DE4321296A1

DE4321296A1 - Verfahren und Anlage zur nassen Regenerierung von mit Verunreinigungen und Schadstoffen belasteten körnigen Schüttgütern

Info

Publication number: DE4321296A1
Application number: DE19934321296
Authority: DE
Inventors: Stephan Dorfner; Christoph Priess
Original assignee: Noell Abfall & Energietech
Current assignee: Noell KRC Energie und Umwelttechnik GmbH
Priority date: 1993-06-26
Filing date: 1993-06-26
Publication date: 1995-01-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur nassen Regenerierung von mit Verunreinigungen und Schadstoffen belasteten körnigen Schüttgütern, insbesondere zur Aufbereitung von tongebundenen Gießereialtsanden.

Es hat sich gezeigt, daß sowohl reine Formsande als auch Gemische aus Form- und Kernsanden bis hin zu reinen kunstharzgebundenen Kernsanden erfolgreich aufbereitet werden können. Des weiteren ist die Erfindung auch zum Regenerieren von Strahlmitteln und anderen verunreinigten Schüttgütern geeignet.

Aus der AT-PS 387 921 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur nassen Regenerierung von tongebundenen Gießerei-Altsanden bekannt.

Der entscheidende Kostenfaktor bei der nassen Regenerierung von Kern- und Formsanden kommt der Entwässerung und weiteren Verwendung der bei der nassen Regenerierung anfallenden Feinanteile zu. Unter der Voraussetzung, daß bei der nassen Regenerierung von Gießereialtsanden kein Abwasser anfallen darf, da dies zusätzlich hohe Kosten verursacht, treten bei der AT-PS 387 921 noch folgende Probleme auf: Um zu einer ausreichenden Klärung der Feinstoffsuspension zu gelangen, werden aufgrund der sehr großen Oberfläche der in der Suspension enthaltenen Bentonitanteile große Mengen an Flockungshilfsmitteln benötigt. Dies hat zur Folge, daß zum einen erhebliche Kosten für das Flockungshilfsmittel anfallen, zum anderen erhöht sich der Anteil an organischen Bestandteilen im abgeschiedenen Feinstoffschlamm, so daß eine Wiederverwendung dieses Stoffes, z. B. im Formsandkreislauf einer Gießerei ausgeschlossen werden muß, da sich der erhöhte organische Anteil negativ auf die Qualität des Gußstückes auswirken würde.

Des weiteren bringt die Entwässerung der Feinanteile mittels Dekantierzentrifuge das Problem, nicht bei jedem Gießereityp eine ausreichende Klärung des Zentrats zu erreichen. Die Verwendung des nicht vollständig geklärten Zentrats verursacht bei der Kreislauffahrweise Probleme, da die im Zentrat enthaltenen Feinanteile bei der Wiederverwendung zur Klassierung des Sandes, z. B. in einem Aufstromklassierer, teilweise zum Regenerat gelangen würden, was die Qualität des Regenerats negativ beeinflußt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend erwähnten Nachteile ein sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht befriedigendes Verfahren sowie eine Anlage zum Regenerieren von verunreinigten und schadstoffbelasteten körnigen Schüttgütern zu schaffen, welches eine problemlose Wiederverwendung des Regenerats, z. B. an Stelle von Neusand für die Form- und Kernherstellung, in Gießereien ermöglicht, weiterhin eine Verwertung der Feinanteile erlaubt und durch vollständige Kreislaufführung kein Abwasser anfällt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens und der Anlage sind in den zugehörigen Unteransprüchen beschrieben.

Die verunreinigten und mit Schadstoffen belasteten körnigen Schüttgüter werden zunächst einer mechanischen Vorbehandlung durch Knollenzerkleinerung, Schutzsiebung und Magnetscheidung unterzogen. Anschließend werden die Schüttgüter einer mindestens einstufigen Kombination aus Attritionsreinigung unter Zugabe von Wasser und einer nachfolgenden Klassierung unterworfen.

Die im Überlauf der Klassierstufen anfallende Suspension wird danach erfindungsgemäß einer Querstromfiltration zugeführt. Der dabei entstehende aufkonzentrierte Feinschlamm kann der weiteren Verwendung zugeführt werden. Aus dem anfallenden Klarwasser werden durch UV- Oxidation und/oder Aktivkohlefilter weitere Schadstoffe entfernt. Das so gereinigte Klarwasser kann dem Kreislauf vollständig wieder zugeführt werden. Die gereinigten und klassierten Schüttgüter werden mechanisch entwässert, getrocknet, gekühlt und abschließend einer weiteren Verwendung zugeführt.

