EP2603758A1

EP2603758A1 - Verfahren und vorrichtung zur stabilisierung, kühlung und entfeuchtung von stuckgips

Info

Publication number: EP2603758A1
Application number: EP11757751.0A
Authority: EP
Inventors: Alfred Brosig; Günther Schäfer
Original assignee: Grenzebach BSH GmbH
Current assignee: Grenzebach BSH GmbH
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-06-19
Also published as: BR112013003154A2; DE102010033988A1; EA201390211A1; KR20130138193A; JP2013535401A; CA2807961A1; WO2012028251A1; CN103080684A

Abstract

In einem Verfahren zur kontinuierlichen Konditionierung von Stuckgips wird dieser in Form von Partikeln aus einer vorgeschalteten Kalzinieranlage einem Stuckgipskühler zugeführt. In dem Stuckgipskühler werden zunächst lösliches Caiciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat-Halbhydrat und Calciumsulfat-Dihydrat zu Calciumsulfat-Halbhydrat umgewandelt und Kristalldefekte geheilt. Anschließend wird der Stuckgips mit Umgebungsluft in Kontakt gebracht und durch diese entfeuchtet und hierbei gleichzeitig indirekt gekühlt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung, Kühlung und Entfeuchtung von Stuckgips

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Konditionierung von Stuckgips.

Gips ist die mineralogisch-technische Bezeichnung der chemischen Verbindung des Calciumsulfat-Dihydrates (CaS0₄ · 2 H₂0). Durch Zufuhr von thermischer Energie verliert Gips VA Moleküle seines chemisch gebundenen Kristallwassers je Formeleinheit, das Calciumsulfat-Dihydrat wird zu Calciumsulfat-Halbhydrat CaS0₄ · ¹ H₂O umgewandelt.

Vom Calciumsulfathalbhydrat existieren zwei technische Formen, die in der Praxis häufig als Alpha- und Beta-Modifikation unterschieden werden, obwohl sie chemisch- mineralogisch identisch sind. Erfolgt die Zufuhr der thermischen Energie bei atmosphärischem Druck, so erhält man die Beta-Modifikation des Calciumsulfat- Halbhydrates. Die Beta-Modifikation ist Hauptbestandteil des Stuckgipses, dem als Bindemittel für die Gipsmörtel- und Gipsplattenherstellung große Bedeutung zukommt.

Die Herstellung der Alpha-Modifikation des Calciumsulfat-Halbhydrates erfolgt aus übersättigten wässrigen Lösungen, und zwar in Lösungen von Elektrolyten aus Säuren und Salzen oder bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Dampfdruck in Autoklaven. Diese Umwandlungen werden in der Regel unter Verwendung von Additiven durchgeführt, die die Morphologie der entstehenden Kristalle in einer erwünschten Form beeinflussen.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Stabilisierung, Kühlung und Entfeuchtung von Stuckgips mit dem Ziel, überwiegend die Beta-Modifikation des Calciumsulfat- Halbydrats herzustellen.

Der in der Technik gebräuchliche Begriff zur Entfernung von im Gips kristallin gebundenem Wasser durch Zuführung von thermischer Energie ist die Kalzinierung.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Es existieren unterschiedliche Verfahren zur Kalzinierung von Gips, die entsprechend der Zuführung der thermischen Energie fn ^" indirekte und direkte Kalzinierverfahren eingeteilt werden. Kocher und Drehrohrkalzinatoren gehören in die Kategorie der indirekten Kalzinierverfahren, bei denen sich der Gips nicht im Kontakt mit Verbrennungsgas befindet. Befindet sich der zu kalzinierende Gips im Kontakt mit Verbrennungsgas, so liegt ein direktes Kalzinierverfahren vor. Zu den direkten Verfahren gehören die Mahlkalzinierung, die Kalzinierung im Drehrohrofen, die Kalzinierung in einem Stromrohr und in verwandten Apparaten. Entsprechend der verfahrenstechnischen Bedingungen unterscheiden sich die Eigenschaften des Stuckgipses aus den verschiedenen Kalzinierverfahren. So weist ein im Kocher oder Drehrohrkalzinator kalzinierter Stuckgips eine höhere Phasenstabilität auf. Die Ursache dafür ist die geringere thermische Belastung je Zeiteinheit. Bei indirekten Verfahren kann die Zeit zur Kalzinierung des Gipses bis zu einigen Stunden dauern. Dagegen beträgt die Kontaktzeit mit dem Verbrennungsgas in einem Mahlkalzinierverfahren oder bei der Kalzinierung in einem Stromrohr maximal 20 bis 30 Sekunden. Die direkten Kalzinierverfahren werden industriell vermehrt angewandt, weil die Ausrüstungen kompakter und damit kostengünstiger sind und weil der thermische Wirkungsgrad höher ist. Auch ist die Abbindezeit des Stuckgipses kürzer, dies begünstigt die industrielle Fertigung von Gipsplatten.

