DE4000151A1 - Einrichtung zum aufbereiten von feststoffgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufbereiten von Feststoffgemischen.

Unter dem Begriff Feststoffgemisch sind insbesondere kontami­ nierte Böden, Ton, Teer und Industrieabfälle sowie Mischungen dieser Materialien zu verstehen. Derartige Feststoffgemische enthalten Feststoffanteile unterschiedlicher Korngrößen und unterschiedlicher Konsistenz, und sie enthalten in der Regel bindige und rollige oder nicht bindige Feststoffanteile sowie gelöste Verunreinigungen. Die Feststoffgemische können sowohl umweltverträgliche als auch umweltunverträgliche Bestandteile enthalten. Da derartige Feststoffgemische in der Regel als Granulat oder klumpig vorliegen, müssen die Bestandteile zunächst aufgeschlossen bzw. voneinander getrennt werden, um die Feststoffanteile getrennt nach Korngrößenbereichen und löslichen Anteilen getrennt voneinander weiterverarbeiten oder entsorgen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Aufbereiten von Feststoffgemischen anzugeben, mit der die Feststoffgemische mit möglichst wenig Energieaufwand aufge­ schlossen, d. h. in ihre Bestandteile zerlegt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Einrich­ tung zum Aufbereiten von Feststoffen in der im Hauptanspruch angegebenen Weise gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltun­ gen der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung werden in den Mischkam­ mern Materialströme erzeugt, die an den Austrittsenden der Mischkammern eine maximale Geschwindigkeit haben. In der Rei­ bungskammer treffen die Materialströme aufeinander, wobei die kinetische Energie durch Reibungsmechanismen umgesetzt wird, um die Bestandteile des aufgegebenen Feststoffgemischs von­ einander zu trennen. Die auftretenden Reibungsmechanismen sind insbesondere:

• a) die mechanische Zerkleinerung von Feststoffklumpen durch das Aufeinanderprallen der Klumpen,
• b) die Überwindung der Haftwirkung zwischen einer festen Grenzfläche und einer zweiten Phase, die aus festen Teil­ chen, Molekülen, Tröpfen oder aus einem kontinierlichen, flüssigen Film bestehen kann,
• c) die Veränderung von Feststoffteilchen durch Abrieb,
• d) Veränderung der Oberflächenstruktur der Feststoffteil­ chen,
• e) die Änderung des chemischen Verhaltens von Festkörpern durch Einwirkung mechanischer Energie auf ihre Grenzflä­ chen und
• f) die positive oder negative elektrische Aufladung ver­ schiedener, elektrisch isolierender Feststoffbestandteile durch Reibungselektrizität.

Durch den hohen Wirkungsgrad der Reibungsmechanismen erfolgt die Zerlegung der Feststoffgemische unter optimaler Ausnut­ zung der aufgewandten Energie. Aufgrund der Führung der Mate­ rialströme in den Mischkammern und in der Reibungskammer tritt ein vergleichsweise geringer Verschleiß auf, so daß die für die Reibungsmechanismen zur Verfügung stehende Energie entsprechend wenig durch die durch Verschleiß verbrauchte En­ ergie vermindert wird.

Als Arbeitsmittel für die Energieumsetzung dienen Flüssigkei­ ten, insbesondere Wasser, sowie Gase, insbesondere Dampf oder Luft. Bei Verwendung von Wasser und Wasserdampf sind die Ko­ sten für die Arbeitsmittel in vorteilhafter Weise gering. Außerdem werden bei Verwendung von Wasser keine zusätzlichen belastenden Substanzen zugeführt, die wieder entsorgt werden müßten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der bei­ liegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungs­ beispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Reaktors der Einrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Reaktors nach Fig. 2;

Fig. 4 eine weitere Seitenansicht des Reaktors nach Fig. 2;

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Reaktor von Fig. 2;

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Mischkammer des Reaktors von Fig. 2;