Aufgrund der geringen Porenweite der Querstromfiltration ist das dabei anfallende Filtrat frei von Feststoffen, so daß es problemlos im Kreislauf gefahren werden kann. Das anfallende Filtrat ist außerdem bakteriologisch einwandfrei, da die in der Suspension eventuell vorhandenen Bakterien, zusammen mit dem Feinanteil, zurückgehalten werden.

Da bei der Querstromfiltration keine Flockungsmittel eingesetzt werden müssen, sind im aufkonzentrierten Schlamm von beispielsweise regenerierten Gießereialtsanden nur die in der Gießerei verwendeten Stoffe enthalten. Der anfallende Schlamm ist somit im Formsandkreislauf der Gießerei oder als Zuschlagstoff in anderen Industriezweigen wieder einsetzbar. Die zu entsorgende Feinstoffmenge kann also um den wieder eingesetzten Anteil verringert werden. Da sich bei den abgetrennten Feinanteilen je nach Gießereityp noch erhebliche Mengen an Aktivbentonit (Montmorillonit) befinden, können bei Wiederverwendung der Feinanteile im Formsandkreislauf einer Gießerei erhebliche Mengen an Frischbentonit eingespart werden.

Mit der Querstromfiltration können annähernd gleiche Feststoffgehalte des Schlammes im Vergleich zur herkömmlichen Entwässerung erzielt werden, so daß bei der Verwendung einer thermischen Trocknungsstufe zur Trocknung der Feinanteile keine Nachteile durch die Verwendung einer Querstromfiltration entstehen.

Durch die UV-Oxidation oder die Aktivkohlefilter werden organische Schadstoffe aus dem Kreislaufwasser entfernt.

Wird zur Kernherstellung phenolhaltiges Harz verwendet, gehen bei der nassen Regenerierung freie Phenole in Lösung. Da durch die Querstromfiltration gelöste Stoffe nicht im Schlamm zurückgehalten werden, würden sich organische Stoffe im Wasserkreislauf anreichern. Zum einen ist es möglich, die organischen Schadstoffe durch einen Aktivkohlefilter aus dem Filtratstrom der Querstromfiltration weitestgehend zu eliminieren. Nach Sättigung der Aktivkohle mit Schadstoffen muß diese regelmäßig entsorgt und durch neue ersetzt werden.

Zum anderen bietet es sich aufgrund der Feststofffreiheit des Filtrats der Querstromfiltration an, die UV-Oxidation einzusetzen. Je nach Schadstoffkonzentration kann dieses Verfahren mit oder auch ohne Oxidationsmittel betrieben werden. Als Oxidationsmittel werden hauptsächlich Ozon oder Wasserstoffperoxid verwendet.

Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung werden die gereinigten und klassierten Schüttgüter durch Zudosierung von Säuren oder Laugen und/oder anderen die Oberfläche konditionierende Stoffe behandelt. Durch gezielte Zugabe von Säuren, Laugen oder auch anderen die Oberfläche konditionierende Stoffe können bestimmte Eigenschaften des Sandes erzielt werden, so daß eine verbesserte Bindung zwischen der regenerierten Oberfläche des Sandkorns und dem eingesetzten Kunstharzbinder erzeugt wird. Die Wahl des Konditioniermittels hängt von der Art des verwendeten Kunstharzes ab. Z. B. konnten mit der Neutralisierung der Oberfläche mit Schwefelsäure gute Ergebnisse in Verbindung mit Phenolharz erzielt werden.

Die Konditionierung der Oberfläche des Regenerats erfolgt optimalerweise nach der letzten Entschlämmungsstufe und vor der Sandtrocknung, da dort bereits die Feinanteile abgetrennt sind und somit die zur Konditionierung der Oberfläche verwendeten Stoffe optimal einwirken können, ohne mit den Feinanteilen zu reagieren. Der Reagenzienverbrauch wird damit minimiert, eine Aufkonzentrierung überschüssiger Reagenzien im Kreislaufwasser wird weitgehend vermindert.

Werden zur Konditionierung der Sandoberfläche Reagenzien eingesetzt, können die im Überschuß vorhandenen Reagenzien über die Entwässerung des Sandes in den Wasserkreislauf gelangen. Da diese Stoffe nur in geringen Mengen verwendet werden, lagern sich die im Überschuß vorhandenen Mengen an die Feinanteile an, verändern aber die Eigenschaften der Feinanteile aufgrund der geringen Mengen nur unwesentlich.

Die vorstehende Beschreibung des Aufbereitungsverfahrens läßt bereits die wesentlichen Komponenten der dazugehörigen Anlage erkennen.