Die gewünschte Phase zur Herstellung von Gipsmörtel und Gipsplatten ist das Calciumsulfat-Halbhydrat CaS0₄ · ^ΛΑ H₂O, das technisch bei einer Prozesstemperatur von 150 °C bis 170 °C erzeugt wird. Liegt die Prozesstemperatur in einem Bereich von 180 °C bis ca. 300 °C, so bildet sich das lösliche Calciumsulfat- Anhydrit (Anhydrit III). Das lösliche Anhydrit ist frei von kristallin gebundenem Wasser. Allerdings wandelt sich lösliches Anhydrit in Anwesenheit vom Wasser oder selbst Wasserdampf in Calciumsulfat-Halbhydrat um. Hierbei handelt es sich um eine reversible exotherme Umwandlung, bei der thermische Energie von 210 kJ bis 225 kJ je kg Calciumsulfat-Halbhydrat abgegeben wird.

Übersteigt die Prozesstemperatur 300 °C, bildet sich schwer lösliches Calciumsulfat- Anhydrit. Im Stuckgips ist diese Phase unerwünscht. Schwer lösliches Anhydrit nimmt bei der normalen Verwendung von Stuckgips nicht am Abbindeprozess teil. Allerdings wurde für die Umwandlung zu schwer löslichem Anhydrit thermische Energie benötigt, die keinen Nutzen für den hergestellten Stuckgips aufweist. Grundsätzlich weist die Anwesenheit von schwer löslichem Anhydrit im Stuckgips auf ein unwirtschaftliches Kalzinierverfahren hin.

Technisch kalzinierter Stuckgips ist selten phasenrein, sondern weist eine Zusammensetzung von bis zu vier Calciumsulfat-Phasen auf. Gewünscht ist die Phase des Calciumsulfat-Halbhydrates CaS0₄ · Vz H₂O. Im Kern größerer Stuckgipspartikel können sich Rückstände an Calciumsulfat-Dihydrat (Gips) CaSO₄ · 2 H₂0 befinden, die keine ausreichende thermische Energie empfangen haben. Dagegen können kleinere Stuckgipspartikel bereits die Phase des löslichen Caiciumsulfat-Anhydrit CaS0₄ aufweisen. Die Anwesenheit von Calciumsulfat- Dihydrat und löslichem Caiciumsulfat-Anhydrit im Stuckgips haben einen Einfluss auf die Abbindezeit des Stuckgipses und seinen Wasseranspruch. Ziel ist es, diese beiden Phasen zu eliminieren oder zumindest stabil auf einen geringst möglichen Anteil zu reduzieren.

Nicht weniger wichtig als der Abbau von löslichem Calciumsulfat-Halbhydrat für den Wasseranspruch des Stuckgipses ist die Heilung von Defekten des primären Halbhydrats, das die Hauptmasse des kalzinierten Stuckgipses vor der Konditionierung ausmacht. Intrakristalline Defekte, Oberflächendefekte sowie interkristalline Spannungen zwischen den Halbhydratkristallen unter einander oder zwischen Halbhydratkristallen und den anderen drei Calciumsulfat-Phasen kommen vor.

In der Vergangenheit sind erhebliche Anstrengungen unternommen worden, lösliches Caiciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat-Halbhydrat umzuwandeln. In der EP 1 547 984 A1 wird eine Methode beschrieben, bei der Stuckgips in einem rotierenden Apparat befeuchtet wird, um das lösliche Caiciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat-Halbhydrat umzuwandeln. Dazu wird Wasser oder Wasserdampf zugeführt. Alle äußeren Apparateflächen, die sich im Kontakt mit dem Stuckgips befinden, werden auf über 100 °C beheizt. Eine Kühlung des Stuckgipses ist nicht vorgesehen. .

Auch in der WO 2008 074137 A1 wird die Zufuhr von Wasserdampf zur Konditionierung von Stuckgips beschrieben. Stuckgips, dersich in einem statischen Apparat befindet, wird mit Wasserdampf in Kontakt gebracht. Der Wasserdampfdruck innerhalb des Apparates ist höher als der atmosphärische Druck eingestellt. Eine Kühlung und Entfeuchtung des Stuckgipses ist nicht vorgesehen. Der Prozess der Phasenstabilisierung erfolgt diskontinuierlich.

Gemäß der WO 2009 135688 A1 wird durch Flash-Kalzinierung erhaltener Gips in einem Reaktionsbehälter unter Zuführung von heißem Feuchtgas nachkalziniert, wobei die Verweildauer in dem Reaktionsbehälter sehr viel größer ist als bei der vorhergehenden Flash-Kalzinierung. Auch bei diesem Verfahren sind eine Kühlung und Entfeuchtung des Stuckgipses nicht vorgesehen.

