EP3093082B1 - Verfahren zur aufbereitung und wiederverwendung von giessereialtsanden - Google Patents

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EP3093082B1
EP3093082B1 EP16001032.8A EP16001032A EP3093082B1 EP 3093082 B1 EP3093082 B1 EP 3093082B1 EP 16001032 A EP16001032 A EP 16001032A EP 3093082 B1 EP3093082 B1 EP 3093082B1
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EP
European Patent Office
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sand
classification
carried out
fragmentation
stage
Prior art date
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Active
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EP16001032.8A
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English (en)
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EP3093082A1 (de
Inventor
Sascha Füchsel
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MUEG Mitteldeutsche Umwelt-und Entsorgung GmbH
Original Assignee
MUEG Mitteldeutsche Umwelt-und Entsorgung GmbH
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C5/00—Machines or devices specially designed for dressing or handling the mould material so far as specially adapted for that purpose
    • B22C5/18—Plants for preparing mould materials

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation and reuse of foundry sands, wherein the used sands are subjected to mechanical pulping by comminution and subsequently to a classification.
  • the foundry industry is one of the most important sub-sectors of the metal industry in Germany. Their economic importance stems mainly from the fact that the products of the industry are important supplies for other industries. Also in Saxony and Saxony-Anhalt, the foundry industry is of great importance for the local business location. In 2013, around 4000 employees generated a total turnover of 2.5 billion euros in 40 foundry companies. (Source: Stat Vietnameses Austinamt So). In foundries, the local production process generates considerable amounts of contaminated sand. The reason for this is the process of the "lost form". In this process, the G stealformen- and cores are formed from sand, which are stabilized by means of binders for the duration of the casting process and then destroyed again.
  • a process is known for the recycling of mineral wastes of various compositions which, after comminution to a particle size of ⁇ 3 mm, are delivered as bulk material to cement plants ( DE 198 15 205 A1 ).
  • DE 31 03 030 C2 describes a method for recovering foundry sand from used used sand, wherein the used foundry sand successively passes through a magnetic separation zone, a thermal treatment zone and a final purification zone and the cleaning by countercurrent impact at air velocities of 30 to 50 m / s.
  • the DE 43 21 296 A1 describes a method and a plant for the wet regeneration of contaminated with impurities and pollutants granular bulk materials, especially clay bonded foundry sands, the bulk materials are subjected to mechanical pretreatment of at least one stage combination of Attritionspanel with the addition of water and a subsequent classification and the fines of the Suspension are subjected to a cross-flow filtration.
  • the DE 42 37 838 A1 again describes a method and an apparatus for regenerating foundry sand, wherein in a sub-step of the overall process, a method is described, with which the binder coats are to be removed from the sand particles by friction.
  • the material is presumably forcibly guided through the process space via a plug screw (not described in more detail in the patent) and thus, given a given geometry, predetermines the residence time of the pretreated used sand in the process space.
  • the material passes through a friction gap between the stationary container of the process chamber and above the bottom "Reibarmen" which rotate centrally in the container and reach up to the inner wall of the container (no precise definition and / or description of the friction and the Mahlspalt).
  • the material is sucked in negative pressure on the transport medium air through the crushing unit disc mill and passes through the grinding path from the inside out and is guided by fluted crushing discs (rotor-stator principle), which for further influencing the stress intensity over a distance to each other (Mahlspalt ) can be adjusted.
  • the US 2012/0000997 A1 describes an apparatus for separating binders from foundry sand by means of ultrasonic waves, wherein the surface is broken up by cracking, the sand is then comminuted, washed, dried and sieved.
  • the basic technology corresponds to a conventional refining process. No information is given on the concentration of solids or other process parameters.
  • the sand is first placed in some form of dosing unit and wet pre-crushed in a crusher (not described in detail) and then introduced with a vacuum pump via a sieve unit in an ultrasonic apparatus. Subsequently, the sand treated therein is dehumidified and separated into coarse and fine components in a filter. Thereafter, the transport takes place in a designated as crushing unit and not described in more detail process space, where the binder should be crushed again. Following this mixture is again passed through a sieve.
