DE3881784T2

DE3881784T2 - Verfahren zur Rückgewinnung kohleartiger Stoffe aus einem Abfallprodukt.

Info

Publication number: DE3881784T2
Application number: DE88307357T
Authority: DE
Inventors: John Henry Fader
Original assignee: American Tire Reclamation Inc
Current assignee: American Tire Reclamation Inc
Priority date: 1987-08-14
Filing date: 1988-08-09
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2008-08-10
Also published as: JP2549154B2; JPH01158094A; CA1313641C; EP0303447A2; DE3881784D1; ES2043832T3; EP0303447B1; EP0303447A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Wiedergewinnung von Wertstoffen aus Abfallmaterial. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Wiedergewinnung von Rußschwarz aus minderwertigem Kautschuk- oder Ausschußgummimaterial.
Aufgrund der Ölpreissteigerung und des zunehmenden Bewußtseins in bezug auf größer werdende Entsorgungsprobleme gab es in den letzten Jahren ein verstärktes Interesse an der Wiedergewinnung von verwendbaren Wertstoffen aus Abfallprodukten. In den letzten Jahren wurde für die Wiedergewinnung verschiedener Materialien aus Abfall im Wege einer schnellen Zersetzung und Wiedergewinnung von im Abfall enthaltenem organischem Material der Prozeß der Pyrolyse verwendet. Die Verwendung dieses Prozesses bei kohlenstoffhaltigem Material, wie z.B. Plastik, Holz, Papier, Pappe, Gummiabfälle, Kohle, Koks, Kohlenteere, Öle, Gülle und sonstige Müll- bzw. festen Abfälle, erlaubt die Wiedergewinnung von verwendbaren organischen Materialien.
Ein wesentliches Entsorgungsproblem in der heutigen Welt ist die Beseitigung von Automobil- und sonstigen Fahrzeugreifen. Es wird geschätzt, daß landesweit zweihundert Millionen PKW-Reifen und vierzig Millionen LKW-Reifen jährlich allein in den Vereinigten Staaten entsorgt werden. Es wird geschätzt, daß weniger als zwanzig Prozent der heute von Fahrzeugen abgenommenen Reifen in Form der Runderneuerung mit anschließendem Wiederverkauf neu verwendet werden und daß nur zehn Prozent für sonstige Zwecke zum Einsatz kommen. Die verbleibenden siebzig Prozent der Altreifen sind ein Entsorgungsproblem.
In der Vergangenheit wurden Reifen verbrannt oder in Müllgruben abgeladen, um sie zu entsorgen. Das Verbrennen von Reifen wurde aufgrund der beträchtlichen Mengen von toxischen Gasen, die beim Verbrennen freigesetzt werden, abgelehnt. Reifen sind auch zum Entsorgen auf Deponien wenig geeignet, denn sie zersetzen sich nur langsam. Außerdem bilden Abfallreifen in Deponien eine ungesunde Brutstätte für Insekten, Ratten und sonstige Schädlinge.
In den letzten Jahren wurden einige Erfolge bei dem Recyceln von Reifen und der Wiedergewinnung verwendbarer Kohlenstoffe aus Abfallreifen durch die Verwendung von Pyrolyse erzielt. Durch den Prozeß der Pyrolyse wurden einige Reifen vorteilhafterweise verarbeitet, um Brennstoff und sonstige Kohlenwasserstoffverbindungen zu gewinnen. Dieser Brennstoff kann in Form von hocharomatischen Ölen und/oder eines Gases extrahiert werden, das Heizwerte im Bereich von achtzig bis zweitausend BTU pro Kubikfuß (2,14 kJ/m³ bis 53,61 kJ/m³) aufweist. Ein Nebenprodukt dieses Pyrolyseprozesses ist ein Asche- oder Kohlematerial, das nach Abschluß des Prozesses übrigbleibt. In der Vergangenheit wurde dieses Asche- oder Kohlematerial im allgemeinen als nicht verwendungsfähig betrachtet, es sei denn, es konnte irgendwie als Füller oder minderwertiges Rußschwarz von der Industrie oder aber als Brennstoffergänzung zu Kohle verwendet werden.
Die Industrie versuchte, diese Kohle als minderwertiges Rußschwarz zu verwenden. Diese Verwendung wurde im allgemeinen als wenig vorteilhaft empfunden, denn die Konsistenz des Kohlematerials enthält, wie festgestellt wurde, eine unregelmäßige Verteilung der Partikelgröße von extrem kleinen Partikeln bis extrem großen Partikeln. Diese Partikel reichen in der Größe von weniger als einem Mikron bis mehr als eintausend Mikron. Dieses Partikelmaterial ist in seiner Rohkohleform mit Faser- und Stahlverunreinigungen aus dem Reifen- oder Gummimaterial vermischt, und diese müssen für die Verwendung in der Industrie entfernt werden, und es besteht aus körnigen, sandähnlichen Partikeln, die für die Verwendung als Füller unerwünscht sind.
Solches wiederverwendete Kohlematerial wurde in der Industrie wegen des Vorhandenseins dieser Verunreinigungen und wegen in der Industrie angetroffener echter Probleme bei der Nutzung solcher Nebenprodukte als Füller oder Farbstoffe bei Fertigerzeugnissen allgemein nicht gut akzeptiert. Obwohl Versuche unternommen wurden, durch mechanische Prozesse Stahl, Fasern und Asche herauszufiltern, die in der Kohle verbleiben, waren diese Prozesse im allgemeinen nicht ausreichend, um ein geeignetes Produkt zu erhalten. Zusätzlich war es nicht möglich, die größeren körnigeren Partikel durch die genannten Verfahren aus den gewünschten Rußschwarzpartikeln herauszufiltern.