Bei den vorgenannten Verfahren wird jeweils Wasser oder Wasserdampf zum Abbau des löslichen Calciumsulfat-Anhydrits in den jeweiligen Reaktionsraum zugeführt. So wird auch gemäß der WO 2009 135688 A1 verfahren. Hier allerdings befindet sich der Wasserdampf in überhitzter Form im Feuchtgas. Je nach den Prozessbedingungen des Kalzinierverfahrens, der Reinheit und Oberflächenfeuchte des Gipses und dem Wasserdampfgehalt im Verbrennungsgas beträgt der Wasserdampfgehalt im Feuchtgas wenigstens 30 % (Volumenprozent). In keinem der vorgenannten Verfahren sind Maßnahmen vorgesehen, um den Stuckgips nach der erfindungsgemäßen Behandlung zu entfeuchten. Selbst wenn thermische Energie zur Trocknung des Stuckgipses zugeführt wird, wie dies entsprechend der EP 1 547 984 A1 der Fall ist, so verbleiben dennoch Rückstände an überhitztem Wasserdampf im Stuckgips, wenn kein Trägermedium, wie zum Beispiel Luft, diese Wasserdampfrückstände aufnehmen kann. Trifft ein solcher Stuckgips in nachfolgenden Fördereinrichtungen auf Flächen deren Temperatur unterhalb des Wasserdampftaupunktes liegt, so erfolgt zwangsläufig Kondensation. Es besteht die Gefahr, dass Stuckgipspartikel an diesen Kontaktflächen im Kondensat eingebunden werden und Ablagerungen verursachen.

Der nach einem der oben aufgeführten Verfahren gewonnene Stuckgips wird insbesondere zur Fertigung von Gipskartonplatten eingesetzt. Die Gipskartonplatte ist das am weitesten verbreitete Gipsbauelement. Zwischen zwei Kartonlagen befindet sich ein Gipskern, der komplett von den beiden Kartonlagen umschlossen ist. Während der Herstellung des Gipskerns verursachen schwankende Phasen im Stuckgips einen schwankenden Wasserbedarf und ein verändertes Abbindeverhalten. Eine Vielzahl an Additiven wird neben den Hauptbestandteilen Stuckgips und Wasser in einen Mischer gegeben, um ein gewünschtes Abbinden des Stuckgipses zu erreichen. Additive, wie Dispersionsmittel, Beschleuniger und Verzögerer, bewirken das gewünschte Abbindeverhalten. Je stabiler die Eigenschaften eines Stuckgipses sind, desto geringer ist der Bedarf an Wasser und Additiven. Hier ergibt sich das Potential für eine enorme Kostenreduzierung durch einen phasenstabilen Stuckgips.

Das Abbinden von Stuckgips erfolgt optimal, wenn die Temperatur einer Suspension aus Stuckgips und Wasser 35 °C ist und nicht über 40 °C liegt. Aus diesem Grund muss der Stuckgips auf cirka 80 °C gekühlt sein, um eine optimale Suspensionstemperatur zu erreichen.

Die Gipsindustrie verwendet direkte und indirekte Kühlsysteme für Stuckgips. Direkte Kühlsysteme basieren auf dem direkten Kontakt mit Kühlluft in Stromrohren und Fließbettkühlern. Weiteste Verbreitung hat jedoch ein indirektes Kühlsystem, bei dem ein Drehrohrkühler verwendet wird. Es ist bekannt, dass in einem Drehrohrkühler neben der Kühlung des Stuckgipses auch eine gewisse Reduzierung des löslichen Calciumsulfat-Anhydrits erfolgt. Allerdings findet kaum eine Reduzierung von Calciumsulfat-Dihydrat statt, weil die bei der Umwandlung von löslichem Calciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat-Halbhydrat frei werdende exotherme Energie von der Kühlluft aufgenommen wird. Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von phasenstabilem, entfeuchtetem und gekühltem Stuckgips anzugeben, das auf energiesparende Weise kostengünstig und technisch zuverlässig seine Wirkung entfaltet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur kontinuierlichen Konditionierung von Stuckgips dadurch gelöst, dass der Stuckgips in Form von Partikeln aus einer vorgeschalteten Kalzinieranlage einem Stuckgipskühler zugeführt wird, wobei in diesem zunächst lösliches Calciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat- Halbhydrat und Calciumsulfat-Dihydrat zu Calciumsulfat-Halbhydrat umgewandelt und Kristalldefekte geheilt werden und anschließend der Stuckgips mit Umgebungsluft in Kontakt gebracht und durch diese entfeuchtet und hierbei gleichzeitig indirekt gekühlt wird. Durch die Erfindung wird ein kontinuierliches Verfahren zur Stabilisierung, Kühlung und Entfeuchtung von Stuckgips geschaffen, ohne dass Wasser oder Wasserdampf zum Zwecke der Stabilisierung zugeführt werden muss. Auch wird zur Entfeuchtung des Stuckgipses keine zusätzliche thermische Energie benötigt. Dadurch, dass der aus der Kalzinieranlage zugeführte Stuckgips zunächst in einer ersten Zone des Stuckgipskühlers verweilt, in der eine Reduzierung von Calciumsulfat-Dihydrat zu Calciumsulfat-Halbhydrat stattfindet, wobei die bei der Umwandlung von löslichem Calciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat-Halbhydrat frei werdende exotherme Energie aufgenommen wird, ist für diesen Vorgang eine Zuführung thermischer Energie von außen im Unterschied zu Anlagen zur Gewinnung von Stuckgips nach dem Stand der Technik nicht erforderlich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Stuckgips wird mit einer Dichte von 0,7 bis 0,9 kg/dm³ in den Stuckgipskühler eingebracht. Mit Vorteil wird vorgesehen, dass der Stuckgips zusammen mit aus dem Kalziniersystem mitgeführtem Prozessgas in den Reaktionsbehälter eingebracht wird. Hierbei hat das Prozessgas vorzugsweise eine Dichte von 0,65 bis 0,7 kg/m³. Vorzugsweise wird das Prozessgas mit einem Wasserdampfgehalt von 0,25 bis 0,40 kg/m³ eingebracht wird, bezogen auf das Volumen des Prozessgases bei Normbedingungen.

