DE3222865C2 - Verfahren zum Granulieren von bei chemischen Prozessen anfallendem Gips und Verwendung einer Kompaktierungseinrichtung zum Granulieren von Gips nach dem Verfahren - Google Patents

Verfahren zum Granulieren von bei chemischen Prozessen anfallendem Gips und Verwendung einer Kompaktierungseinrichtung zum Granulieren von Gips nach dem Verfahren

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DE3222865C2 DE19823222865 DE3222865A DE3222865C2 DE 3222865 C2 DE3222865 C2 DE 3222865C2 DE 19823222865 DE19823222865 DE 19823222865 DE 3222865 A DE3222865 A DE 3222865A DE 3222865 C2 DE3222865 C2 DE 3222865C2
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Abstract

Bei bestimmten chemischen Prozessen fällt Gips mit feinteiligen Körnern an. Bisher mußte nach einem filtrierenden Entwässern stets eine Trocknung des Gipses erfolgen, ehe eine Kompaktierung des feinteiligen Gipses zu Granulat möglich war. Zur Vereinfachung des bisherigen Verfahrens wird erfindungsgemäß der Gips auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 5-15 Gew.% abfiltriert und danach bei der formenden Kompaktierung Gipskristalle durch einen Preß-Schervorgang senkrecht zu ihrer Vorzugsrichtung gebrochen werden. Der Preß-Schervorgang wird vorzugsweise durch das Hindurchpressen des Gipses durch eine Öffnung erreicht. Diese Öffnung kann wiederum bevorzugt in einer Kollergangpresse oder in einer extrudierenden Presse vorhanden sein. Vorzugsweise verjüngt sich wenigstens ein Abschnitt der Öffnung in Preßrichtung gesehen konisch.

Description

Γ Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Granulieren von bei chemischen Prozessen anfallendem Gips, bei
;' dem man den Gips aus einer wäßrigen Lösung abfiltriert, den filterfeuchten und einen Feuchtigkeitsgehalt von 5—15 Gew.-% aufweisenden Gips einer formenden Kompaktierung unterzieht und ggf. die hierbei erhaltenen
'; Granulate trocknet.
:'; 30 Bei vielen industriellen Prozessen, z. B. der Phosphorsäureherstellung oder der Rauchgasreinigung in mit
■ schwefelhaltigen Brennstoffen gefeuerten Kraftwerken fällt als Nebenprodukt Calciumsulfat in Form eines ί filterfeuchten, gelblich-weißen bis grauen Pulvers an. Der Filterkuchen enthält Feuchtigkeit und ist sehr feintei- ; Hg, mit mehr oder weniger ausgeprägter Vorzugsrichtung der Kristalle, so daß dem Filter, insbesondere einer '. Zentrifuge, üblicherweise eine für feinteilige Gipse sehr geeignete Trockeneinrichtung nachgeschaltet ist, um ': 35 eine Kompaktierung zu erreichen. Aus der DE-OS 25 03 482 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Rohgips, ; wie er als Abfallprodukt bei der Phosphorsäuregewinnung mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 10—20% anfällt, ; bekannt, bei dem der Rohgips und die zur Neutralisierung der wasserlöslichen Phosphate und wasserlöslichen
Silicofluoride notwendigen Additive in einem Tribo-Reaktor unter Anwendung hoher Scherkräfte zur Reaktion gebracht werden. Die dabei entstehenden feucht-heißen Granulate werden in einem nachgeschalteten Maschi-40 nenteil mittels Trockenluft an der Oberfläche getrocknet und dadurch erhärtet. Der Tribo-Reaktor stellt eine relativ aufwendige Anlage dar und zum Aufbau der Granulate ist eine relativ lange Verweilzeit im Tribo-Reaktor erforderlich.
Aus der DE-AS 26 58 915 ist ein Verfahren zum Granulieren von bei chemischen Prozessen anfallendem Gips bekannt, bei dem der Gips durch eine Ringwalzenpresse geführt wird. Beim Ringwalzenpressen wird ein sehr 45 kleiner Restlösungsmittelgehalt nach der Trockeneinrichtung erforderlich.
Λ Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Granulieren von bei chemischen Prozessen
f ij anfallendem Gips der vorstehend genannten Art anzugeben, das zum einen mit einem relativ hohen Mindest-Lö-
if} sungsmittelgehalt arbeitet und zum anderen auf relativ einfache Weise zur Ausbildung der einzelnen Granulate
p führt.
