von etwa 30 hat und aus den angegebenen Gründen ein Säurebedarf von nicht mehr als 15 und vorzugsweise von nicht mehr als 10 erwünscht ist. Es ist jederzeit möglich, in beiden Fällen das Verfahren so zu führen, daß entweder in einem oder in mehreren Schritten der Säurebedarf sogar auf Werte angehoben wird, die bei etwa 3 und sogar weniger liegen, was besagt, daß alle mit einem solchen Sand gefertigten Kerne oder Formen überragende Eigenschaften besitzen. Dazu gehören dann insbesondere pH-Werte zwischen etwa 7,5 und 10,0, ein Kalkgehalt solcher Größenordnung, daß kaum ein Aufbrausen oder Schäumen auftritt, wenn eine 10 g Probe in eine 30 ml Lösung einer 1-1 Salzsäure eingelegt wird, ein Tongehalt von 0,1 oder weniger, wenn gemessen nach den Bestimmungen der American Foundry Society, ein Feuchtigkeitsgehalt von 0,25$ und weniger und schließlich ein Gehalt σο Kalziumoxyd und Magnesiumoxyd von maximal etwa 0,2/£_o

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Claims

Ansprüche

1· Verfahren zur Gewinnung von reinem Gießereisand eines Säurebedarfs von nicht mehr als 15 und vorzugsweise von nicht mehr als 10 aus einem mit Harzstoffen imprägnierten und Dolomitkalk und Ton oder Lehm enthaltenden Sandgemisch oder aus einem entsprechenden noch ungebrauchten Sand, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial zunächst auf eine einheitliche Korngröße von etwa AFS 40 bis AFS 130, insbesondere von etwa AFS 43 bis AFS 53, gebracht und danach bei einer zur Umwandlung des Ton- oder Lehmanteils in ein bröckliges Material und zur Umwandlung des Dolomitkalks aus einem Karbonat in ein Oxyd ausreichenden Temperatur kalziniert wird, und daß die kalzinierten Materialkörner dann zum Aufbrechen aller sie umhüllenden Beschichtungen bei einer entweder vorausgehenden oder einer nachfolgenden Abkühlung auf etwa 95 C ziemlich heftig bewegt bzw. umgerührt und schließlich die Umhüllungen abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kalzinierten Materialkörner in trockenem Zustand wechselseitig heftig geschrubbt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial vor oder nach seiner Ordnung nach Korngrößen einem magnetischen Scheideprozeß unterworfen wird·

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kalzinieren die Temperatur auch für ein Verbrennen organischer Verunreinigungen des Ausgangsmaterials

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und einer dann erforderlichen Verringerung des Kaikonteils auf weniger als etwa 0,2^ geführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kalzinierten Materialkörner in einem Brecher, insbesondere in einer Kollergangmühle, über wenigstens etwa 15 bis 25 Minuten behandelt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kalzinieren ein Waschprozeß vorausgeht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalzinieren bei etwa 705 bis 815 C vorgenommen wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der fertig behandelte Sand zur Erzielung einer Zugfestigkeit von wenigstens etwa 6,30 kg/ctir- nach einer Äushärtzeit von 5 Sekunden und von wenigstens etwa 21 kg/cm^ und einer Äushärtzeit von 30 Sekunden der aus dem Gemisch gefertigten Sandformen oder Kerne mit einem Harzstoffe härtenden Mittel und einem Katalysator vermischt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der fertig behandelte Sand mit etwa 2,9$ Harzstoff und etwa Katalysator vermischt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich net, daß als Harzstoff Furan-Harnstoff-Formaldehyd, Phenol-Harnstoff-Formaldehyd oder ein Kernöl verwendet wird.

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Π. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der fertig behandelte Sand auf einen pH-Viert von etwa 7,5 bis 9,0, einen Tongehalt von nicht mehr als 0,1, einen Söurebedarf von nicht mehr als 10 und einen Kalkgehalt eingestellt wird, der kein wesentliches Aufschäumen ergibt, wenn eine 10 g Probe des 5andes in 30 ml einer 1-1 Salzsäure-Lösung eingelegt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der fertig behandelte Sand auf einen Feuchtigkeitsgehalt von nicht mehr als etwa 0,25>o eingestellt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der fertig behandelte Sand auf einen Gehalt an Calciumoxyd und Magnesiumoxid von zusammen nicht mehr als etwa 0,2/k eingestellt wird.

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ORIGINAL INSPECTE