Hierbei wird der Stuckgips zunächst durch eine in dem Drehrohrkühler angeordnete Stabilisierungszone eingebracht.

Mit Vorteil wird vorgesehen, dass der Stuckgips zehn bis fünfzehn Minuten in der Stabilisierungszone verweilt. Die Stabilisierungszone ist so aufgebaut, dass in ihr durch Phasenaustauch in dem Stuckgips freiwerdender Wasserdampf durch die Zufuhr der Umgebungsluft in eine der Stabilisierungszone in Fließrichtung des Stuckgipses nachgeordnete Kühlzone abgeführt wird.

Vorzugweise wird die Umgebungsluft im Gegenstrom zur Fließrichtung des Stuckgipses über diesen zur Aufnahme von Wasserdampf geführt, um eine gute Wasseraufnahme und einen guten Wärmeübergang zu gewährleisten. Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Umgebungsluft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von weniger als 0,1 m/s in die Kühlzone geführt wird.

Vorzugsweise wird die zugeführte Umgebungsluft durch den Kontakt mit dem Stuckgips auf eine Temperatur auf mehr als 80° C erwärmt.

Ebenfalls mit Vorteil wird die Umgebungsluft an einem Übergang zwischen der Stabilisierungszone und der Kühlzone in die Fließrichtung des Stuckgipses umgelenkt, d. h. um 180° C, und wieder aus dem Stuckgipskühler herausgeführt. Durch die Fließrichtungsumkehr wird verhindert, dass die Umgebungsluft der Stabilisierungszone Wasserdampf entzieht, der dort zur Phasenstabilisierung der Phasen des Stuckgipses erforderlich ist. In der Kühlzone wird der Stuckgips zusätzlich durch in Kühlrohren geführte Umgebungsluft indirekt gekühlt. Die für diese indirekte Kühlung eingesetzte Umgebungsluft wird hierbei auf eine Temperatur von bis zu 100° C erwärmt. Von besonderem Vorteil an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass sich die in den Kühlrohren erwärmte Umgebungsluft als Kühlerabluft als vorgewärmte Verbrennungsluft wieder wenigstens einem Brenner der Kalzinieranlage zuführen lässt, so dass hierdurch Brennstoffenergie eingespart wird. Gemäß der Erfindung findet somit eine Phasenstabilisierung, Entfeuchtung und Kühlung des Stuckgipses in zwei Zonen statt: Zunächst wird in einer Stabilisierungszone lösliches Calciumsulfat-Anhydht unter Aufnahme von Wasserdampf und Abgabe von exothermer Umwandlungsenergie zu Calciumsulfat- Halbhydrat umgewandelt; Calciumsulfat-Dihydrat wird unter Nutzung der frei werdenden exothermen Energie zu Calciumsulfat-Halbhydrat umgewandelt, und Defekte des primären Calciumsulfat-Halbhydrats werden geheilt. Hierauf wird der auf diese Weise phasenstabilisierte Stuckgips in der Kühlzone in direktem Kontakt mit Umgebungsluft entfeuchtet und in indirektem Kontakt mit Umgebungsluft gekühlt. Gemäß der Erfindung aktiviert zwischen Stuckgipspartikeln befindlicher Wasserdampf aus dem Prozessgas eines vorgeschalteten Kalziniersystemes die Umwandlung von löslichem Calciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat-Halbhydrat. In der Folge setzt Wasserdampf aus kristallin gebundenem Wasser des Calciumsulfat- Dihydrats, das bei der Umwandlung zu Calciumsulfat-Halbhydrat frei gesetzt wird, die Umwandlung von löslichem Calciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat-Halbhydrat fort.