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie A-B von Fig. 6; und

Fig. 8 eine schematische Zusammenstellungszeichnung des Reaktors und des Trennbehälters der Einrichtung von Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 wird das Feststoffgemisch mit einer vorbereite­ ten Korngröße von beispielsweise 0-25 mm über einen Aufga­ betrichter 2 in einem Schneckenverteiler 4 aufgegeben. Das Feststoffgemisch kann aus rolligen und bindigen Stoffanteilen mit unterschiedlichen Anteilen jeweils von 0-100%, d. h. nur rollige oder nur bindige oder unterschiedliche Gemische beider Stoffphasen aufgegeben werden. Die Schneckenflügel des Schneckenverteilers 4 sind mit Dichtlippen, z. B. aus Vulko­ lan, ausgestattet, um einem Gegendruck entgegenzuwirken. Dem Schneckenverteiler 4 sind zwei gegenläufig arbeitende Schneckenverteiler 6, 8 nachgeschaltet, die in gleicher Weise wie der Schneckenverteiler 4 aufgebaut sind. Die vier Aus­ gänge der Schneckenverteiler 6, 8 führen zu Mischkammern 10 bis 16, deren Ausgänge direkt in eine Reibungskammer 18 füh­ ren, die noch beschrieben wird. Die Reibungskammer 18 ist di­ rekt auf einen Trennbehälter 20 aufgesetzt, der mit Wasser befüllt ist, und in dem der nicht bindige Feststoffanteil von dem suspensionsfähigen Feststoffanteil des Feststoffgemischs durch Sedimentation getrennt wird. Der Trennbehälter 20 hat eine Absetzkammer 22, in derem unteren Bereich eine Austrags­ schnecke 24 vorgesehen ist, sowie eine Überlaufkammer 26, die von der Absetzkammer 22 durch eine vertikale Trennwand 28 ab­ getrennt ist. In der Überlaufkammer 26 befindet sich eine Ni­ veauregeleinrichtung 30, die das Flüssigkeitsniveau in der Überlaufkammer regelt.

Die Einrichtung nach Fig. 1 weist einen Umluftkreislauf auf, der von dem Trennbehälter 20 über eine Leitung 32 zu den Schneckenverteilern 6, 8 führt. Ein Ventil 34 dient zum Ent­ lüften dieses Kreislaufs. Sattdampf zur Einspeisung in die Gasdüsen der Mischkammern 10 bis 16 wird über eine Leitung 36 zugeführt. Druckwasser zur Speisung der Flüssigkeitsdüsen der Mischkammern 10 bis 16 wird über eine Leitung 38 zugeführt.

Ein Wasserbehälter 40 wird über die Leitung 42 mit Frischwas­ ser befüllt. Eine Pumpe 44 ist mit dem unteren Bereich des Behälters 40 verbunden und führt Wasser einer Druckpumpe 46 zu, die das Wasser auf den gewünschten Druck bringt. Der von der Druckpumpe 46 nicht bearbeitete Teil des Wassers wird über eine Leitung 48 in den Wasserbehälter zurückgeführt. Aus dem Trennbehälter 20 wird die Suspension über eine Leitung 50 aus der Überlaufkammer 26 und über eine Leitung 52 aus dem oberen Bereich des Trennbehälters 20 abgezogen. Die Suspen­ sion wird über eine Pumpe 54 und eine Leitung 56 abgestoßen oder über eine Leitung 58 in den Trennbehälter zurückgeführt. Zum Abstoßen der Suspension ist ein Ventil 60 in der Leitung 56 geöffnet, und ein Ventil 62 in der Leitung 58 ist ge­ schlossen. Zur Rückführung der Suspension in den Trennbehäl­ ter 20 wird das Ventil 60 geschlossen und das Ventil 62 ge­ öffnet. In der Leitung 58 ist ein Wärmetauscher 64 vorgese­ hen, in dem die Suspensionswärme an über eine Leitung 66 zu­ geführte Frischluft abgibt. Die in der erwärmten Frischluft enthaltene Energie kann dadurch dem Prozeß zugeführt werden. Eine Pumpe 68 sorgt für die Zufuhr von Frischluft. Schließ­ lich kann dem Trennbehälter 20 über eine Leitung 70 Verdünnungswasser zugeführt werden, um das Verhältnis des in der Suspension enthaltenen Feststoffanteils gegenüber dem Flüssigkeitsanteil regeln zu können. Durch Zufuhr von Verdün­ nungswasser kann eine gleichbleibende, z. B. 15%ige Suspension aufrechterhalten werden, auch wenn der bindige Stoffanteil im Feststoffgemisch variiert. Ein gleichbleibender Feststoffan­ teil in der Suspension erleichtert die Nachbehandlung. Die Suspension enthält den bindigen Feststoffanteil mit Korn­ größen von 0-0,063 mm, während der nicht bindige Feststoff­ anteil mit einer Korngröße von 0,063-25 mm sich am Boden der Absetzkammer 22 absetzt.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Teil der Einrichtung von Fig. 1. Von dem Schneckenverteiler 6 werden die Mischkammern 10, 12 gespeist, die unmittelbar an die Reibungskammer 18 ange­ setzt sind und radial in diese münden. Am Ausgang der Rei­ bungskammer 18 ist ein Diffusor 71 vorgesehen, der in Trans­ portrichtung des Materialstroms eine sich zunächst verengende und dann erweiternde Diffusorwandung aufweist, die als Ver­ schleißteil ausgebildet ist. Die Reibungskammer 18 hat eine kegelstumpfförmige Wandung 74, so daß die aus den aufgesetz­ ten Mischkammern 10 bis 16 austretenden Materialströme leicht nach unten (Blickrichtung wie in Fig. 2) bzw. unter einem stumpfen Winkel zur Transportrichtung des Materialstroms ge­ neigt sind.