Demzufolge wurden die Pyrolyseverfahren der Vergangenheit im allgemeinen von der Industrie nicht als Verfahren zur Herstellung eines Rußschwarzes mit genügender Qualität akzeptiert, da die geringste Partikelgröße, die erhalten wurde, ein Kohle- oder Farbstoffprodukt mit einer ungefähren Siebgröße von 18 (1.000 Mikron) war. Die Verwendung dieses nicht raffinierten Produktes in Materialien als Rußschwarz wurde auch als ungünstig betrachtet, da mit dieser Art von Partikeln hergestellte Produkte als strukturell weniger stabil befunden wurden als die gleichen Produkte, die mit im Handel befindlichem Rußschwarz hergestellt wurden. Demzufolge war es für diejenigen, die diese Kohle herstellten, extrem schwer, Märkte für das Kohlennebenprodukt als Farbstoffadditiv oder als Rußschwarzfüller zu finden.
Es wurden in der Vergangenheit Versuche unternommen, die Kohlenpartikelgröße in der Weise zu reduzieren, daß ein im Handel besser akzeptierter Qualitätsstand des Rußschwarzes erreicht werden konnte. Ein Fluidenergiemahlverfahren wurde zur Pulverisierung der Kohlepartikel und Herstellung einer kleineren Partikelgröße durch Implosion sämtlicher Partikel im Kohlematerial verwendet. Ein solches Verfahren wird in dem Gotshall erteilten U.S. Patent Nr. 3.644.131 gezeigt. Diese Verfahren produzieren Kohlepartikel im Größenbereich von einem bis zehn Mikron. Die Kapitalaufwendungen und die Betriebskosten für Einrichtung und Betrieb und die hohen Beträge an Energiekosten, die für die Verwendung eines solchen Verfahrens in der Produktion erforderlich sind, bewirken, daß das resultierende Produkt für eine Produktion in üblichen Mengen zu teuer ist. Dieses Verfahren erfordert das Mahlen sämtlicher Kohlematerialien, sowohl des gewünschten Rußschwarzes wie auch der unerwünschten körnigen Partikel, denn es beruht auf der Reduzierung sämtlicher Partikelgrößen, unabhängig davon, welches Material in der Kohle enthalten ist. Dies führt neben der Reduzierung der Größe des Rußschwarzmaterials zum Mahlen von Teilen des unerwünschten körnigen Materials. Demzufolge war dieses Verfahren bei den derzeitigen Preisen von Rußschwarz aufgrund der entstehenden Produktionskosten und der im Fertigerzeugnis enthaltenen Unreinheiten nicht kommerziell nutzbar. Die einzige potentielle kommerzielle Nutzung, bei der ein solches Verfahren eingesetzt werden könnte, liegt in Großbetrieben, wie z.B. Betrieben, die ungefähr 100 Tonnen Reifen pro Tag verarbeiten. Obwohl an Produkten, bei denen das durch dieses Verfahren hergestellte Material eingesetzt wurde, durchgeführte Tests ergaben, daß diese anscheinend verbesserte Gummiverstärkungsmerkmale gegenüber dem früheren nicht raffinierten Kohleprodukt aufwiesen, sind Kosten- und Energieeffizienz des Verfahrens somit dennoch extrem ungünstig.
Bei anderen Versuchen, das Kohlematerial zu raffinieren, wurde zur Verringerung der Kohlepartikel ein Walzenmahlwerk ähnlich zu dem Typ verwendet, der eingesetzt wird, um Kohlepartikel für Verbrennung usw. zu kleinen Partikeln zu mahlen. Bei diesem Verfahren ist jedoch die Partikelgröße auf eine Siebgröße von ungefähr 325 oder 45 Mikron Rohprodukt begrenzt. Diese Kohlemahlprodukte mit einer Siebgröße von ungefähr 325 wurden in Formulierungen verwendet und zeigten tatsächlich verbesserte Gummiverstärkungseigenschaften, jedoch wurde auch bei diesem Verfahren wiederum festgestellt, daß es aufgrund von übermäßig hohen Kosten und großen Mengen verbrauchter Energie, die erforderlich ist, um ein erwünschtes Produkt herzustellen, kommerziell nicht praktikabel ist. Wiederum ist das eingesetzte Verfahren ein Größenreduzierungsverfahren, bei dem sämtliche Kohlematerialpartikel in der Größe reduziert werden. Dies führt dazu, daß im Endprodukt einige unerwünschte Materialien enthalten sind.
Demzufolge war es ein Ziel der Fachleute, ein solches feinkörniges Rußschwarz ohne die hohen Produktionskosten zu erhalten, die bei den Verfahren nach dem Stand der Technik erforderlich waren. Es gab mehrere Versuche, ein Rußschwarzmaterial zu produzieren, das für industrielle Zwecke geeignet ist und genauso eingesetzt werden kann, wie die handelsüblichen Vergleichsmaterialien, jedoch zu niedrigeren Kosten, was ein solches Produkt wirklich in der Produktion lohnend machen würde, bis zum derzeitigen Zeitpunkt waren jedoch diese Versuche im allgemeinen erfolglos.
Es ist für Fachleute, die nicht verarbeitete Kohle verwenden, klar, daß Elastomer/Gummiformulierungen, bei denen unraffinierte Kohleverbindungen eingesetzt werden, substantiell andere Eigenschaften als die erwarteten haben. Bei diesen die Kohle einsetzenden Produkten wurde festgestellt, daß sie strukturell weniger stabil sind als diejenigen, bei denen handelsübliches Rußschwarz eingesetzt wird. Obwohl diese Ergebnisse auch von anderen Fachleuten festgestellt wurden, wurde der Grund für dieses Phänomen nicht weiter verfolgt. Der Erfinder nahm es also auf sich, den Grund dieses Problemes herauszufinden, das entsteht, wenn ein Kohlematerial in einer Elastomer/Gummiformulierung verwendet wird. Durch umfassende Forschung und Analyse der Chemie, Struktur und der physikalischen Eigenschaften der Gummiverbindung und der Kohlepartikel aus verschiedenen Kohlestichproben wurde entdeckt, daß große Teile der Kohlematerialien, die nach der Pyrolyse von kohlenstoffhaltigem Material verbleiben, tatsächlich Agglomerationen oder Klumpen von kleinen und sogar Submikron- Rußschwarz- und Füllerpartikeln waren. Es wurde ferner herausgefunden, daß das Kohlematerial auch harte körnige, eine Einheit bildende Partikel enthielt, die in einem einsatzfähigen Rußschwarz unerwünscht sind. Es wurde festgestellt, daß die Agglomerationen oder eine Einheit bildenden Partikel die gesuchten Rußschwarzpartikel enthalten und daß das harte körnige einzelne Partikelmaterial in einem Rußschwarzmaterial unerwünscht ist.