Somit erfolgt die Stabilisierung des Stuckgipses in einer ersten Zone der Vorrichtung. Die Kühlung und Entfeuchtung erfolgen in einer zweiten Zone.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Stuckgipskühler umfasst, der als Drehrohrkühler ausgebildet ist und eine separate Stabilisierungszone und eine separate Kühlzone umfasst. Mit Vorteil ist zwischen der Stabilisierungszone und der Kühlzone eine umlaufende Abdichtung, insbesondere wenigstens ein Staublech, vorgesehen. Beispielsweise sind mehrere vertikale Staubleche eingebaut, die einen Kurzschluss des Stuckgipsflusses von der Stuckgipseintragsschurre zum Austritt aus der Stabilisierungszone vermeiden.

Vorzugsweise sind in der Kühlzone Kühlrohre zum indirekten Wärmeaustausch zwischen dem Stuckgips und der als Kühlluft zugeführten Umgebungsluft vorgesehen. Ebenfalls als vorteilhaft erweist es sich, wenn in der Kühlzone, insbesondere in deren zentraler Achse, ein Entfeuchtungsrohr vorgesehen wird.

Mit Vorteil ist zentral in der Frontplatte des Drehrohrkühlers zum Einbringen des Stuckgipses in die Stabilisierungszone eine Eintragsschurre mit einer Abdichtung vorgesehen.

Ein einfacher Abtransport des fertigen Stuckgipses wird ermöglicht, wenn sich an die Kühlzone ein Stuckgipsausfallgehäuse und eine Zellradschleuse zum Abtransport des Stuckgipses anschließen.

Hierbei kann vorgesehen werden, dass die Lagerung des Drehrohrkühlers mit Laufringen und Rollenlagern ausgeführt ist, wobei eines als Festlager und eines, zur Kompensation thermischer Ausdehnung als schwimmendes Loslager ausgebildet ist. Der Antrieb des Drehrohrkühlers ist beispielsweise als Kettenantrieb oder als Zahnkranzgetriebe ausgeführt.

Vorzugsweise dreht sich der Drehrohrkühler mit drei bis acht Umdrehungen pro Minute. Gemäß der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Drehrohrkühlers ist eine thermische Isolierung weder für die Stabilisierungszone noch für die Kühlzone notwendig ist.

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stuckgipskühler bestehend aus einer

Stabilisierungszone und einer Kühlzone mit Peripherie-Aggregaten,

Fig. 2 den Anhydrit Ill-Gehalt im Stuckgips im Anfahrzustand eines Gipskühlers mit einer Stabilisierungszone als Funktion der Zeit und

Fig. 3 den Kristallwassergehalt im Anfahrzustand eines Gipskühlers mit einer

Stabilisierungszone als Funktion der Zeit.

Der in der Fig.1 gezeigte Stuckgipskühler zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass er aus einer Stabilisierungszone 2 und einer Kühlzone 3 besteht.

Ein in der Praxis üblicher indirekt gekühlter horizontaler Drehrohrkühler ist erfindungsgemäß dadurch modifiziert, dass eine Stabilisierungszone 2 integriert wurde. Diese Stabilisierungszone 2 besitzt im Inneren ein Staublech 10, damit der eingespeiste kalzinierte Stuckgips A nicht im Kurzschluss zum Austritt der Stabilisierungszone 2 fließt. Es ist bekannt, dass sich frisch kalzinierter Stuckgips A in einem fluidisierten Zustand befindet. In diesem fluidisierten Zustand schwimmt der Stuckgips auf dem bereits in der Stabilisierungszone 2 befindlichen Stuckgips. Das Staublech 10 verhindert diesen Kurzschluss, und der eingespeiste kalzinierte Stuckgips A wird mit dem sich in der Stabilisierungszone 2 befindlichem Stuckgips gemischt.

Der fluidisierte Zustand des Stuckgipses mit den damit verbundenen guten Fließeigenschaften ist auch der Grund, warum eine Stuckgipseintragsschurre 1 am Eingang der Stabilisierungszone 2 ausreichend ist. Eine Einspeiseschnecke ist nicht erforderlich. Der eingespeiste kalzinierte Stuckgips A hat, je nach Phasenzusammensetzung, eine Dichte von 2,55 bis 2,65 kg/dm³. Das Schüttgewicht des kalzinierten Stuckgipses A beträgt jedoch nur 0,7 bis 0,9 kg/dm³. Die Stuckgipspartikel sind von Prozessgas mit geringer Dichte von 0,65 bis 0,7 kg/m³ umgeben. Das Prozessgas stammt aus dem davor installierten Kalziniersystem. Der Wasserdampfgehalt im Prozessgas beträgt zwischen 0,25 und 0,4 kg/m³, wobei auf das Volumen des Prozessgases bei Normbedingungen Bezug genommen wird.

Diese geringe Masse an Wasserdampf ist ausreichend, um den Prozess der Phasen- Stabilisierung zu starten. Eine zusätzliche Zufuhr an Wasser oder Wasserdampf von außen ist nicht erforderlich. Das lösliche Caiciumsulfat-Anhydrit reagiert mit dem vorhandenen Wasserdampf und wird zu Calciumsulfat-Halbhydrat umgewandelt. Dabei wird exotherme Energie von 210 bis 225 kJ/kg Calciumsulfat-Halbhydrat freigesetzt.

