DE4326068C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entwässern und Trocknen von Formteilen aus Altpapier-Schlämme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entwässern und Trocknen von Formteilen aus Altpapier-Schlämme.

Der Wiederverwertung von Altpapier kommt aufgrund der großen anfallenden Mengen von Zeitschriften, Zeitungen und dergleichen erhebliche Bedeutung zu, wobei jedoch ein wesentliches Problem bei der Herstellung von Formteilen wie z. B. Platten aus Altpapier die wirtschaftliche Trocknung des aufgeschlämmten Altpapiers darstellt. Aus der Herstellung von Altpapier-Briketts sind im wesentlichen zwei Verfahren bekannt, die jedoch für die Serienproduktion weniger gut geeignet sind.

Zum einen ist dies der mechanische Wasserentzug, wobei zunächst das überschüssige Wasser ausgesickert wird, dann der Altpapierkuchen gerüttelt und anschließend verpreßt wird. Dieses Verfahren ist jedoch zur Herstellung von Leichtbau- Formteilen grundsätzlich nicht geeignet, da durch die Kraftanwendung, insbesondere beim Auspressen unerwünschte hohe Dichten der Formteile erreicht werden.

Ein weiteres Verfahren ist die thermische Trocknung, wobei bei reiner Trocknung mit Heißluft von 80 bis 100°C bei Formteildicken von ca. 50 mm mit Trocknungsdauern von 1 bis 2 Tagen zu rechnen ist. Jedoch ist die Konvektionstrocknung für eine Serienproduktion kaum geeignet. Zudem bedarf diese Art der Entwässerung eines hohen Energieaufwandes. Darüberhinaus sind Trocknungsverfahren in Mikrowellenkammern bekannt, die jedoch zu Überhitzungen oder gar Teilezerstörung führen können.

Ebenso ist das weiterhin verwendete Verfahren des hydroskopischen Wasserentzuges durch hydroskopische Mittel wie Aluminiumsilikat (Zeolith) bekannt, wobei jedoch ein sehr hoher Energieaufwand erforderlich, der durch die erforderlichen Ausheizung der hydroskopischen Mittel vor Wiederverwendung erforderlich ist.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zum Entwässern und Trocknen von Formteilen aus Altpapier-Schlämme zu schaffen, sowie eine dementsprechende Vorrichtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, bzw. durch eine Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 8.

Das physikalische Prinzip der Elektroosmose, wonach die in einer kapillargebundenen Flüssigkeit vorhandenen randnahen Kationen bei Anlage eines elektrischen Potentials zur Kathode wandern, ist zwar an sich bekannt. Bisher wurde diese Methode jedoch nur zur Entwässerung von Torf oder Filterschlämmen oder zur Mauerentfeuchtung angewandt, obwohl dieses Verfahren seit etwa 1920 bekannt ist. Hierbei wird jedoch die Elektroosmose für relativ dicke Teile mit gleichzeitigem Pressen eingesetzt, so daß sich dieses Verfahren für Leichtbau-Formteile mit geringem spezifischem Gewicht und angestrebter hoher Wärmedämmung nicht eignet.

Von wesentlicher Bedeutung im Sinne eines energie- und zeitminimierten Trocknungsverfahrens ist die Kombination der Verfahrensschritte mit kurzzeitigem Aussickern, elektroosmotischem Wasserentzug und thermischer Resttrocknung. Durch das kurzzeitige Aussickern der Altpapier-Schlämme ergibt sich eine gleichmäßige Konsistenz der zwischen die Elektroden eingefüllten Altpapier-Schlämme, wobei durch die anschließende elektroosmotische Trocknung infolge der Wässerwanderung zur Kathode innerhalb von Minuten zirka 50% des Wassers entzogen werden kann. Während dieses Verfahrensschrittes des elektroosmotischen Wasserentzuges wird die Altpapier-Schlämme zwischen den Elektroden in vorteilhafter Weise gleichzeitig in die angestrebte Plattenform gebracht, so daß nach dieser kurzzeitigen Elektroosmose-Anwendung das Formteil so weit stabil ist, daß es aus der von den Elektroden und seitlichen Dichtungen gebildeten Form entnommen werden und anschließend noch thermisch nachgetrocknet werden kann.

Somit eignet sich dieses Verfahren auch für die Serienproduktion von Altpapierformplatten, insbesondere als Wärmedämm- bzw. Isolierplatten für Bauzwecke, beispielsweise für die Dach- oder Wandisolierung. Für diese Zwecke sind bevorzugt flammhemmende, hydrophobe oder festigkeitssteigernde Zusätze in die Altpapier- Schlämme zugemischt. Somit können die hergestellten Platten aus Altpapier als Ersatz von heute üblichen Polyurethan- oder Polystyrol-Schaumplatten dienen.