Der Erfinder entdeckte also, daß diese Kohlepartikel, die bisher als harte körnige, eine Einheit bildende Partikel betrachtet und akzeptiert wurden, die es erforderlich machten, große Mengen von Energie einzusetzen, um die eine Einheit bildenden Partikel auf eine kleinere Größe zu reduzieren, in der Tat eine Mischung von harten körnigen eine Einheit bildenden Partikeln und agglomerierten oder klumpenförmigen Partikeln vieler kleiner Rußschwarz- und Füllerpartikel waren, die ursprünglich in dem Material eingesetzt wurden, als es gemischt wurde. Der Erfinder entdeckte, daß es lediglich notwendig ist, genügend Energie einzusetzen, um die agglomerierten oder klumpenförmigen Partikel zu desagglomerieren, um somit ein Qualitäts- Rußschwarzmaterial zu produzieren und die eine Einheit bildenden Partikel intakt zu lassen.
Bei der Verwendung dieser Entdeckung bei einer kommerziellen Anwendung entdeckte der Erfinder also einen neuen nützlichen Prozeß zur Wiedergewinnung eines verwendbaren Rußschwarzpartikelmaterials aus Gummiabfällen durch selektive Desagglomeration dieser klumpenförmigen oder agglomerierten Partikel und Trennung des Rußschwarzes von den verbleibenden körnigen, eine Einheit bildenden Partikeln. Dieses Verfahren ist kommerziell machbar und erfordert einen geringeren Energieeinsatz, so daß dieses Kohlematerial kommerziell und praktisch genutzt werden kann.
Die US-A-4 647 443, auf der der Oberbegriff des Anspruches 1 beruht, zeigt einen ziemlich typischen Vorschlag nach dem Stand der Technik, wie er bereits erörtert wurde und bei dem das Kohlematerial vor dem Abtrennen gemahlen wird. Dies ist, wie erörtert, im Energieverbrauch teuer, und es ist, wenn das geforderte Produkt ein feinkörniges Rußschwarz ist, auch schwieriger, die Abtrennung so durchzuführen, daß ein Hochqualitätsprodukt geliefert wird. Die Erfindung liefert entsprechend ihrer Definition in Anspruch 1 ein besseres wirtschaftlicheres Produkt, bei dem ein Rühren des Kohlematerials ohne Mahlen durchgeführt wird, um ein feinkörniges Rußschwarz zu erhalten.
Damit reduziert die Erfindung die Energiemenge, die früher erforderlich war, um Rußschwarz aus Abfallmaterial durch selektive Desagglomeration von agglomerierten Partikeln zu gewinnen, wobei die verbleibenden körnigen, eine Einheit bildenden Partikel intakt bleiben und nicht gemahlen werden, um das Endprodukt abzutrennen.
In ihrer bevorzugten Ausführungsform liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Rußschwarz aus Gummiabfallmaterialien zu liefern, das direkt in seiner wiedergewonnenen Form nutzbar ist, wobei das Verfahren kommerziell praktikabel ist.
Somit wird erfindungsgemäß eine selektive Desagglomeration von agglomerierten oder klumpenförmigen Partikeln durch mechanisches Rühren und ohne den teuren und energieintensiven Prozeß des Mahlens des gesamten Kohlematerials vorgenommen.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Graphik mit der Darstellung der Partikelgröße des Materials nach dem Pyrolyseprozeß im Gegensatz zur Partikelgröße nach dem Desagglomerationsprozeß nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Graphik mit der Darstellung des Bereiches der Partikelgröße nach der Erfindung;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht des modifizierten luftdurchströmten Hammerwerks, wie es bei dem Desagglomerationsprozeß der Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 eine (teilweise abgeschnittene) perspektivische Ansicht einer Schlagklinge, wie sie in dem modifizierten luftdurchströmten Hammerwerk der Erfindung verwendet wird; und
Fig. 5 ein Flußdiagramm mit der Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Wiedergewinnung von kohlenstoffhaltigem Material aus einem Abfallmaterial geliefert, das den Schritt einer vorherigen Pyrolyse des Abfallmaterials zur Bildung eines Kohlematerials einschließt. Das resultierende Kohlematerial enthält eine Mischung von agglomerierten Partikeln, die Klumpen oder Agglomerate von kleineren Partikeln bilden, und von körnigen, eine Einheit bildenden Partikeln, die nicht mühelos zerkleinert werden können und im Fertigerzeugnis unerwünscht sind. Zweitens werden die agglomerierten Partikel in diesem Kohlematerial dann selektiv zu feinem Partikelmaterial desagglomeriert, wobei die eine Einheit bildenden Partikel unberührt bleiben. Drittens wird das resultierende desagglomerierte Produkt von dem Einheiten bildenden Partikelprodukt getrennt.