S'i 50 Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der filterfeuchte Gips zum Zwecke der Kompaktierung durch
i! mindestens eine öffnung mittels eines Preßwerkzeugs hindurchgepreßt wird. Es hat sich herausgestellt, daß die
|/:; so erhaltenen Granulate trotz des hohen Feuchtigkeitsgehalts sofort nach dem Kompaktieren eine für die
■ Lagerung ausreichende Druckfestigkeit und Formbeständigkeit aufwiesen.
ι Es wird davon ausgegangen, daß durch den Preß-Schervorgang eine Erhöhung der Kontaktflächen zwischen
Γ 55 den Kristallen erreicht wird.
' Das Brechen erfolgt in den Oberflächenzonen des Formlings in größerem Ausmaße als im Inneren des sich
bildenden Formlings. Wegen des hohen Mindest-Lösungsmittelgehaltes kommt es nicht nur zur Erhöhung der : Kontaktfläche bzw. der Zahl der Kontaktstellen, sondern es bildet sich zusätzlich eine große Zahl von Flüssigkeitsbrücken. Beim Nauhhärten, d. h. beim Trocknen an der Luft oder bei der Zufuhr von Wärme werden die 60 Flüssigkeitsbrücken durch Festkörperbrücken ersetzt, die die Festigkeit erhöhen. Durch das Verdampfen des Wassers fallen die in dem Lösungsmittel enthaltenen Salze aus und bilden die Festkörperbrücken.
Vorzugsweise wird dem filterfeuchten Gips vor der Kompaktierung mindestens ein Zusatzstoff zugesetzt. So ist z. B. der Einsatz eines Hilfsstoffes zur Unterstützung der Druckfestigkeit und der Formbeständigkeit möglich. Hierzu eignet sich z. B. Alpha-Halbhydrat, Beta-Halbhydrat und Zement, die vorzugsweise in Mengen bis zu 10 65 Gew.-%, weiter bevorzugt bis zu 5 Gew.-%, eingesetzt werden können. Auch können dem noch nicht kompaktierten Gips Füllstoffe zugesetzt werden, die mit dem in Aussicht genommenen Einsatzgebiet des Granulats verträglich sind. Im Falle der Zementherstellung kann z. B. Flugstaub aus Verbrennungsanlagen in Mengen bis zu 30 Gew.-°/o, bevorzugt bis zu 15 Gew.-%, zugesetzt werden. Auch ist der Einsatz von Calciumsulfit als
Füllstoff möglich, wie er in Rauchgasentschwefelungsanlagen ohne Oxidationsstufe anfällt. Das Calciumsulfit wird bis zu 40 Gew.-°/o und weiter bevorzugt bis zu 20 Gew.-% eingesetzt. Soweit verträglich, können auch Kombinationen der Hiifs- und Füllstoffe eingesetzt werden.
Wenn eine Luftlagerung nur im Freien möglich ist, kann es u. U. zweckmäßig sein, daß die Granulate mit einem Hydrophobierungsmittel behandelt werden, das das Eindringen von Feuchtigkeit erschwert und damit die Frostbeständigkeit erhöht Die Behandlung kann durch Besprühen oder Tauchen in entsprechender Lösung erreicht werden. Als Hydrophobieruiigsmittel sind solche Substanzen geeignet, die die Dampfdiffusionen nur unwesentlich einschränken und damit eine Abgabe der Restfeuchte aus dem Granulat nicht behindern. Bevorzugt werden Siliconharzlösungen mit 1—5% gelöstem S'liconharz in geeigneten Lösungsmitteln. Weiterhin können dünne Überzüge aus fettartigen Substanzen (Paraffinen, Metallseifen) z. B. aus Aluminiumsulfat oder Aluminiuniazetat aus geeigneten Lösungen oder Suspensionen aufgebracht werden. Bei Verwendung von Alkylsilanen als Hydrophobierungsmittel sind vorzugsweise ein Gemisch aus Alkalialuminat und Alkylsilanolen in wasserhaltiger Lösung eingesetzt. Es ist aber auch möglich, das Hydrophobierungsmittel dem Gips vor der Kompaktierung als Zusatzstoff zuzusetzen.
Bevorzugt wird, daß der Gips auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 5—10 Gew.-% abfiltriert wird.
Schließlich ist es möglich, daß der bei einer bewegenden TYocknung der Granulate anfallende Abrieb dem Gips vor der Kompaktierung zugesetzt wird, so daß eine gesonderte Deponierung des Feinstaubs nicht erforderlich ist.