Zur Durchführung des Verfahrens werden plattenförmige Elektroden als Trocknungsvorrichtung verwendet, die in einem Abstand von einigen Zentimetern parallel angeordnet sind und die Altpapier- Schlämme zwischen sich aufnehmen. Bei Anlegen eines elektrischen Potentials wird neben der elektroosmotischen Trocknung und Entwässerung somit gleichzeitig eine Formgebung der Formteile mit gewünschter Plattendicke erreicht. Zur Beschleunigung der Trocknung können an einer Elektrode, insbesondere der Anode eine Vielzahl von Vorsprüngen, insbesondere in Form von Stiften vorgesehen sein, die bis nahe zur gegenüberliegenden Elektrode reichen und hierdurch die Entwässerung der Altpapier-Schlämme beschleunigen. Zur Entnahme des Fertig-Formteils kann dabei eine Elektrode seitlich verschiebbar sein. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Leichtbau-Formteile auch in Art eines Durchlaufverfahrens mit verschiebbaren Elektroden hergestellt werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der unter Ansprüche.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 1 näher erläutert und beschrieben.

In der Fig. 1 ist perspektivisch eine Trocknungsvorrichtung 2 dargestellt, in die eine punktiert dargestellte Altpapier- Schlämme 1, z. B. mit einem Mischungsverhältnis Wasser : Papier von etwa 7 : 1 Gewichtsanteilen über eine Schütteinrichtung eingefüllt ist. Zur Verdeutlichung ist hierbei die Altpapier- Schlämme 1 jedoch nur etwa bis zur halben Füllhöhe dargestellt.

Die Trocknungsvorrichtung 2 weist im wesentlichen zwei parallel zueinander verlaufende plattenförmige Elektroden 3, 4 auf, die an ein elektrisches Potential 5 angelegt sind. An der Unterseite der Elektroden 3 und 4 ist eine Wanne 6 sowie seitliche Dichtungen 9 an den beiden aufrechten Seitenkanten angeordnet, damit die noch relativ flüssige Altpapier-Schlämme 1 zwischen den Elektroden 3 und 4 verbleibt. Nach Anlegen einer Spannung an die Elektroden 3 und 4 wandern die Wasser-Kationen zur Kathode 4, sammeln sich dort und können über nicht näher bezeichnete Kanäle, Perforationen oder Bohrungen abgeleitet werden. Beispielsweise kann ein Lochblech als Kathode 3 verwendet werden. Bei entsprechend hohen Spannungen bzw. Feldstärken von ca. 50 V/cm reicht eine Einwirkungszeit von einigen Minuten aus, um die Restfeuchte der Altpapier-Schlämme 1 auf ca. 40% zu reduzieren. Es sei darauf hingewiesen, daß auf die Altpapier- Schlämme 1 kein Preßdruck ausgeübt wird, so daß eine offenporige Struktur im Formteil erhalten wird. Hierbei ist von Vorteil, daß die Elektrodenoberfläche sehr groß ist und die Altpapier- Schlämme 1 eine besonders geeignete Kapillaren- bzw. Porengröße für die Wasserwanderung aufweist. Zur Beschleunigung des Wasserentzuges bei dem Elektroosmose-Verfahrensschritt sind an der Elektrode, bevorzugt der Anode 3 eine Vielzahl von Stiften 7 in rasterförmiger Anordnung vorgesehen. Hierdurch wird die Wasserwanderung, insbesondere von kathodenfernen Wandbereichen zur Kathode 4 hin beschleunigt. Insbesondere wird durch die Stifte 7 erreicht, daß der Strom von Anode 3 zur Kathode 4 infolge der an der Anode 3 rascher auftretenden Austrocknung und damit einer Widerstandserhöhung nicht vorzeitig abreißt.