Bevorzugt kann der erfindungsgemäße Prozeß dazu verwendet werden, Rußschwarz aus Gummiabfällen, wie z.B. Reifen und ähnliches, zu entfernen. Jedoch könnten auch andere Materialien wiedergewonnen werden und/oder andere Materialien verwendet werden, um Rußschwarz wiederzugewinnen, wobei der Prozeß der Erfindung zur Anwendung kommt.
Das kohlenstoffhaltige Material, wie z.B. im vorliegenden Fall Altreifen, wird zunächst durch konventionelle, an sich bekannte Verfahren pyrolysiert. Ein Pyrolyseprozeß ist im allgemeinen eine Zerlegung des Materials durch Einbringung großer Mengen von Hitze in das Material in sauerstofffreier Atmosphäre, womit die organischen Materialien freigegeben werden, die ursprünglich eingesetzt wurden, um das Gummimaterial zu produzieren, und die dann wiederverwendet werden können. Das resultierende, in der Erfindung verwendete Produkt hat die Form eines Kohlematerials, das Stahl und sonstige Verunreinigungen enthält, die vor der Pyrolyse in dem Reifengummi enthalten waren. Diese Kohlematerialien enthalten in der Größe ungefähr ein bis eintausend Mikron und bilden Agglomerate kleinerer Partikel, von denen die meisten Rußschwarz sind, und außerdem die eine Einheit bildenden körnigen Partikel. Das Rußschwarz ist das erwünschte Material, das durch den erfindungsgemäßen Prozeß wiedergewonnen und wiederverwendet werden kann. Die eine Einheit bildenden Partikel sind körnige oder sandähnliche Partikel, die durch die in der Erfindung verwendeten Rührvorgänge nicht berührt werden. Während die agglomerierten Partikel mühelos in die Komponentenpartikel aufgebrochen werden können, würden die eine Einheit bildenden Partikel regelrechtes Mahlen erfordern, um die Partikelgröße zu reduzieren. Demzufolge erfordert die Erfindung lediglich ausreichend Energie für das Desagglomerieren der Agglomerate, ohne daß versucht wird, die Partikelgröße dieser eine Einheit bildenden Partikel zu reduzieren, womit im Vergleich zu den Verfahren nach dem Stand der Technik eine beträchtliche Energieersparnis erzielt wird, die sich auf die Reduzierung der Partikelgröße des gesamten Materials durch den Einsatz von Fluidmühlen bzw. Mahlwerken konzentrierten.
Es ist vorzuziehen, daß das Kohlenmaterial von Verunreinigungen durch Mittel wie Magnetschirme oder durch sonstige Abtrennmethoden gereinigt wird, die an sich bekannt sind. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird eine Siebgröße von 18 verwendet, um das Kohlenmaterial, das durch den Pyrolyseprozeß produziert wurde, herauszufiltern.
Die agglomerierten Partikel im Kohlenmaterial werden in einem zweiten Schritt selektiv desagglomeriert. Dies wird durch ein Gerät bewerkstelligt, das die Partikel rührt und sie veranlaßt, sich mechanisch aus ihrem agglomerierten Zustand zu lösen.
Das in dem erfindungsgemäßen Desagglomerationsprozeß verwendete Gerät wird in Fig. 4 gezeigt. Dieses Gerät ist ein modifiziertes luftdurchströmtes Hammerwerk 10, das üblicherweise für das Mahlen und Klassieren von Partikelmaterial verwendet wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch das Hammerwerk nicht wegen seiner Mahlleistung verwendet, sondern es wird neu justiert und modifiziert, um lediglich eine Rührwirkung zu erzielen, die das Rußschwarzpartikelmaterial von den größeren agglomerierten Partikeln befreit und nicht so wirkt, daß ein Mahlen oder ein Reduzieren der Partikelgröße der im Kohlematerial enthaltenen Einheiten bildenden Partikel reduziert wird. Wie in Fig. 4 gezeigt, werden die Schlagklingen 14, die am äußeren Rand Schlagköpfe 12 aufweisen, die üblicherweise verwendet werden, um Partikelmaterial zu mahlen, neu justiert, so daß sie ihren größten Abstand an den Punkten 16, 17 erreichen und demzufolge wenig oder keine energieverzehrende Mahlwirkung entfalten. Eine typische Schlagklinge 14 wird in Fig. 3 zu Darstellungszwecken gezeigt. Die Neuklassierungsklinge 18 (in Phantomdarstellung in Fig. 3 gezeigt) wird entfernt, um ein maximales Rühren des Kohlematerials zu erhalten und das Überlauf-Recyclinggehäuse 20 wird durch eine Tür 22 geschlossen. Es wird also durch die Verwendung eines solchen veränderten Instrumentes das Kohlematerial in die Zuführeinrichtung 26 eingeführt, die das Material dem Rührmechanismus zuführt. Der Rührmechanismus rührt also das Kohlematerial und führt ein Aufbrechen und ein physikalisches Abtrennen der Rußschwarzmaterialpartikel und eine Auflösung ihres agglomerierten Zustandes durch. Im Betrieb wird das Kohlematerial in die Zuführeinrichtung 26 eingegeben und durch die Schlagköpfe 12 gerührt. Während des Rührens wird das Partikelmaterial des weiteren durch das Abgabegehäuse 24 gespült und dann in einem (nicht gezeigten) Sammel- oder Filtergerät gesammelt. Das resultierende Material wird dann luftklassiert, um ein extrem feinkörniges Rußschwarzmaterial zu produzieren, das für die Nutzung als Rußschwarzmaterial mit handelsüblicher Korngröße geeignet ist, wobei die nicht bearbeiteten, eine Einheit bildenden Partikel abgetrennt werden.
