DE2844749C2

DE2844749C2 - Verfahren zur Herstellung von keramischen Elementen aus einem Gemisch von Ton und organischem Material

Info

Publication number: DE2844749C2
Application number: DE19782844749
Authority: DE
Inventors: Emmanuel Knokke-Heist De Fonseca
Original assignee: Esmil Bv Amersfoort Nl; Hoeke Engineering Nv Damme Moerkerke Be
Current assignee: Esmil Bv Amersfoort Nl; Hoeke Engineering Nv Damme Moerkerke Be
Priority date: 1977-10-15
Filing date: 1978-10-13
Publication date: 1983-06-30
Also published as: NL184948B; NL184948C; NL7711341A; BE871238A; DE2844749A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Elementen aus einem Gemisch von M Ton und aus Hausmüll gewonnenem organischen Material in einer feinen Fraktion mit Teilchengrößen bis mm durch Formen, Trocknen und Brennen des Gemisches. Dabei ist unter Ton auch Lehm zu verstehen, soweit er für die Zicgelfabrikation geeignet w> lsi.

In der NL-OS 77 0b7 797 ist bereits ein Verfahren beschrieben, bei dem keramische Elemente aus einem Gemisch aus organischem Material und Ton durch I ornicn. Trocknen und Brennen dieses Gemisches <>■> hergestellt wird. Der Ton soll dabei vorzugsweise eine Teilchengrößenvcrteiliing haben, bei der mehr als 10% eine Teilchengröße kleiner als 2 um haben. Das organische Material wird zu einer feinen Fraktion mit Teilchengrößen bis zu 10 mm verarbeitet, die aus Hausmüll gewonnen wird. Dieses organische Material hat sich für den vorliegenden Zweck als besonders geeignet erwiesen, weil mit ihm eine konstantere Zusammensetzung und Struktur der Zuschlagstoffe erreicht werden kann, als mit anderen organischen Beimengungen wie Holzspänen, Sägemehl oder expandiertem Kunststoff.

Grundsätzlich führt die Vermischung einer organischen Fraktion mit Ton zu einer Einsparung der Brennstoffkosten, die aufgrund des guten Heizwertes der organischen Fraktion in der Größenordnung von 50% liegen kann. Darüber hinaus besitzen die keramischen Elemente eine wesentlich größere Porosität, so daß bei gleichem Gewicht das Volumen der erzeugten Elemente ca. 50% größer ist. Außerdem ist die Bearbeitbarkeit der Elemente besser.

Allerdings erfordert eine aus Hausmüll gewonnene feine Fraktion eine besondere Anpassung des Herstellungsverfahrens der keramischen Elemente. Da diese organische Fraktion ziemlich viel Feuchtigkeit enthält, neigt sie relativ stark zum Kompostieren sowohl bei der Vermischung mit dem Ton als auch beim Trocknungsprozeß. Eine solche Kompostierungsreaktion beeinträchtigt die Qualität des fertigen Produktes und führt zudem auch zu Umweltbelastungen. Ferner stellt die Verarbeitung einer organischen Fraktion besondere Ansprüche an die Vermischung, die Trocknung und den Brennvorgang, um isotrope Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit, Formbeständigkeit und Verarbeitbarkeit zu erhalten.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Elementen aus einem Gemisch von Ton und aus Hausmüll gewonnenem organischen Material derart zu gestalten, daß unerwünschte Reaktionen, insbesondere Kompostierungsreaktionen, vermieden werden und zudem ein keramisches Element mit isotropen Eigenschaften erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die organische Fraktion in konstanter Zusammensetzung mit dem Ton unter feinster Verteilung zu einem lockeren Gemenge mit einer Schüttdichte von ca. 950—1050 kg/m³ vermischt, anschließend dieses Gemenge intensiv homogenisiert und in eine zur Dosierung geeignete Teilchenform gebracht wird, diese Teilchen in an sich bekannter Weise zu Elementen geformt, die so geformten Elemente geirocknet, wobei die Taupunkttemperatur unter 32°C gehalten wk-J, bis der Feuchtigkeitsgehalt unter 30% gesunken ist, und die getrockneten Elemente gebrannt werden, wobei der Entzündungspunkt in de.· Aufwärmzone durch Regelung des Schornsteinzuges und/oder lokale Beimengungen von Kaltluft zu den durch die Aufwärmzone strömenden Rauchgasen und/oder lokales Entziehen von Rauchgasen in der Aufwärmzone und/oder Rückführung in die Brennzone und/oder Anpassen der Menge des zu brennenden Produktes in der Zeiteinheit innerhalb enger Grenzen gehalten wird.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das frisch angelieferte organische Material schnell einer ersten Vermischung unterworfen, wodurch seiner Neigung zum Kompostieren entgegengewirkt wird. Durch die Beimengung von Ton in feinster Verteilung wird ebenfalls verhindert, daß eine größere Menge organischen Materials gären kann. Auch wird hierdurch die Temperatur des Gemisches niedrig gehalten, falls