Es ist nicht erforderlich die Manteloberfläche der Stabilisierungszone 2 von außen zu beheizen, wie es in der Patentanmeldung EP 1 547 984 B1 vorgeschlagen wird. Selbst auf eine thermische Isolierung der Manteloberfläche kann verzichtet werden. Zwar kann es an den inneren Flächen des Mantels zur Taupunktunterschreitung kommen, da das die Stuckgipspartikel umhüllende Prozessgas eine Taupunkttemperatur von mehr als 70 °C aufweist. Diese Taupunktunterschreitung ist jedoch vorteilhaft, weil die Umwandlung von löslichem Caiciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat-Halbhydrat beschleunigt wird. Ansätze von Stuckgipspartikel im Kondensat an der inneren Manteloberfläche sind nicht zu befürchten, da der bewegte Stuckgips in der rotierenden Stabilisierungszone 2 Ansätze verhindert.

Die Umwandlungswärme von Calciumsulfat-Dihydrat zu Calciumsulfat-Halbhydrat beträgt 570 bis 580 kJ/kg Calciumsulfat-Halbhydrat. Die exotherme Umwandlungsenergie von löslichem Caiciumsulfat-Anhydrit zu 1 kg Calciumsulfat- Halbhydrat beinhaltet das Potential, Calciumsulfat-Dihydrat (Gips) zu 0,35 bis 0,4 kg Calciumsulfat-Halbhydrat umzuwandeln. Dabei werden 1¹/ Teile des kristallin gebundenen Wassers im Calciumsulfat-Dihydrat freigesetzt. Lediglich Teil dieses kristallin gebundenen Wassers wird zur weiteren Umwandlung von löslichem Calciumsulfat-Anhydrit verwendet. Dieses kristalline Wasser wird so lange freigesetzt, bis sich der Anteil an Calciumsulfat-Dihydrat im Stuckgips komplett verbraucht hat. Eine von außen zugeführte Masse an Wasser, Wasserdampf oder wasserdampfhaltigem Prozessgas ist nicht notwendig.

Die Verweilzeit des kalzinierten Stuckgipses A in der Stabilisierungszone 2 beträgt 10 bis 15 Minuten. Bereits nach etwa einer Betriebsstunde haben sich die Phasen des Stuckgipses weitestgehend stabilisiert (vgl. Fig. 1 und 2). Der Stuckgipskühler wird mittels eines Kettenantriebes 9 oder eines Zahnkranzgetriebes 9 angetrieben. Die Laufringe 8 sitzen auf Rollenlagern, wobei eines der Lager als Festlager ausgeführt ist. Das schwimmende Loslager kompensiert Längenänderungen, die durch thermische Ausdehnung verursacht werden.

Die Drehzahl des Stuckgipskühlers beträgt zwischen drei und acht Umdrehungen in der Minute. Dabei wird der in der Stabilisierungszone 2 und der Kühlzone 3 befindliche Stuckgips sanft bewegt. Die durch diese Bewegung verursachte Reibung zwischen den Stuckgipspartikeln wirkt sich positiv auf den Wasserbedarf des Stuckgipses aus.

Die Oberfläche eines Stuckgipspartikels ist nach dem Kalzinieren rau und zerklüftet. Dies gilt insbesondere für Stuckgips, der in einem direkten Kalziniersystem gebrannt wurde. Ohne eine Behandlung der Partikeloberflächen wird ein höherer Wasserbedarf benötigt, um eine Suspension mit dem Stuckgips herzustellen. Durch die Bewegung und Reibung des Stuckgipses im sich drehenden Stuckgipskühler mit Stabilisierungszone 2 wird die Partikeloberfläche geglättet. Dabei lösen sich feine Stuckgipspartikel, die sich positiv auf die Partikelverteilung des Stuckgipses auswirken. Diese feinen Partikel nehmen den Raum zwischen gröberen Stuckgipspartikeln ein und reduzieren somit den Wasserbedarf zum Füllen der Zwischenräume. Durch die hohe thermische Belastung, insbesondere bei den direkten Kalzinierverfahren, stehen die Stuckgipspartikel unter Spannung und weisen interkristalline Störungen auf. Kommen diese Stuckgipspartikel in Kontakt mit Wasser, erfolgt ein verstärkter Kornzerfall, der zu einem erhöhten Wasserbedarf führt. Diese Störungen und Defekte betreffen sowohl das lösliche Caiciumsulfat- Anhydrit als auch das primäre Calciumsulfat-Halbhydrat. Neben der Umwandlung von löslichem Caiciumsulfat-Anhydrit in Calciumsulfat-Halbhydrat in der Stabilisierungszone 2 werden vor allem auch die Intrakristalline Spannungen und Oberflächendefekte des bei der Kalzinierung gebildeten primären Halbhydrats geheilt. Beide Umwandlungsvorgänge und die Heilung interkristalliner Spannungen zusammen minimieren den Kornzerfall.