Fig. 1 zeigt die Partikelgrößenverteilung (im Vergleich) zwischen dem gesiebten Kohlematerial nach der Pyrolyse und dem Sieben mit Siebgröße 18 (in der Figur in gestrichelten Linien dargestellt) und dem Material nach dem Desagglomerationsprozeß der Erfindung. Diese Proben wurden aus repräsentativen Durchläufen des erfindungsgemäßen Verfahrens entnommen und unter Verwendung von Laserrefraktionstechniken analysiert. Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde die Partikelgrößenverteilung dramatisch reduziert von Partikelgrößen im Bereich von bis zu 1.000 Mikron vor der Desagglomeration zu einer Verteilung, bei der 90 % der Partikel nach der Desagglomeration weniger als 150 Mikron Größe aufwiesen. Die Balkendiagramme in Fig. 1 unten zeigen die Verteilung der Partikelgröße bei den Materialien, welche auch eine stärkere Verteilung von kleineren Partikeln nach dem Desagglomerationsprozeß entsprechend der Erfindung zeigen.
Anschließend wird ein Luftklassiergerät verwendet, um die feinen Rußschwarzpartikel von den größeren, eine Einheit bildenden Partikeln abzutrennen, die durch den Desagglomerationsprozeß im wesentlichen unberührt blieben, um ein fertiges Rußschwarzprodukt zu erhalten, das dann entnommen werden kann. Das Endprodukt ist damit ein kommerziell verwendbares Rußschwarzprodukt, das dann entnommen werden kann.
In Fig. 2 wird eine Partikelgrößenverteilungsanalyse des Produktes gezeigt, das nach dem Luftklassierungsschritt nach der Erfindung entnommen wurde, und es zeigt sich eine weitere Reduzierung der endgültigen Partikelgröße nach dem Desagglomerationsschritt. Eine Analyse dieser Daten zeigt, daß das resultierende Produkt 90 % Partikel in Größen unter 33,1 Mikron bei einer mittleren Partikelgröße von 22,2 Mikron enthält.
Durch den Luftklassierungsschritt wird das erwünschte Rußschwarzmaterial, das im vorangegangenen Schritt selektiv desagglomeriert wurde, von den unerwünschten, eine Einheit bildenden Partikeln abgetrennt, die durch den selektiven Desagglomerationsprozeß nicht berührt wurden.
Damit wurde mit der Erfindung von den Lehren des Standes der Technik abgewichen, nach denen die Kohle zu pulverisieren war, um feine Rußschwarzpartikel zu erhalten, und es wurde der erfindungsgemäße Prozeß gewählt, bei dem das Kohlematerial mechanisch gerührt wird, um die feinen Partikel von den agglomerierten Kohlepartikeln herauszulösen, wobei die eine Einheit bildenden Partikel unberührt bleiben.
Somit wirkt erfindungsgemäß das modifizierte luftdurchströmte Hammerwerk wie eine große Reihe von Impellerklingen, die ein mechanisches Rühren der agglomerierten Partikel bewirkt. Es wird angenommen, daß dieses Rühren bewirkt, daß die agglomerierten Partikel im Kohlematerial, die Agglomerate oder Klumpen kleinerer einzelner Partikel sind, in ihre kleineren eine Einheit bildenden Partikel aufgebrochen werden. Während also das luftdurchströmte Hammerwerkgerät mit den oben offenbarten Änderungen als ein Mechanismus zur Desagglomeration dieser Partikel offengelegt wird, könnten auch andere Maschinen vorteilhafterweise eingesetzt werden, die ein Rühren des Materials bewirken, das wiederum die in dem Kohlematerial enthaltenen Partikel von den agglomerierten Partikeln wegbricht, ebenso wie dies durch das vorstehend offenbarte Rühren erfolgt.
In Fig. 5 wird ein Flußdiagramm gezeigt, das die gesamte Prozeßabfolge nach der Erfindung darstellt. Wie dort gezeigt, wird das Kohlematerial 28 aus der Pyrolyse von Abfallgummi, das mit Siebgröße 18 gesiebt wurde, in den Behälter 30 eingebracht und zum Wiedergewinnungsgerät transportiert. Das rohe Kohlematerial wird dann in das luftdurchströmte Hammerwerk 10 eingegeben und wie oben offenbart selektiv desagglomeriert. Das resultierende Material kann entweder über das Ventil 34 in einen Behälter 32 eingegeben und für die Verwendung als Rußschwarz mit geringer Qualität in Pellets umgewandelt oder in Säcke abgefüllt werden oder es kann dem Luftklassierer über Ventile 34, 36 zur weiteren Raffinierung zugeführt werden. Im allgemeinen wird das desagglomerierte Kohlematerial dann zu dem Trichter 48 und in den Luftklassierer 40 geführt. Der Luftklassierer 40 klassiert dann das Material und entfernt Material in Partikelgrößen von ca. 1 bis ca. 100 Mikron. Dieses Material wird dann über die Wirbeleinheit 41 im Behälter 42 gesammelt und anschließend in dem Pelletisiergerät 44 zu Pellets verarbeitet, wobei diese Pellets dann getrocknet und in Säcke oder in große Behälter abgefüllt werden bzw. das genannte Material direkt als Endprodukt in Säcke abgefüllt wird.
Das Material mit Übergröße aus dem Luftklassierer 40 wird dann zu einer zweiten Wirbeleinheit 46 bzw. in den Behälter 48 geführt. Dieses übergroße Material wird dann dem Luftklassierer 40 zugeführt, um etwa verbleibendes verwendbares Rußschwarzmaterial zu entfernen, das im ersten Durchlauf nicht entfernt wurde. Das aus dem zweiten Durchlauf wiedergewonnene Material wird dann einem Behälter 50 zugeführt und zu einem Fertigprodukt in Pelletform verarbeitet bzw. in Säcke abgefüllt. Das übergroße Material aus diesem Durchlauf wird dann über die Wirbeleinheit 46 einem Behälter 52 zugeführt, wobei dieses Material im wesentlichen aus den unerwünschten, eine Einheit bildenden, im Kohlematerial enthaltenen Partikeln besteht. Diese werden als Abfall entsorgt.