tatsächlich örtlich eine Kompostierungsreaktion auftritt. Da zudem da·: Gemisch zu einem Gemenge mit relativ geringer Schuttdichte aufgelockert wird, hat die Umgebungsluft guten Zugang, was ebenfalls dazu beiträgt, Kompostierungsreaktionen und Temperaturerhöhungen zu vermeiden.

Die anschließende Homogenisierung verhindert, daß das fertige Produkt eine ungleichmäßige Textur annimmt, also im wesentlichen isotrope Eigenschaften aufweist Dann kann das Gemenge zu den keramischen Elementen geformt werden, wobei es sich als außerordentlich günstig erwiesen hat, das Gemenge zunächst in eine für die Dosierung geeignete Teilchenform zu bringen. Nach der Erfindung können beispielsweise zylindrische Pellets geformt werden, die einen Durchmesser von 25 bis 35 mm, vorzugsweise 30 mm, haben. Die Herstellung kann dabei so erfolgen, daß das homogenisierte Gemenge durch eine perforierte Platte gepreßt wird.

Die Formung der Teilchen kann nach jeder bekannten Methode durchgeführt werden, z. B. durch Abformen, Stempeipressen, Strangpressen oder dergleichen. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die keramischen Elemente in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Vakuumstrangpresse und einer Abschneideinrichtung geformt werden. Dabei ist es erforderlich, daß die eingesetzten Vakuumpumpe eine Entlüftungskapazität hat, welche wenigstens 50%, besser noch 100%, größer ist als zur Entgasung der Tonpomkonente allein nötig wäre, und daß ferner bei einem Vakuum von mindestens 90% gearbeitet wird. Dies beruht auf cm Umstand, daß die organische Fraktion viel Luft enthält

Bei der Trocknung der keramischen Elemente mußte berücksichtigt werden, daß sie relativ viel Luft enthalten und daß das beigemengte organische Material zum Kompostieren reicht. Anstatt bei erhöhter Anfangstemperatur im Trockner mit möglichst trockener Luft zu arbeiten, sieht die Erfindung vor, die Taupunkttemperatur genügend lang hinreichend niedrig zu halten, um eine Kompostierung zu vermeiden. Dies kann durch stärkere Zirkulation der Trocknungsluft innerhalb des Trockners und einen erhöhten Abzug der Trocknungsluft aus dem Trockner geschehen.