Wie bereits vorher erwähnt, erhöht sich durch den Phasenaustausch vom Calciumsulfat-Dihydrat zu Calciumsulfat-Halbhydrat unter Nutzung der exothermen Wärme der Umwandlung von löslichem Caiciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat- Halbhydrat der Wasserdampfgehalt in der Stabilisierungszone 2. Der Wasserdampfanteil, der nicht zur Umwandlung von löslichem Caiciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat-Halbhydrat benötigt wird, ist zu entfernen. Würde dieser überschüssige Wasserdampf in die Kühlzone 3 gelangen, würde sich durch Taupunktunterschreitung Kondensation auf den Kühlrohren einstellen. Es ist allgemein bekannt, dass fein partikulärer Feststoff im Kontakt mit Wasser zu Ansätzen an Kontaktflächen neigt. Feine Stuckgipspartikel würden in die Oberflächenfeuchte aufgenommen werden und die Kühlrohre belegen. Als Folge davon wäre der Wärmedurchgang durch die Kühlrohre behindert.

Der beste Träger zur Entfeuchtung von Stuckgips ist atmosphärische Umgebungsluft. Die Entfeuchtungsluft D gelangt in ein Stuckgipsausfallgehäuse 5 und von dort in das Kühlgehäuse 3. Im Gegenstrom zum Stuckgips erwärmt sich die Entfeuchtungsluft D auf bis zu 80 °C. Die Strömungsgeschwindigkeit in der Kühlzone 3 ist kleiner als 0,1 m/s. Dieser erwärmte Luftstrom hat das Potential, selbst noch geringste Mengen an Wasserdampf aus dem Stuckgips aufzunehmen. Am Austritt der Stabilisierungszone 2 kehrt sich die Strömungsrichtung der Entfeuchtungsluft D um 180° um. Damit ist sichergestellt, dass die Entfeuchtungsluft D keinen Wasserdampf aus der Stabilisierungszone 2 entnimmt, da der Wasserdampf hier zur Phasenstabilisierung benötigt wird. Durch ein zentrales Entfeuchtungsrohr 7 gelangt die mit Wasserdampf beladene Entfeuchtungsluft F zu einem externen Staubfilter 12. Ein Ventilator 13 fördert die Entstaubungsluft F durch den Stuckgipskühler und den Staubfilter 12. Über eine Zellenradschleuse 14 wird in der Entfeuchtungsluft F enthaltener Gipsstaub in den Stuckgipskühler zurückgeführt.

Auch zur Kühlung des Stuckgipses wird atmosphärische Umgebungsluft verwendet. Diese Kühlluft C wird in eine Vielzahl von Kühlrohren 11 gesaugt, die sich in der Kühlzone 3 befinden. Im indirekten Wärmeaustausch und im Gegenstrom gibt der Stuckgips seine Wärme an die Kühlluft C ab. Dabei erwärmt sich die Kühlluft C auf bis zu 100 °C. Die erwärmte Kühlluft C gelangt aus den Kühlrohren 11 in ein Kühlluftsammelgehäuse 4 und wird dort mittels eines Ventilators 15 abgesaugt. Die erwärmte Kühlerabluft E ist staubfrei und kann daher als vorgewärmte Verbrennungsluft den Brennern in der Kalzinieranlage zugeführt werden.

Der phasenstabilisierte, gekühlte und entfeuchtete Stuckgips B wird aus der Kühlzone 3 mittels Hebeschaufeln (nicht dargestellt) kontinuierlich entleert. Durch das Stuckgipsausfallgehäuse 5 und eine externe Zellradschleuse 6 kann der Stuckgips nun dem Auslass entnommen werden.

Durch das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gewährleistet, dass die Herstellung von phasenstabilem, gekühltem und entfeuchtetem Stuckgips energiesparend und betriebssicher erfolgt und einen Stuckgips von hoher Qualität liefert.

In der Stabilisierungszone 2 wird der Calciumsulfat-Anhydrit-Gehalt im Stuckgips im Anfahrzustand des Gipskühlers bereits nach anderthalb Stunden auf einen Gewichtsprozentanteil von weniger als 10 % (Fig. 2) abgesenkt, so dass im Dauerbetrieb der Stuckgips weniger als eine Viertelstunde in der Stabilisierungszone 2 verbleiben muss, um den Anhydrit Ill-Anteil auf diesen Wert abzusenken. In entsprechender Weise steigt parallel der Gehalt des an dem Calciumsulfat- Halbhydrat gebundenen Kristallwassers (Fig. 3), der ebenfalls in Gewichtsprozent angegeben ist.