Beispiele

Die Erfindung wird weiter erläutert anhand der folgenden Beispiele, die lediglich als Erläuterung der Erfindung zu verstehen sind.

Beispiel 1

Altreifen werden unter Verwendung eines zerstörenden destillationsartigen Prozesses pyrolysiert. Das sich ergebende, als NU-TECH bezeichnete Kohlematerial wird in Trommeln erhalten.
Ein luftdurchströmtes Pulverisierungsgerät wird durch Entfernung der Umklassierungsplatte modifiziert, und die Abstände der Maschine werden auf minimales Mahlen eingestellt, um jede mögliche Mahl- oder Pulverisierungswirkung auf ein Minimum zu beschränken. Im vorliegenden Fall wurde ein Spitzenabstand von 3,2 mm (1/8") (16) und ein hinterer Abstand von 3,2 mm (1/8") (17) verwendet.
Das Kohlematerial wird dann in das modifizierte luftdurchströmte Pulverisiergerät 10 eingegeben. Die Maschine wird mit maximaler Drehzahl pro Minute betrieben, wobei das Kohlematerial so schnell wie möglich eingegeben wird. Die kohlenstoffhaltigen Partikel werden im Mechanismus gerührt, um die Kohlenpartikel in einzelne Partikel zu desagglomerieren. Das resultierende Produkt ist ein Rußschwarz und wird durch Luftstrom aus der Einheit herausgespült bzw. bei einem (nicht gezeigten) Produktfiltersammler entfernt. Dieses Produkt wird dann luftklassiert, um Unreinheiten und größere, eine Einheit bildende Partikel zu entfernen und eine repräsentative Probe für die endgültige Nutzung zu erhalten.
Für die Zwecke des vorliegenden Beispiels wurden folgende Parameter verwendet. Ein luftdurchströmtes Pulverisiergerät von Schwartz-O'Neil, Modell 16, wurde im vorliegenden Beispiel mit den folgenden Parametern verwendet. Das luftdurchströmte Hammerwerk wird auf einen Spitzenabstand von ungefähr 3,2 mm (1/8") und einen hinteren Abstand von 3,2 mm (1/8") eingestellt. Die Maschine wurde unter Verwendung eines 15 Kilowatt(20 PS)-Motors mit 4690 Umdrehungen pro Minute und einer Luftgeschwindigkeit von 14,3 m³ betrieben, und das Kohlematerial wurde mit einer Geschwindigkeit von 454 kg(1000 lbs)/Std eingegeben.
Mehrere Durchläufe unter Verwendung des Luftklassiergerätes wurden durchgeführt, und die resultierenden Produkte wurden ATR077, Pyroblack SF, Pyroblack 7F, Pyroblack 5AF und Pyroblack 3S genannt. Ein Mikro-Sizer MS-20 Luftklassiersystem wurde verwendet, es wird von Amvest Progressive Industries Inc. hergestellt. Die Parameter dieser Durchläufe werden in Tabelle I aufgeführt. TABELLE I Luftklassierparameter 7F** 3S* Gebläsegeschwindigkeit (u/min) Durchlaufzeit (min:sek) Zuführgeschwindigkeit (kg/std) Rotorgeschwindigkeit (u/min) Gesamtgewicht (kg) * Es ist ein Rohprodukt aus dem modifizierten luftdurchströmten Werk (nicht luftkassiert) ** Zurückgebliebenes Produkt aus dem 5F-Durchlauf wird hier zur weiteren Klassierung verwendet.
Bei der ATR077-Probe wurde festgestellt, daß sie zu einem kommerziell produzierten Rußschwarz der N-770 Serie ähnliche Verstärkungseigenschaften hat. Die Partikelgröße von ATR077 wurde unter Verwendung eines Malvern-Laserstrahlrefraktionsgerätes analysiert. Dies zeigte einen Partikelgrößenverteilungsbereich von 5-100 Mikron bei einer durchschnittlichen Partikelgröße von 40 - 50 Mikron. Die Verstärkungseigenschaften des ATR077 nach der Erfindung waren den Feststellungen gemäß mit handelsüblichen Rußschwarz- Qualitäten mit Partikelgrößen von 0,05 bis 0,1 Mikron gleichwertig. Es wird angenommen, daß das ATR077 Rußschwarz nach der Erfindung zum Einsatz als hälftenverstärkender Füller in Reifen, Schläuchen, Riemen, gegossenen und extrudierten Gegenständen geeignet wäre. ATR077 wurde pelletisiert und analysiert. Die Analyse der Eigenschaften dieses Materials ist zusammenfassend in Tabelle II dargestellt. TABELLE II Typische Eigenschaften von ATR077 Form Schwarze Pellets Spezifisches Gewicht Rohdichte Asche Flüchtige Stoffe Kohleanteil Gesamtschwefel (nicht-reaktiv) Partikelgröße, gemessen Partikelgröße, tatsächlich Mikron