Beim Brennen der getrockneten Elemente liefert das anwesende organische Material einen erheblichen Beitrag zur Wärmebilanz, was ja zu einer entsprechenden Einsparung von Brennstoff führt. Allerdings entsteht dadurch auch die Gefahr, daß bei der Aufwärmung der Elemente in dem Ofen eine spontane Entzündung des organischen Materials eintreten kann. Die hiermit verbundenen sehr schnelle Temperaturerhöhung kann zu einem instabilen Prozeßablauf führen. Hierdurch entstehen wiederum unerwünschte Deformationen der keramischen Elemente und eine Störung des Brennvorganges. Beides erfordert, beim Brennvorgang Maßnahmen zu treffen, um den Entzündungspunkt in der Aufwärmzone in engen Grenzen zu halten. Derartige Maßnahmen sind im Anspruch 1 aufgezählt. Durch Verringerung des Schornsteinzuges vermindert sich das Feuer in dem Ofen, wodurch einer Neigung zum Vorlaufen des Entzündungspunktes entgegengewirkt werden kann. Das gleiche Ergebnis läßt sich erzielen, indem an der Stelle, an der die Entzündung einsetzt, kalte Luft zugemengt wird. Die günstigste Stelle hierfür ist dort, wo die Rauchgastemperatur ca. 400°C beträgt. Werden Rauchgase in der Aufwärmzone lokal entnommen und in die Brenn/nne zurückgelcitct. so erhält man zusätzlich eine bessere Ausnutzung der Wärme im Ofen, da der Wärmetransport am Anfang der Aufwärmzone verringert und der Entzündungspunkt zurückgeschoben wird. Die Menge der zu brennenden Elemente kann an die Wanderung des Entzündungspunktes angepaßt werden, sei es durch Variierung der Menge der Elemente pro Transportwagen, sei es durch Verringerung der Durchlaufgeschwindigkeit der Elemente durch den Ofen.

Durch die Anwesenheit der organischen Fraktion im Ausgangsmaterial ergibt sich, daß die Temperatur der Schornsteingase deutlich höher ist als bei der Verarbeitung von unvermischtem Ton. Die Temperaturerhöhung kann dabei zwischen 300 bis 500⁰C liegen. Zweckmäßigerweise kann der zusätzliche Wärmezufluß zum Schornstein dazu benutzt werden, die Trocknungsluft zum Vortrocknen der geformten Produkte aufzuwärmen. Dabei kann von an sich bekannten Wärmetauschern des Durchstromtypes oder von Regenerativ-Rekuperatoren Gebrauch gemacht werden. Eine weitere Erhöhung der thermischen Ausbeute läßt sich dadurch erzielen, daß die aus der Troekenkärnmer abgezogene Trocknungsluft an der Kühlzone des Ofen zugeführt wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert

Die Ziegelsteine werden auf der Basis eines Tonmaterials hergestellt Es handelt sich um einen Ton mit einem Wassergehalt von 27,5 Gew.% und einem spezifischen Gewicht von 1,25 g/cm³. Als spezifische Oberfläche der Teilchen, aus denen sich dieser Ton zusammensetzt, wird 155 000m²/kg (155m²/g) gemessen. Außer Aluminiumsilikaten enthält der Ton ferner ca. 5 Gew.% Fe₂O₃ und 2 Gew.% CaO. Der Glühverlust des trockenen Materials beträgt 73%.

Als weitere Komponente für das zu Steinen zu formende Gemenge wird eine feine organische Fraktion verwendet, die aus einer Trennanlage für Hausmüll stammt. Die Siebanalyse dieser feinen organischen Fraktion war wie folgt:

Fraktion < 4 mm	68%
Fraktion 4 —6 mm	26%
Fraktion 6-10 mm	6%
Fraktion > 10 mm	nicht vorhanden

Ferner war dieses Material frei von Glasteilchen mit einer Größe über 2 mm, und es hatte einen Feuchtigkeitsgehalt von 43 Gew %.

>ⁿ Für dieses Material wurde ein Heizwert, bezogen auf die getrocknete Komponente, von 10 MJ/kg gefunden. Fremdmetalle, Säurereste und Phosphor waren in so geringen Mengen anwesend, daß sie auf den weiteren Produktionsgang keinen Einfluß haben und bei der weiteren Verarbeitung auch keine Probleme der Umweltverschmutzung verursachen können.

5 Volumenteile des grubenfeuchteii Tons werden mit 4 Volumenteilen der produklionsfeuchten organischen Fraktion vermischt. Bezogen auf die Trockenmasse des Tons und des organischen Materials ergibt sich ein Gemisch von 1 kg trockenem Ton und 0,52 kg Trockenmasse der organischen Fraktion.