In den Fig. 3 bis 5 sind verschiedene Ansichten des Reaktors dargestellt, und es ist ersichtlich, daß vier Mischkammern 12 bis 16 vorgesehen sind, die am Umfang der Mischkammer 18 un­ ter gleichen Abständen angeordnet sind. Durch die kreuzweise Anordnung des Schneckenverteilers 4 gegenüber den Schneckenverteilern 6, 8, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, er­ gibt sich eine raumsparende Anordnung und es werden kurze Wege zwischen den Förderern und den Mischkammern 10 bis 16 erreicht.

In Fig. 6 ist die Mischkammer 10 im Schnitt dargestellt. Die Mischkammer 10 hat ein längliches, zylindrisches Gehäuse 72 mit einer Stirnwand 74 am Eintrittsende und einer Stirnwand 76 am Austrittsende. Von der Stirnwand 74 zur Stirnwand 76 er­ streckt sich eine vom Eintrittsende zum Austrittsende hin ko­ nisch verlaufende Kammerwandung 78. Zwischen der Stirnplatte 74 und einer Abdeckplatte 80 ist eine Verteilerplatte 82 an­ geordnet, in der Flüssigkeitsdüsen 84 und Gasdüsen 86 ange­ ordnet sind. Die Düsen 84, 86 liegen auf einem Kreis inner­ halb des Innenumfangs der Kammerwandung 68 und außerhalb ei­ nes konzentrischen Einlasses 88 in die Mischkammer 10. Den Flüssigkeitsdüsen 84 wird Druckwasser über die Leitungen 38 und den Gasdüsen 86 Sattdampf über die Leitung 36 zugeführt. Die Düsen 84, 86 geben die unter Druck stehenden Strahlen in Transportrichtung T des Feststoffgemisches ab, wobei die Strahlen aufeinanderzulaufend gerichtet sind, in etwa paral­ lel zu der Kammerwandung 78.

Fig. 7 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-B von Fig. 6, und es ist schematisch dargestellt, wie die Düsen 84, 86 auf einem Kreis um den Einlaß 88 abwechselnd angeordnet sind und die von ihnen abgegebenen Strahlen konvergieren.

Die Wirkungsweise der Mischkammer beruht darauf, daß Wasser bei einem hohen Druck von beispielsweise 300 bar in Form von kleinsten Flüssigkeitstropfen aus der Düse 84 mit ca. 230 m/sec austritt und daß aus den Gasdüsen 86 (Lavaldüsen) Dampf unter einem Druck von ca. 10 bar und einer Geschwindigkeit von ca. 1320 m/sec austritt, wobei die kinetische Energie der Strahlen an die Umgebung abgegeben werden kann. In der Misch­ kammer wird ein Unterdruck erzeugt, der Sekundärluft und Feststoffgemisch ansaugt und den Materialstrom beschleunigt. Die aus dem Umluftkreislauf direkt in die Mischkammer zuge­ führte Umluft bewirkt einen verbesserten Stofftransport. An­ dererseits kann keine Fremdluft von außen eindringen, da die abgedichteten Schneckenflügel in den Schneckenverteilern 4, 6, 8 einen Gegendruck aufbauen. Bei dieser Anordnung erreicht der Materialstrom am Austrittsende der Kammerwandung 78 die höchstmögliche Geschwindigkeit. Andererseits wird durch Win­ kelanordnung der Düsen erreicht, daß zwischen den Bestandtei­ len des Materialstroms nur eine leichte Kollision auftritt und der Verschleiß an der Kammerwandung 78 klein gehalten wird.