BEISPIEL II

Eine Naturgummiverbindung unter Verwendung von ATR077 Rußschwarz aus Beispiel I wird unter Verwendung des Rezeptes entsprechend den Vorgaben in ASTMD3192 für das Erproben des erfindungsgemäßen Rußschwarzes präpariert. Zwei Kontrollverbindungen wurden unter Verwendung von MT N-990 Rußschwarz und IRB # 6 Rußschwarz vorbereitet. Die resultierenden Verbindungen werden getestet. Die Testergebnisse werden zusammenfassend in Tabelle III dargestellt. TABELLE III Naturgummi Eingabe Rheometer bei ºC Maximales Drehmoment kg.m Minimales Drehmoment kg.m Aushärtungszeit 90 % min Anvulkaniserungszeit ts2, min Physikalische Eigenschaften Zerreißstab (bar) 300 % Modulstab (bar) Streckung % Härte
Die Ergebnisse zeigen, daß ein Naturgummimaterial nach Verwendung von erfindungsgemäßem Rußschwarz ATR077 eine Naturgummiverbindung ist, die der Verbindung überlegen ist, die durch Verwendung eines Rußschwarzes handelsüblicher Qualität MT N-990 erhalten wird sowie ähnliche Eigenschaften wie eine Verbindung unter Verwendung eines Rußschwarzes der Qualität N-770 aufweist. Damit liefert die Verwendung einer ATR077-Verbindung in einem Naturgummi Eigenschaften, die darauf hinweisen, daß ein solches Rußschwarz zwischen der Qualität N-990 und der Qualität IRB#6 liegt, wenn es in einer Naturgummiverbindung eingesetzt wird.

BEISPIEL III

Eine das ATR077-Produkt enthaltene synthetische Butylgummiverbindung wurde vorbereitet, und es wurde des weiteren eine zweite SBR-Kontrollverbindung unter Verwendung von Rußschwarz N-990 und unter Verwendung eines Rezeptes mit folgenden Inhaltsstoffen vorbereitet: SBR 1502-100; ZnO- 3.0; Stearinsäure 1,0; Schwefel 1,75; Santocure NS-1.0; STR077 oder N-990 Rußschwarz 50.0. Diese Verbindung wurden getestet, und die Ergebnisse sind tabellarisch in Tabelle IV dargestellt. TABELLE IV Naturgummi Eingabe Rheometer bei ºC Maximales Drehmoment kg.m Minimales Drehmoment kg.m Aushärtungszeit 90 % min Anvulkaniserungszeit ts2, min Physikalische Eigenschaften Zerreißstab (bar) 300 % Modulstab (bar) Streckung % Härte Reißfestigkeit C ppi Druckversuch, MthB
Somit erweist sich das ATR077-Produkt bei Verwendung in einer Synthetik-Butylgummiformulierung gegenüber dem Rußschwarz N-990 als gleichwertig oder überlegen.

BEISPIEL IV

Es wurden Naturgummiformulierungen unter Verwendung der verbleibenden in Beispiel I vorbereiteten Pyroblack-Formulierungen vorbereitet sowie eine Kontrollformulierung unter Verwendung des Rußschwarzmaterials MT N-990. Diese Formulierungen wurden mit den in Tabelle V angegebenen Inhaltsstoffen vorbereitet. TABELLE V Naturgummiformulierungen PYROBLACKS KONTROLLE RSS#1 Naturgummi Zinkoxid Stearinsäure Schwefel Santocure NS Pyroblack INSGESAMT
Diese Verbindungen wurden dann unter Verwendung der in Tabelle VI zusammenfassend dargestellten Verfahren getestet. TABELLE VI TESTVERFAHREN Rheometer Streckung, Zugfestigkeitsmodul Härtemesser Reißfestigkeit Spezifisches Gewicht Bashore Rückprall Druckprüfung Streubewertung 143ºC, 30 min Uhr 100 cpm, 3 Bogen, 100 Bereich Form C Probekörper geprüft bei cm/min Augenblickshärte Form Hydrostatische Methode Getestet bei 23,9ºC Methode B 22 Stunden bei 70ºC 25 % Ablenkung ¹/&sub2; Stunde Erholung Mikroskopische Untersuchung bei 30X (Note 0-10, 10 = Bestnote)
Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle VII zusammengefaßt. TABELLE VII Rheometer-Daten Pyroblacks Kontrolle Minimales Drehmoment kg.m (lbf.in) Maximales Drehmoment kg.m (lbf.in) Optimale Aushärtungszeit Anvulkanisierungszeit, TS2, min Originale physikalische Eigenschaften Äußerste Streckung % % Modulstab, bar (psi) Zerreißfestigkeit, bar (psi) Härtemesser, pts Reißfestigkeit Zerreißfestigkeit, ppi Spezifisches Gewicht Bashore Rückprall Elastizität, % Druckprüfung, % Streubewertung Bewertung
Aus diesen Ergebnissen ergibt sich in der Zusammenfassung, daß das Pyroblack 5F und 5AF im Prinzip besser ist als die äquivalente Verbindung unter Verwendung des Rußschwarzes MT N-990 und ungefähr einem Rußschwarz der Qualität N-770 ebenbürtig ist. Demzufolge wird angenommen, daß diese Verbindungen zur Verwendung in Verbindungen geeignet wären, bei denen früher die handelsübliche Rußschwarzqualität N- 990 verwendet wurden. Außerdem ergibt sich aus diesen Tests, daß Pyroblack 7F bei Verwendung in Naturgummiverbindungen mit N-990 gleichwertig wäre.