Nach Abschluß der Einwirkungszeit des Potentials 5 ergibt sich somit ein bereits weitgehend entwässertes Formteil, daß in sich weitgehend formstabil ist. Somit kann das gebildete Formteil zwischen den Elektroden 3 und 4 entnommen werden, wobei bevorzugt eine der Elektroden, hier die Anode 3 an einer Verschiebeführung 8 seitlich, d. h. rechtwinklig zu der Hauptstreckung der Elektroden 3 und 4 verschiebbar ist, so daß die Stifte 7 aus dem Formteil austreten und letzteres einfach entnommen werden kann. Alternativ hierzu könnte auch die Kathode 4 an einer tiefliegenden Scharnierachse 10 nach außen klappbar angeordnet sein, so daß das getrocknete Formteil von der Anode 3 und den Stiften 7 abgenommen werden kann. Anschließend wird zur Entfernung der Restfeuchte das Formteil durch Konvektion, insbesondere mit Heißluftzufuhr von ca. 100°C in einem Umlufttrockner nachgetrocknet. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Nachtrocknung des Formteils auch noch zwischen den Elektroden 3 und 4, jedoch ohne Anlegung eines Potentiales erfolgen kann. Hierzu können z. B. an den Elektroden 3, 4 entsprechende Heißluftkanäle vorgesehen sein.

Die Trocknungsvorrichtung 2 kann sowohl vertikal wie auch horizontal ausgerichtet sein, wobei in letzterem Fall die Kathode 4 untenliegend ist, wodurch sich ein schnelleres Abtropfen des durch die Elektroosmose entzogenen Wassers ergibt.

Bei einer Formteilgröße von z. B. 100 × 50 × 5 cm werden bevorzugt etwa tausend Stifte 7 an der Anode 3 rasterförmig mit einem gegenseitigen Abstand von 2 cm und einer Länge von ca. 4 cm, also bis nahe an die Kathode 3 heran, verwendet. Die anfängliche Spannung beträgt etwa 100 V, die bevorzugt kontinuierlich nachgeregelt wird, damit sich über die Zeitdauer der Elektroosmose von ca. 5 min ein Strom von ca. 20 A ergibt.

Das so zwischen den Elektroden 3 und 4 getrocknete Formteil aus Altpapier eignet sich insbesondere als Isolier- oder Wärmedämmplatten für Bauzwecke. Dabei kann es anstatt der üblichen Leichtbau- bzw. Gipskartonplatten verwendet werden, da die gebildete Altpapier-Formplatte eine relativ hohe Festigkeit aufweist. Zusätzlich können jedoch noch festigkeitssteigernde Zusätze wie Kleister in die Altpapier-Schlämme zugemischt werden. Entsprechendes gilt für flammhemmende oder feuchtigkeitsabweisende Zusätze wie Borsalze oder Fluorcarbon- Harze. Die hergestellte Formplatte kann jedoch auch in Kombination mit Gipskartonplatten als Wärmedämmschicht auf der Rückseite als Ersatz von Polystyrolschäumen Verwendung finden.

Claims (16)

1. Verfahren zum Entwässern und Trocknen von Formteilen aus Altpapier-Schlämme, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) kurzzeitiges Aussickern der Altpapier-Schlämme;
• b) elektroosmotische Trocknung mit 10 bis 90% Wasserentzug aus der Altpapier-Schlämme unter Bildung eines formstabilen Formteils, wobei die elektroosmotische Trocknung unter gleichzeitiger Formgebung der Formteile ohne Druckausübung auf diese erfolgt; und
• c) anschließender Nachtrocknung zum Entfernen der Restfeuchte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachtrocknung unter Hitzezufuhr erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachtrocknung an Luft erfolgt.

4. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Altpapier-Schlämme und/oder dem getrockneten Formteil flammhemmende Zusätze zugemischt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Altpapier-Schlämme und/oder dem getrockneten Formteil hydrophobe Zusätze zugemischt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Altpapier-Schlämme vor der Trocknung festigkeitssteigernde Zusätze zugemischt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als festigkeitssteigernder Zusatz Kleister zugemischt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 unter Verwendung einer Trocknungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungsvorrichtung (2) aus sich gegenüberliegenden, plattenförmigen Elektroden (3, 4) gebildet ist, die an ein elektrisches Potential (5) angelegt sind und zwischen sich die eingefüllte Altpapier-Schlämme (1) aufnehmen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Anode (3) eine Vielzahl von zur gegenüberliegenden Elektrode (4) ausgerichteten Stiften (7) vorgesehen ist, die rasterförmig angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite der Elektroden (3, 4) eine Wanne (6) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Elektroden (3, 4) an einer Verschiebeführung (8) seitlich bewegbar gelagert ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3, 4) an ihren Seitenkanten wenigstens je eine Dichtung (9) zur flüssigkeitsdichten Aufnahme der Altpapier-Schlämme (1) zwischen den Elektroden (3, 4) aufweisen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungsvorrichtung (2) vertikal angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungsvorrichtung (2) horizontal angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (4) aus einem Lochblech gebildet ist.

16. Verwendung von Altpapier-Formteilen, die nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt sind, als Wärmedämm- bzw. Isolierplatten für Bauzwecke.