Die eigentliche Umsetzung der kinetischen Energie in Rei­ bungsmechanismen erfolgt in der Reibungskammer 18. Durch die Anordnung der Mischkammern unter gleichen Abständen am Umfang der Reibungskammer 18 und mit einer Neigung wie im Zusammen­ hang mit Fig. 2 beschrieben wurde, sind die von den Mischkam­ mern abgegebenen Materialströme paarweise gegeneinander als auch unter einem Winkel nach unten gerichtet, so daß die kinetische Energie mit optimalem Wirkungsgrad in Reibungsmechanismen verbraucht wird. Nachdem aufgrund der Reibungsmechnismen die Stoffanteile untereinander getrennt, zerkleinert und isoliert sind, taucht der Materialstrom un­ mittelbar in die Wassersäule des Trennbehälters 20 ein, indem der zweite Separationsvorgang der Stoffmassen erfolgt. Nach der zweiten Separation im Trennbehälter sind die aus dem Ab­ setzbehälter 23 abgeführten Feststoffe und die Suspension für eine Nachbehandlung ausreichend aufbereitet.

Fig. 8 zeigt schematisch, wie die Mischkammern, die Reibungs­ kammer 18 und der Trennbehälter 20 räumlich miteinander ver­ einigt werden können. Die Reibungskammer 18 mit der Mischkam­ mer 10 ist direkt auf eine Behältereinrichtung 90 aufgesetzt, die den Trennbehälter 20, den Wasserbehälter 40 und einen weiteren Behälter 92 für eventuell erforderliche Prozeßflüs­ sigkeiten enthält. Dadurch ergibt sich ein kompakter Aufbau, der auch in einem Container als transportfähige Einheit un­ tergebracht werden kann.

Claims (10)

1. Einrichtung zum Aufbereiten von Feststoffgemischen, ge­ kennzeichnet durch

• a) eine Aufgabeeinrichtung (2, 4, 6, 8) für das Feststoff­ gemisch,
• b) einen der Aufgabeeinrichtung nachgeschalteten Reaktor mit wenigstens zwei länglichen Mischkammern (10, 12, 14, 16), die einen Einlaß für das Feststoffgemisch, eine in Transportrichtung des Feststoffgemischs konver­ gierende Kammerwandung (78), Flüssigkeitsdüsen (84) und Gasdüsen (86) an dem Eintrittsende der Mischkammer auf­ weisen, die unter Druck stehende Strahlen in Transpor­ trichtung des Feststoffgemischs und aufeinan­ derzulaufend abgeben, um Materialströme aus dem Fest­ stoffgemisch, der Flüssigkeit und dem Gas zu bilden und mit einer länglichen Reibungskammer (18), in die die Materialströme der Mischkammern (10, 12, 14, 16) mün­ den, verwirbelt und aufgeschlossen werden, und aus der der Materialstrom abgegeben wird, und durch
• c) einen dem Reaktor nachgeschalteten Trennbehälter (20), in dem der nichtbindige Feststoffanteil des Feststoffgemischs von dem suspensionsfähigen Feststoff­ anteil des Feststoffgemischs durch Sedimentation ge­ trennt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Mischkammern (10, 12, 14, 16) am Umfang der Reibungskammer (18) unter gleichen Abständen angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vier Mischkammern (10, 12, 14, 16) radial in die Reibungskammer (18) münden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammern (10, 12, 14, 16) unter einem stumpfen Winkel zur Transportrichtung des Materialstroms in der Reibungskammer (18) in die Rei­ bungskammer münden.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialstrom axial aus der Reibungskammer (18) abgegeben wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Diffusor (72) am Ausgang der Reibungskammer (18), der in Transportrichtung des Materialstroms eine sich zunächst verengende und dann erweiternde Diffusorwan­ dung aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Reaktor nachgeschaltete, mit Wasser befüllte Trennbehälter (20)

• a) eine Absetzkammer (22) für den Feststoffanteil des Feststoffgemischs,
• b) eine Austrageinrichtung (24) für den Feststoffanteil,
• c) eine Überlaufkammer (26) für Suspension, und
• d) einen Austrag für Suspension aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Frischwasserzufuhr 70, in die Absetzkammer 22.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sattdampfzufuhreinrichtung, die Sattdampf mit einem Druck von etwa 10 Bar an die Gasdüsen (86) zuführt.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Druckwasserzufuhreinrichtung, die Druckwasser unter ei­ nem Druck von etwa 300 Bar an die Flüssigkeitsdüsen (84) zuführt.