Dieses erste Vermischen erfolgt stets unmittelbar nachdem eine Ladung organisches Material angeliefert worden ist. Das Vermischen kann beispielsweise mit einem mechanischen Schaufler durchgeführt werden, doch muß in jedem Fall dafür gesorgt werden, daü das vermengte Produkt sehr luftig bleibt, entsprechend

einer Schüttdichte vun c«, lQOOk.g/mA Es ist dabei wichtig, daß das vermengte Produkt locker gelagert wird und die Schütthöhe 2 m nicht überschreitet Durch diese erste Vermischung wird eine Kompostierung des vorgemischten Produktes bis zu seiner Weiterverarbeitung vermieden, und auch die Gefahr wird verringert, daß in dem Trockner eine Kompostierung stattfindet.

Das Gemisch wird auf eine an sich bekannte und gebräuchliche Weise in einem Tonkneter vermengt und weiter verarbeitet, wie dies in der Ziegeleitechnik üblich ist Dabei wird das geknetete Materia! schließlich durch eine perforierte Platte mit Durchgängen von 30 mm 0 gedrückt und anschließend über ein Transportband zu einem Former geführt Dann wird auf ebenfalls an sich übliche und bekannte Weise das Gemisch mittels einer Strangpresse zu einem Tonstrang gepreßt, worauf mittels eines Schneidgerätes einzelne Blöcke abgeschnitten werden. Die so extrudierten und abgeschnittenen Biöcke haben die Abmessung 318 χ 154 χ 99 mm. In Richtung der Höhe (99 mm) des Blockes sind 2 Reihen von je 9 offenen Durchgängen vorgesehen.

Bei der verarbeiteten Tonsorte kann eine leistungsfähige Strangpresse eingesetzt werden, die ehe Kapazität von 35-45 t/h hat. Dabei soll diese Strangpresse an eine Vakuumpumpe mit einer Kapazität von beispielsweise 280 m³ pro Stunde angeschlossen sein, welche mit einem Vakuum von 032% unter atmosphärischen Druck arbeitet

Es versteht sich, daß diese Zahlenangaben nur für das vorstehende Beispiel gelten, und daß je nach den gegebenen Umständen erhebliche Abweichungen hiervon möglich sind.

Die geformten Blöcke werden darauf 30 Stunden lang in einem Kanaltrockner getrocknet, welcher auf atmosphärischem Druck gehalten wird. Dabei wird der Feuchtigkeitsgehalt auf 2% verringert. Die Trocknungsluft hatte am Trocknerausgang eine Temperatur von 95°C Am Trocknereingang wurde die Trocknungsluft mit Hilfe von Ventilatoren abgesaugt. Es sei hier bemerkt, daß für diese Menge an Trocknungsluft die Ventilatoren eine ca. 30% höhere Kapazität haben müssen, als zum Trocknen von nur aus Ton bestehenden Blöcken erforderlich ist. Die zugeführte Trocknungsluft wird durch Schornsteingase vorgewärmt, die aus dem Brennofen entweichen. Diese Vorwärmung erfolgt mittels an sich bekannter Durchstrom-Wärmetauscher. Die Temperatur der Schornsteingase wird dabei von ca.

50O⁰C auf 180°C verringert Um das Produkt sehr gleichmäßig zu trocknen, läßt man die Trocknungsluft in dem verringert Um das Produkt sehr gleichmäßig zu trocknen, läßt man die Trocknungsluft in dem Trockner

-, sehr intensiv zwischen dem Material hindurchzirkulieren. Die Taupunkttemperatur in den geformten Produkten wird unter 32° C geregelt bis der Feuchtigkeitsgehalt auf unter 30% verringert worden ist, und zwar um Gärungserscheinungen in der organischen

in Fraktion zu begegnen. In einem Kanalofen wird darauf das getrocknete Material erst ca. 18 Stunden allmählich bis auf ca. 800° C aufgewärmt, worauf die Temperatur in V.'i Stunden auf 1000°C gebracht wird. Auf dieser Temperatur wird das Material während des Passierens