Die Erfindung richtet sich auch auf die Verwendung einer Kompaktierungseinrichtung, die eine Matrize mit mindestens einer Öffnung und mindestens ein Preßwerkzeug aufweist und bei der das Verhältnis von effektiver Länge zum Durchmesser der einzelnen öffnung 4 :1 bis 7:1, vorzugsweise 5 :1 bis 6 :1 beträgt, zum Granulieren von Gips gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die effektive Länge eines geradzylindrischen Bohrungs- oder Öffnungsabschnittes ist gleich der tatsächlichen Länge dieses Abschnittes, während die effektive Länge bei einer konischen Bohrung oder einem konischen Teilabschnitt einer öffnung größer ist. Daher ist bei der Verwendung vorzugsweise mindestens ein Teilabschnitt der einzelnen öffnung als sich in Preßrichtung konisch verjüngend ausgebildet, um einen höheren Verdichtungseffekt zu erzielen. Es kann die gesamte öffnung konisch ausgebildet sein; in zweckmäßiger Ausführungsform folgt jedoch in Preßrichtung gesehen auf einen sich konisch verjüngenden Teilabschnitt ein zylindrischer Teilabschnitt. Um die Oberfläche des aus der Preßeinrichtung austretenden Granulats noch weiter zu verbessern, kann auch vorgesehen sein, daß die öffnung an ihrem Austrittsende einen sich in Preßrichtung konisch erweiternden Abschnitt aufweist, wie dies noch weiier unten erläutert wird.
Als Filter für die Vorrichtung kommen verschiedene Filtertypen in Frage; bevorzugt werden Zentrifugen und Vakuumfilter.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren granulierte Gips kann direkt in der Zementindustrie abgesetzt werden oder zu dem Alpha-Halbhydrat des Calciumsulfate umgewandelt werden, insbesondere in einem autoklaven Verfahren, wie z. B. nach dem diskontinuierlich arbeitenden autoklaven Verfahren von Börgatz.
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figur genauer beschrieben werden.
Die aus einer nicht gezeigten Rauchgasentschwefelungsanlage austretende Dihydrat-Suspension wird in eine Zentrifuge 1 eingeleitet und in dieser entwässert. Das Filtrat wird über eine Leitung 2 abgeführt. Das feuchte Dihydrat wird über einen Bandförderer 3 in den Aufnahmebehälter 4a einer Kollergangpresse 4 eingeführt. Der Boden 4b des Behälters ist wenigstens im Lauf bereich der Kollerräder 4c mit Durchpreßöffnungen 4d versehen. Die öffnungen 4dsind in Preßrichtung leicht konisch ausgebildet. Durch den Umlauf der Kollerräder 4c wird der in den Behälter 4a eingebrachte Gips durch die öfnungen Ad gepreßt. Durch ein nicht gezeigtes Messer werden die nach unten aus den öffnungen 4</ austretenden Stränge in gewünschter Länge abgelängt. Die aus der Presse austretenden Granulate fallen auf einen umsteuerbaren Bandförderer 5. Mit Hilfe des Bandförderers 5 können die Granulate zur Lufttrocknung auf ein Lager 6 transportiert werden. Bei Änderung der Laufrichtung ist auch ein Transport des Granulats über einen Zuteiler 7 in einen von einem Motor 8 angetriebenen Trommeltrockner 9 möglich. In drm Trommeltrockner 9 erfolgt in an sich bekannter Weise eine Trocknung der Granulate mit Hilfe von Rauchgasen, die von einem nicht gezeigten Kraftwerk zugeleitet werden. Aus dem Drehrohrofen bzw. Trommeltrockner 9 wird das getrocknete Granulat über einen Zuteiler 10 abgezogen und dem in Aussicht genommenen Verwendungszweck zugeführt. Über eine weitere Leitung kann der sich im Trommeltrockner einstellende Abrieb abgezogen werden. Der Abrieb kann — wie in der Figur gezeigt — mit frischer Dihydratsuspension der Zentrifuge aufgegeben werden oder aber in einen Mischer 11 eingebracht werden, in dem er mit aus der Zentrifuge 1 entnommenem feuchten Dihydrat vermischt wird. Der Einfachheit halber sind entsprechende Schieber, Zuteiler und Ventileinrichtungen in der Figur nicht mit dargestellt.
Beispiel
Als Ausgangsmaterial wurde ein Chemiegips aus einer Rauchgasentschwefelungsanlage mit folgenden Daten eingesetzt:
Gipsreinheit 99,5 Gew.-°/o bezüglich Trockensubstanz
Cl--Gehalt <O,O3Gew.-°/o
Eisenoxid < 0,2 Gew.-% bzw.