Bezugszeichenliste

1 Stuckgipseintragsschurre

2 Stabilisierungszone

3 Kühlzone

4 Kühlluftsammelgehäuse

5 Stuckgipsausfallgehäuse

6 Zellenradschleuse

7 Entfeuchtungsrohr

8 Laufringe

9 Kettenantrieb oder Zahnkranzgetriebe

10 Staublech

1 Kühlrohre

12 Staubfilter

13 Ventilator

14 Zellradschleuse

15 Ventilator

A Kalzinierter Stuckgips am Eingang des Drehrohrkühlers

B Stuckgips am Ausgang des Drehrohrkühlers (phasenstabil, gekühlt, entfeuchtet)

C Kühlluft

D Entfeuchtungsluft

E Kühlerabluft

F Entfeuchtungsabluft

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur kontinuierlichen Konditionierung von Stuckgips (A), der in

Form von Partikeln aus einer vorgeschalteten Kalzinieranlage einem Stuckgipskühler zugeführt wird, wobei in diesem zunächst lösliches Calciumsulfat-Anhydrit zu Calciumsulfat-Halbhydrat und Calciumsulfat- Dihydrat zu Calciumsulfat-Halbhydrat umgewandelt werden und Kristalldefekte geheilt werden und anschließend der Stuckgips (A) mit Umgebungsluft in Kontakt gebracht und durch diese entfeuchtet und hierbei gleichzeitig indirekt gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Stuckgips (A) mit einer Dichte von 0,7 bis 0,9 kg/dm³ eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Stuckgips (A) zusammen mit aus dem Kalziniersystem mitgeführtem Prozessgas in den Stuckgipskühler eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Prozessgas mit einer Dichte von 0,65 bis 0,7 kg/m³ eingebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Prozessgas mit einem Wasserdampfgehalt von 0,25 bis 0,40 kg/m³ eingebracht wird, bezogen auf das Volumen des Prozessgases bei Normbedingungen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

dass der Stuckgips in einem als Drehrohrkühler ausgebildeten Stuckgipskühler indirekt gekühlt wird.

Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Stuckgips zunächst durch eine in dem Drehrohrkühler angeordnete Stabilisierungszone (2) geführt wird.

Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Stuckgips zehn bis fünfzehn Minuten in der Stabilisierungszone (2) verweilt.

Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass in der Stabilisierungszone (2) durch Phasenaustauch in dem Stuckgips (A) freiwerdender Wasserdampf durch die Zufuhr der Umgebungsluft in eine der Stabilisierungszone in Fließrichtung des Stuckgipses nachgeordnete Kühlzone (3) abgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Umgebungsluft im Gegenstrom zur Fließrichtung des Stuckgipses über diesen zur Aufnahme von Wasserdampf geführt wird.

Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Umgebungsluft mit einer Strömungsgeschwindigkeit von weniger als 0,1 m/s in die Kühlzone geführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ,

dadurch gekennzeichnet, dass sich die Umgebungsluft durch den Kontakt mit dem Stuckgips auf eine Temperatur von mehr als 80° C erwärmt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Umgebungsluft an einem Übergang zwischen der Stabilisierungszone und der Kühlzone in die Fließrichtung des Stuckgipses umgelenkt und aus dem Stuckgipskühler herausgeführt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Stuckgips durch in Kühlrohren (11) geführte Umgebungsluft in der Kühlzone (3) gekühlt wird.

Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Umgebungsluft auf eine Temperatur von bis zu 100° C erwärmt wird.

Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,

dadurch gekennzeichnet,

dass die in den Kühlrohren (11) erwärmte Umgebungsluft als Kühlerabluft als vorgewärmte Verbrennungsluft wenigstens einem Brenner der Kalzinieranlage zugeführt wird.

Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16,

dadurch gekennzeichnet,

dass sie einen Stuckgipskühler umfasst, der als Drehrohrkühler ausgebildet ist und eine separate Stabilisierungszone (2) und eine separate Kühlzone (3) umfasst.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen der Stabilisierungszone (2) und der Kühlzone (3) eine umlaufende Abdichtung, insbesondere wenigstens ein Staublech (10), vorgesehen ist.

Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18,

dadurch gekennzeichnet,

dass in der Kühlzone (3) Kühlrohre (11) zum indirekten Wärmeaustausch zwischen dem Stuckgips und der als Kühlluft zugeführten Umgebungsluft (C) vorgesehen sind.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19,

dadurch gekennzeichnet,

dass in der Kühlzone (3), insbesondere in deren zentraler Achse, ein Entfeuchtungsrohr (7) vorgesehen ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20,

dadurch gekennzeichnet,

dass zentral in der Frontplatte des Drehrohrkühlers zum Einbringen des Stuckgipses in die Stabilisierungszone (2) eine Eintragsschurre (1) mit einer Abdichtung vorgesehen ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass sich an die Kühlzone (3) ein Stuckgipsausfallgehäuse (5) und eine Zellradschleuse (6) zum Abtransport des Stuckgipses (B) anschließen.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22,

dadurch gekennzeichnet,

dass sich der Drehrohrkühler mit drei bis acht Umdrehungen pro Minute dreht.