BEISPIEL IV

Repräsentative synthetische Butylgummi-Formulierungen wurden wie in Tabelle VIII gezeigt, vorbereitet. TABELLE VIII Synthetische Butylgummi-Formulierungen PYROBLACKS KONTROLLE RBR 1502-Gummi Zinkoxid Stearinsäure Schwefel Santocure NS Pyroblack
Diese Verbindungen wurden unter Verwendung der Verfahren und Methoden der Tabelle V getestet. Die Testergebnisse werden zusammenfassend in Tabelle IX dargestellt. TABELLE IX Rheometer-Daten Pyroblacks Kontrolle Minimales Drehmoment kg.m (lbf.in) Maximales Drehmoment kg.m (lbf.in) Optimale Aushärtungszeit Anvulkanisierungszeit, TS2, min Originale physikalische Eigenschaften Äußerste Streckung % % Modulstab, bar (psi) Zerreißfestigkeit, bar (psi) Härtemesser, pts Reißfestigkeit Zerreißfestigkeit, ppi Spezifisches Gewicht Bashore Rückprall Elastizität, % Druckprüfung, % Streubewertung Bewertung
Es kann also aufgrund der vorstehenden Angaben zusammenfassend gesagt werden, daß die Pyroblackproben nach der Erfindung in natürlichen und synthetischen Butylgummiverbindungen ohne weiteres an Stelle kommerzieller Rußschwarzqualitäten verwendet werden können.
Aufgrund der Entdeckung, daß diese Kohlepartikel in der Tat Agglomerate kleinerer Rußschwarzpartikel und anderer unerwünschter, eine Einheit bildender Partikel sind, ist der Erfinder in der Lage, ein gereinigtes Rußschwarzprodukt aus kohlenstoffhaltigem Material durch Rühren dieser Kohlepartikel zu erhalten, bei dem die kleineren Partikel von den agglomerierten Partikeln physisch getrennt werden, ohne daß die Partikelgröße der eine Einheit bildenden Partikel reduziert wird. Dieser Prozeß erfordert wesentlich weniger Energie als das Mahlen von Kohlepartikeln auf eine geringe Größe. Somit wird erfindungsgemäß angenommen, daß die agglomerierten Partikel durch die durch das Hammerwerk ausgeführt Rührbewegung selektiv desagglomeriert werden, was durch das Auftreffen auf sich bewegende Teile des Hammerwerkes und durch Aufprallen der Partikel aufeinander und nicht durch Mahlen der Partikel zwischen zwei Mahlflächen unter Druck oder durch Fluidmahlen entsprechend dem Stand der Technik erhalten wird. Demzufolge kann im erfindungsgemäßen Verfahren ein Rußschwarzmaterial mit überlegener Qualität aus Gummi- oder Elastomerverbindungen zu einem Preis wiedergewonnen werden, der im Vergleich zu mit konventionellen Verfahren hergestellten Rußschwarzqualitäten wettbewerbsfähig und gewinnbringend ist.
Die Erfindung wurde zwar als ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Rußschwarz beschrieben, für den Fachmann ist jedoch offensichtlich, daß das Verfahren und die Entdekkung der Erfindung auch bei der Wiedergewinnung anderer verwendbarer Materialien als dem oben offengelegten aus Abfallmaterial nützlich ist. Demzufolge wird die Erfindung lediglich durch den Rahmen der beigefügten Patentansprüche eingeschränkt.

Claims

1. Verfahren zur Wiedergewinnung kohlenstoffhaltigen Materials aus Abfall mit folgenden Schritten: Pyrolisieren von Abfallmaterial, um ein verkohltes Material zu schaffen, wobei das verkohlte Material agglomarierte Partikel und eine Einheit bildende Partikel enthält, mechanisches Behandeln des verkohlten Materials, um ein Produkt zu schaffen, das kleine Partikel von kohlenstoffhaltigem Material umfaßt und Trennen der feinen Partikel aus kohlenstoffhaltigem Material von dem Produkt, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Behandlung daraus besteht, daß das verkohlte Material ohne speziellen Mahlschritt gerührt wird, um die agglomerierten Partikel in dem verkohlten Material zu desagglomerierten Partikelkomponenten zu desagglomerieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Rühren der verkohlten Partikel unter Verwendung eines Rührorgans zum Rühren des Materials durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, in welchem das Rührorgan zusätzlich eine Luftdurchlaufmühle umfaßt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem das Rühren durch ein Rührorgan in einem Gehäuse erfolgt, wobei das Rührorgan in dem Gehäuse drehbar angetrieben ist und wobei das Rührorgan das Rühren des verkohlten Materials, das in das Gehäuse eingeführt ist bewirkt, um die agglomerierten Partikel in dem verkohlten Material in Einzelpartikel zu desagglomerieren.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem der Trennschritt durch einen Luftklassierungsmechanismus durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem der eingesetzte Abfall Abfallgummi umfaßt.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem die schwarzen Kohlenstoffpartikel, die eine Partikelgröße von kleiner als 100 um aufweisen, abgetrennt und gesammelt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, in welchem die erzeugten schwarzen Kohlenstoffpartikel eine Größe von 1 um bis ungefähr 100 µm aufweisen.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem das Produkt nach dem mechanischen Rührschritt einer Luftklassierung unterworfen wird, um es in die schwarzen Kohlenstoffpartikel und eine Masse aus größerem Material zu trennen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, das folgende weitere Schritte umfaßt: Sammeln der schwarzen Kohlenstoffpartikel und der Masse des größeren Materials in getrennten Behältern und Wiederholen des Luftklassierungsschrittes mit der Masse des vergleichsweise größeren Materials.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem das pyrolisierte verkohlte Material vor dem mechanischen Rühren einem Siebtrennungsschritt unterworfen wird, um Metall und andere Unreinheiten von dem verkohlten Material zu trennen.