Flugasche Spuren
lösl. Sulfat < 2,4 g/l in der Feuchte (Lösungsmittel)
Dieser Gips wurde mit verschiedenen Feuchtigkeitsgehalten (5,2 Gew.-% bis 17 Gew.-°/o) durch eine 100 mm
lange und in Preßrichtung konisch zulaufende öffnung (1% Steigung) hindurchgepreßt, deren Eintrittsdurchmesser 20 mm und deren Austrittsdurchmesser 18 mm betrug.
Aus dem feinkörnigen Gips wurden Strangpreßlinge mit Eigenschaften gemäß nachfolgender Tabelle hergestellt.
Wassergehalt Eigenschaften der Strangpreßlinge Druckfestigkeit und Formbeständigkeit
des Rohgipses Druckfestigkeit nach 3tägiger Luftlagerung
(Gew.-%) und Formbeständigkeit
sofort nach dem Pressen gut
5,2 befriedigend gut
7,5 befriedigend befriedigend
10,5 ausreichend ausreichend
13,2 neigt zum Zerfall nicht ausreichend, zerfällt beim Aufprall
17,0 zerfällt
Aus der Tabelle ist ablesbar, daß im erfindungsgemäßen Bereich von 5—15 Gew.-% eine ausreichende Festigkeit gegeben ist. Der Mindest-Feuchtigkeitsgehalt von 5 Gew.-°/o ist erforderlich, um überhaupt den Gips durch die öffnung drücken zu können.
Im Bereich von 5—10 Gew.-% werden besonders gute Ergebnisse erzielt. Bei Lagerung im überdachten Freilager verliert das Granulat die Restfeuchte weitgehend.
Das Verfahren arbeitet auch bei Gipsen mit geringerem Reinheitsgrad, z. B. bis herunter zu 95%.
Zur Herstellung des Gipspreßgranulats aus dem feinteiligen Chemiegips, insbesondere dem Rauchgasentschwefelungsgips, haben sich Matrizenformen für die Preßeinrichtungen, insbesondere die Kollergangpresse, als besonders gut geeignet erwiesen, die ein Preßverhältnis PV von 4 :1 bis 7 : 1, besonders bevorzugt 5 : 1 bis 6 : 1, aufweisen. Das Preßverhältnis PV ist dabei in den Ansprüchen und in der Beschreibung definiert als Verhältnis von effektiver Länge leader einzelnen Bohrung zum Bohrungsdurchmesser d. Bei einer zylindrischen Bohrung oder einem zylindrischen Teilabschnitt einer Bohrung oder Öffnung entspricht die effektive Länge lcn der tatsächlichen Länge /, während bei einer sich in Preßrichtung konisch verjüngenden Bohrung oder einem sich in Preßrichtung gesehen konisch verjüngenden Teilabschnitt der Bohrung die effektive Länge leii sich als das Produkt der tatsächlichen Länge / und einem empirisch bestimmten Faktor V bestimmt, der den höheren Verdichtungseffekt bei konischer Gestaltung berücksichtigt. Als Bohrungsdurchmesser d im Falle einer konischen Bohrung oder eines solchen Bohrungsabschnittes wird hier der kleinste Durchmesser herangezogen. Für den Verdichtungsfaktor in Abhängigkeit von der Steigung ergibt sich die nachfolgende Tabelle, in der die letzte Zeile einer zylindrischen Bohrung entspricht:
Steigung Konuswinkel χ Verdichtungs
faktor V
1 :5 11,3° 4,0
1 :10 5,8° 2,0
1 :20 2,8° 1,5
1 : oo 0 1.0
Wie aus der zweiten Zeile ablesbar ist, ergibt sich bei einer konischen Bohrung im Gegensatz zu einer geradzylindrischen Bohrung bei einer Steigung von 1 :10 eine Verdoppelung des Preßverhältnisses.
Bevorzugt wird für die Steigung eines konischen Eintrittsabschnitts der Bohrung der Wertebereich von 1:10 bis 1 :20, während bei vollständig konischer Bohrung eine Steigung im Bereich von 1 : 10 bis 1 :100 bevorzugt wird. Im vorstehenden Beispiel beträgt die Steigung 1 :100 und das Preßverhältnis PV ungefähr 6,5.