Im übrigen wird diesbezüglich auf die nachstehende Figurenbeschreibung verwiesen, die insoweit auch allgemeingültige Merkmale enthält. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden:

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 ein Verfahrensfließbild. Der Gießereisand wird aus der Gießerei abgezogen und in das Silo 1 gefördert. Aus dem Silo 1 wird der Gießereialtsand über eine Förderschnecke 2 auf ein Förderband 3 dosiert. Mittels eines Knollenbrechers 4 werden vorhandene Sandknollen zerkleinert. Der Altsand gelangt auf ein Schwingsieb 5, auf dem grobe Verunreinigungen und kleinere Agglomerate 6 abgetrennt werden. Im nachgeschalteten Bandmagnetscheider 7 werden noch enthaltene magnetische Partikel 8 entfernt. Der vorbehandelte Gießereialtsand wird auf eine mehrzellige Attrition 9 aufgegeben. Gleichzeitig wird der Attrition eine definierte Menge an Wasser zugeführt, so daß durch die Attritionsrührer eine homogene Suspension entsteht. Die Attrition sollte mindestens zweizellig ausgeführt sein, um Kurzschlußströmungen zum Auslauf hin zu vermeiden. Der Feststoffgehalt der Suspension muß zwischen 50 und 80 MA-% gewählt werden, um eine möglichst intensive Reibbeanspruchung zu gewährleisten.

Durch die intensive Rührbewegung in der Attrition werden Feinstoffe von der Oberfläche des Sandkorns entfernt. Dabei werden sowohl der anhaftende und aufschamottisierte Bentonit wie auch Teile der Harzhüllen entfernt.

Im nachgeschalteten Hydrozyklon 11 bzw. Aufstromklassierer 14 werden die Feinstoffe vom Sand entfernt. Der Trennschnitt des Aufstromklassierers ist abhängig von der Korngrößenverteilung des Neusandes und muß dieser angepaßt werden.

Die Anzahl der Attritions- und Klassierstufen hängt vom Anteil der im Gießereialtsand mitgeführten Feinstoffe und vom Verunreinigungsgrad des Sandes ab. Im Normalfall reichen zwei Attritions- und Klassierstufen aus, um eine gute Qualität des Regenerats zu erzielen. Die Verweilzeit des Sandes im Attritionsgefäß ist wiederum abhängig vom Verschmutzungsgrad des Sandes, eine Verweilzeit von 10-15 Minuten/Attritionsstufe reicht im Normalfall aus.

Der Unterlauf des Aufstromklassierers wird in einen Konditionierer 15 geleitet, in dem die Oberfläche des Sandes konditioniert wird. Im nachgeschalteten Entwässerungssieb 17 wird der Sand zuerst mechanisch und dann im Trommeltrockner 19 thermisch getrocknet. Der regenerierte Gießereisand wird dann im Kühler 20 gekühlt und in die Regeneratsilos 21 geleitet.

Je nach zugesetztem Reagenz kann der Feststoffgehalt im Konditionierer 15 durch Zugabe von Wasser verringert werden. Die Zugabe von Säure zur Neutralisierung der Sandoberfläche hat sich in Kombination mit Phenolharzen Harztypen kann auch auf die Konditionierung der Sandoberfläche verzichtet werden, da auch ohne diese Reagenzien hohe Festigkeitswerte bei der Kernherstellung erreicht werden können.

Zur mechanischen Entwässerung des Sandes kann anstelle eines Entwässerungssiebes 17 auch ein Planfilter eingesetzt werden.

Die im Überlauf der Klassierstufen 11 und 14 anfallende Feinstoff-Suspension wird in einem Speichertank 23 gesammelt. Müssen höhere Anteile an Feinsand 22a zur Angleichung des Kornbandes des Regenerats an das des Neusandes durch den Klassierer abgetrennt werden, müssen diese vorher mittels Naßsieb 22 oder Sandfang entfernt und entsorgt werden.

Die verbleibende Suspension wird dann der Querstromfiltration 25 zur Abtrennung der Feinanteile zugeführt. Gute Filtrationsergebnisse konnten mit einer Mikrofiltrationsanlage erzielt werden. Sie liefert zum einen klares Filtrat, zum anderen können die Feinanteile relativ hoch aufkonzentriert werden. Die aufkonzentrierten Feinanteile (Schlamm) werden dann in einen gerührten Zwischenbehälter 26 gefördert. Von dort aus kann der Feinteilschlamm der weiteren Verwendung zugeführt werden.

Das bei der Querstromfiltration 25 anfallende Klarwasser wird zur Entfernung von organischen Schadstoffen einer Reinigungsanlage 27 zugeführt. Die Reinigungsanlage kann zum einen aus einem Aktivkohlefilter bestehen, in dem die organischen Schadstoffe an die Aktivkohle angelagert werden oder aus einer UV-Oxidationsanlage zur Oxidation der organischen Schadstoffe bestehen. Die UV- Oxidationsanlage oxidiert organische Schadstoffe durch Bestrahlung mit intensivem ultravioletten Licht, wobei diese Reaktion durch Zugabe von Oxidationsmitteln, wie Wasserstoffperoxid oder Ozon, beschleunigt werden kann.