ι -. des Kanalofens 7 Stunden lang gehalten. Anschließend gelangt es in die Kühlzone, wo die Temperatur ziemlich schnell in 2 Stunden auf 750° C verringert wird. Sodann wird die Temperatur weiter langsam und stetig im Verlaufe von 10 Stunden auf 450° C verringert. Dadurch

3D wird das gebrannte Produkt durch ein kritisches Temperaturgebiet gebracht, worauf eine weitere Abkühlung auf Raumtemperatur in ca. 6 Stunden durchgeführt werden kann. Eine deutliche Verbesserung des Wirkungsgrades des Verfahrens wird schließlich erzielt, indem mit der aus dem Trockner abgezogenen Luft gekühlt wird. Diese selbe Luft aus der Kühlzone kan;: ferner auch dazu verwendet werden, um die Temperatur in der Aufwärmstrecke zu regulieren. Auch diese Zahlenangaben für den Verlauf des Brennvorgan-

)o ges gelten nur für das beschriebene Beispiel.

Auf die vorstehend dargelegte Weise wird dafür gesorgt, daß der Entzündungspunkt so konstant wie möglich an einer Stelle in der Aufwärmzone verbleibt. Hauptsächlich wird dies durch das Abziehen von Rauchgasen aus der Aufwärmzone und deren Umwälzen durch die Brennzone erreicht Wie bereits bemerkt, bestehen große Unterschiede in der Zusammensetzung und Struktur verschiedener Tonsorten. Von Fall zu Fall muß deshalb im Rahmen der angegebenen Beschränkungen nach einem optimalen Betrieb von Trockner und Brennvorrichtung gesucht werden, und zwar in Abhängigkeit von dem Typ und der Konstruktion des Trockners und der Brennvorrichtung. Dabei kann man zu sehr abweichenden Betriebsbedingungen gelangen, die aber alle in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von keramischen Elementen aus einem Gemisch von Ton und aus ■> Hausmüll gewonnenem organischen Material in einer feinen Fraktion mit Teilchengrößen bis 10 mm durch Formen, Trocknen und Brennen des Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß die Fraktion in konstanter Zusammensetzung mit dem in Ton unter feinster Verteilung zu einem lockeren Gemenge mit einer Schüttdichte von 950—1050 kg/m^J vermischt, anschließend dieses Gemenge intensiv homogenisiert und in eine zur Dosierung geeignete Teilchenform gebracht wird, diese Teil- r, chen in an sich bekannter Weise zu Elementen geformt, die so geformten Elemente getrocknet, wobei die Taupunkttemperatur unter 32°C gehalten wird, bis der Feuchtigkeitsgehalt unter 30% gesunken ist, und die getrockneten Elemente gebrannt werden, wobei der Entzündungspunkt in der Aufwärmzone durch Regelung des Schornsteinzuges und/oder lokale Beimengungen von Kaltluft zu den durch die Aufwärmzone strömenden Rauchgasen und/oder lokales Entziehen von Rauchgasen in der Aufwärmzone und/oder Rückführung in die Brennzone und/oder Anpassen der Menge der zu brennenden Elemente pro Zeiteinheit innerhalb enger Grenzen gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- jo zeichnet, daß die Elemente in an sich bekannter Weise mittels einer Vakuumstrangpresse und einer Abschneidvorrichtung geformt werden, wobei eine Vakuumpumpe mit einer Entlüftungskapazität benutzt wird, die wenigstens 50% größer als zur « Entlüftung der Tonkomponente allein benötigt würde, und daß bei einem Vakuum von mindestens 90% gearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge nach der *o Homogenisierung in die Form zylindrischer Teilchen mit einem Durchmesser von 25-35 mm gebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungsluft ⁴> durch Schornsteingasc aus dem Ofen aufgewärmt wird und daß vorzugsweise die aus dem Trockenraum abgezogene Trocknungsluft an der Kühlzone des Ofens zugeführt wird.