Es ist möglich, daß die öffnung mindestens aus einem konischen Teilabschnitt und einem zylindrischen Teilabschnitt besteht, wobei die Ausbildung bevorzugt wird, bei der in Preßrichtung gesehen auf einen sich in Preßrichtung konisch verjüngend ausgebildeten Abschnitt der geradzylindrische Teilabschnitt folgt. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich der erste Teilabschnitt vorzugsweise über eine Länge von 1 bis 2 d (Öffnungsdurchmesser), während sich der zylindrische Teil über eine Länge von 2 bis 4,5 c/erstreckt.
Versuche haben gezeigt, daß es unter Umstände sinnvoll ist, wenn die öffnung an ihrem Austrittsende sich in Preßrichtung konisch erweiternd ausgebildet ist, um eine besonders hohe Oberflächengüte des Granulats zu erzielen. Dieser konisch erweiterte Abschnitt ist bei der Bestimmung des geforderten Preßverhältnisses nicht zu berücksichtigen und kann bei konisch verjüngter, zylindrischer oder konisch verjüngter-zylindrischer Ausbildung des in Preßrichtung gesehenen vorher liegenden Teils der Matrizenöffnung vorgesehen werden. Bevorzugt wird eine Erweiterung mit Steigungen im Bereich von 1 :10 bis 1 :20 über eine Länge von 1 bis 3 (/(Kanal- bzw. Öffnungsdurchmesser). Als bevorzugtes Beispiel, mit dem eine besonders gute Grünfestigkeit des Granulats erzielt wurde, soll folgende Gestaltung der Matrizenöffnung angegeben werden:
Typ Länge Steigung
Eintrittsabschnitt konisch verjüngt 15 mm 1 :10
Mittelabschnitt zylindrisch 35 mm 0
Austrittsabschnitt konisch erweitert 30 mm 1 :10
Der Kanaldurchmesser d, d. h. der Durchmesser des Mittelabschnitts und der Durchmesser der kleineren
Endfläche von Eintrittsabschnitt und Austrittsabschnitt, betrug 13 mm.
Unter Berücksichtigung des Eintrittsabschnittes und des Mittelabschnittes ergab sich ein Preßverhältnis PV ]0 von:
py15 mm -2 + 35 mm
'13 mm
PV -5
Auch bei diesem Beispiel ist es ersichtlich, daß es einen Vorteil darstellt, wenn wenigstens ein Abschnitt der
öffnung sich in Preßriclitung gesehen konisch verjüngt.
20
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. f| Patentansprüche:
    'f. 1. Verfahren zum Granulieren von bei chemischen Prozessen anfallendem Gips, bei dem man den Gips aus
    /J einer wäßrigen Lösung abfiltriert, den filterfeuchten und einen Feuchtigkeitsgehalt von 5 bis 15 Gewichts-
    Vj 3 prozent aufweisenden Gips einer formenden Kompaktierung unterzieht und ggf. die hierbei erhaltenen
    i| Granulate trocknet, dadurch gekennzeichnet, daß der filterfeuchte Gips zum Zwecke der Kom-
    |; paktierung durch mindestens eine öffnung mittels eines Preßwerkzeugs hindurchgepreßt wird.
    $i 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem filterfeuchten Gips vor der Kompaktie-
    •i' rung mindestens ein Zusatzstoff zugesetzt wird.
    '% io 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulate mit einem Hydrophobie-
    ψί rungsmittel behandelt werden.
    Il 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gips auf einen Feuchtig-
    Il keitsgehalt von 5 bis 10 Gewichtsprozent abfiltriert wird.
    'äs/ 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß der bei einer bewegenden
    ;."! 15 Trocknung der Granulate anfallende Abrieb dem Gips vor der Kompaktierung zugesetzt wird.
    κ 6. Verwendung einer Kompaktierungseinrichtung, die eine Matrize (4b) mit mindestens einer Öffnung (4d)
    ί und mindestens ein Preßwerkzeug aufweht und bei der das Verhältnis von effektiver Länge zum Durchmes-
    jtit ser der einzelnen Öffnung 4 :1 bis 7 :1, vorzugsweise 5 :1 bis 6 :1 beträgt, zum Granulieren von Gips gemäß
    |: dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
    j ; 20 7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teilabschnitt der einzelnen
    ·■ öffnung sich in Preßrichtung konisch verjüngend ausgebildet ist.
DE19823222865 1981-07-10 1982-06-18 Verfahren zum Granulieren von bei chemischen Prozessen anfallendem Gips und Verwendung einer Kompaktierungseinrichtung zum Granulieren von Gips nach dem Verfahren Expired DE3222865C2 (de)

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