Das gereinigte Wasser wird einem Zwischenbehälter 28 zugeleitet, aus welchem das Wasser wieder dem Kreislauf an verschiedenen Stellen der Aufbereitung zugeleitet werden kann. Die durch die Trocknung des Sandes und die Abtrennung des Feinstoffschlammes entstehenden Verluste werden durch Frischwasserzugabe ausgeglichen.

Die Abluft des Trockners 19 wird über ein Entstaubungszyklon *) vorgereinigt und in einem Staubfilter oder Wäscher *) nachgereinigt. Zur Versorgung des Sandkühlers 20 mit kaltem Wasser ist ein Luft-Wasser- Kühler vorgesehen.

*) nicht dargestellt

Bezugszeichenliste

1 Silo
2 Förderschnecke
3 Förderband
4 Knollenbrecher
5 Schwingsieb
6 Grobgut
7 Bandmagnetscheider
8 magnetische Partikel
9 1. Attritionsstufe
10 Pumpe
11 Hydrozyklon
12 2. Attritionsstufe
13 Pumpe
14 Aufstromklassierer
15 Konditioniereinrichtung
16 Reagenzienvorratsbehälter
17 Entwässerungssieb
18 Kastenbeschicker
19 Trockner
20 Kühler
21 Silo
22 Naßsieb
22a Feinsand
23 Speichertank
24 Pumpe
25 Querstromfiltrationseinrichtung
26 Zwischenlager Feinstschlamm
27 UV-Oxidation/Aktivkohlefilter
28 Vorratsbehälter - Klarwasser, Kreislaufwasser

Claims

1. Verfahren zur nassen Regenerierung von mit Verunreinigungen und Schadstoffen belasteten körnigen Schüttgütern, wonach die Schüttgüter nach einer mechanischen Vorbehandlung einer mindestens einstufigen Kombination aus Attritionsreinigung unter Zugabe von Wasser und einer nachfolgenden Klassierung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß

- die im Überlauf der Klassierstufen anfallende, aus Wasser und Feinanteilen bestehende Suspension einer Querstromfiltration unterzogen wird und der dabei entstehende aufkonzentrierte Feinschlamm der weiteren Verwendung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttgüter durch Knollenzerkleinerung und/oder Schutzsiebung, und/oder Magnetscheidung mechanisch vorbehandelt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das nach der Querstromfiltration anfallende Klarwasser einer UV-Oxidation und/oder Aktivkohlefiltration unterzogen, und das gereinigte Wasser dem Kreislauf wieder zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Oxidation durch Zugabe von Oxidationsmitteln beschleunigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoffperoxid oder Ozon als Oxidationsmittel zugegeben werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigten und klassierten Schüttgüter mechanisch entwässert, getrocknet, gekühlt und abschließend der weiteren Verwendung zugeführt werden.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigten und klassierten Schüttgüter durch Zudosierung von Säuren oder Laugen und/oder anderen die Oberfläche konditionierenden Stoffen behandelt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigten und klassierten Schüttgüter durch Zudosierung von Schwefelsäure konditioniert werden.

9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bestehend aus einer Vorbehandlungseinrichtung und einer mindestens einstufigen Kombination aus Attritionsvorrichtung und Klassiervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß an die Klassiervorrichtung (11, 14) sich mindestens eine Querstromfiltrationseinrichtung (25) anschließt.

10. Anlage nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Querstromfiltrationseinrichtung (25) eine Mikro- und/ oder Ultrafiltrationsanlage ist.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 9 und 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Querstromfiltrationseinrichtung (25) eine UV- Oxidationsanlage (27) und/oder eine Aktivkohlefilteranlage (27) nachgeschaltet ist.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlungseinrichtung aus einer Knollenzerkleinerungsvorrichtung (4), einem Schutzsieb (5) und einem Magnetscheider (7) besteht.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Attritionsvorrichtung (9, 12) aus mindestens einer mehrzelligen Attritionsrühreinheit besteht.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Klassiervorrichtung (11, 14) aus mindestens einem Hydroklassierer besteht.

15. Anlage nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß der Hydroklassierer ein Aufstromklassierer und/oder Hydrozyklon und/oder Spiralklassierer ist.

16. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß in der Anlage eine Konditioniereinrichtung (15) integriert ist.

17. Anlage nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, daß die Konditioniereinrichtung (15) der letzten Klassiervorrichtung (14) nachgeschaltet ist.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß der Konditioniereinrichtung (15) und/oder der letzten Klassiervorrichtung eine mechanische Entwässerungsvorrichtung (17), ein Kühler (20) und/oder ein Trockner (19) nachgeschaltet sind.

19. Anlage nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Entwässerungsvorrichtung (17) ein Entwässerungssieb und/oder Planfilter ist.