  • foundry sand foundry sand or core sand, mixture thereof or special sand
  • the invention has for its object to perform a determination of the optimum operating point of the regeneration plant, taking into account maximum Regenerat quality of various Trustande while reducing the amounts of waste and waste. It is intended to achieve a deagglomeration of the binder shells from the sand particles for complete digestion of the abandoned used sand fraction with a commercial comminution method by varying the possible process parameters.
  • the foundry sand can be fed to a preclassification before the multi-stage pulping grinding.
  • the screen overflow is fed as coarse material to a color sorting system, wherein a separation into dark sand and tubers is performed.
  • the dark tubers are fed to the multi-stage pulping process, while the bright core sand tubers are fed to a landfill.
  • a hammer mill In the first crushing stage, a hammer mill is used, followed by a disc mill in the second crushing stage, followed by a pin mill in the third crushing stage.
  • the classification is performed by a stream classifying method using air as a medium. It is based on the principle of cross flow classification with superimposed countercurrent classification.
  • a zig-zag sifter with cascading in several classifier stages is preferably used, wherein the screening process is performed by means of gravity or centrifugal force direction.
  • the coarse material is transported as recyclate via a trigger member in a storage unit or further processed directly.
  • the fine material is fed in this case to a solids separator, preferably a cyclone separator.
  • the separated fines are fed via a discharge organ of an encapsulated container loading. It is preferably the task of the goods to be sighted in the upper or lower third of the safety cascade.
  • the coarse material is examined for loss on ignition, with a loss on ignition of 0.2 to 0.7%, preferably 0.5% of the starting material, a thermal aftertreatment is performed.
  • the thermal aftertreatment is carried out in a fluidized bed furnace or a rotary kiln.
  • a dedusting of the sand fraction is carried out after the thermal aftertreatment, wherein the coarse fraction (> 70 to 150 microns) used as a recyclate and the fines ( ⁇ 70 microns to 150 microns) a disposal and / or landfill, preferably as a higher loaded mono section is supplied.
  • the used sand in seizure condition (1) is pre-classified in a first optional process stage (2).
  • the material flow through a bulk material receiving station and an intermediate storage, as a buffer, passed to a vibrating screen (2) and classified at a mesh size of 800 microns.
  • a protective deck is provided with a mesh size of 5 mm above it.
  • the so-called sieve overflow (2a) is fed to a further optional process stage for sorting the used sand tubers.
  • Color Sorting (3) in bright (3a) and dark (3c) tubers are separated.
  • the interfering component, preferably the core sand (3a) is thereby levered out of the flow of material, for example via compressed air nozzles, and sent for disposal on a landfill (5).
  • the dark nodular tubers (3c) are fed back to the material flow of the lower filter undercurrent (2b) and move together into the next process stage.
  • the formaldehyde is once deagglomerated in a multi-stage pulping grinding (4) and then gradually freed from the enclosing the quartz sand grains envelopes of binder.
  • the casings are chamotte casings around the quartz grains of a bentonite bonded foundry sand due to high thermal load during casting. This degree of influence on the binding behavior of the molding sand is referred to as oolitization.
  • a first crushing stage for example a hammer mill
  • the used sand to be processed predominantly foundry sand
  • the crushing hammers which straighten up as a result of the rotating shaft and coarsely crush the used sand particles and agglomerates by impact and impact.
  • the residence time is specified during this process by a sieve in the grinding path of the mill.
  • the digested used sand is separated from the mechanically separated contaminations in a classification plant (5).
  • the separating cut should be selected so that the usable sand fraction is separated as completely as possible from the interfering components in the fine fraction. Due to the properties of the interfering components after the digestion, the logical choice of the separation process results in a stream classifying process in the transport medium air, since the physical properties of the components that intervene for such a process.
  • the quartz sand as a component to be recovered has a true density of 2.6 t / m 3 and, with the reusable particle sizes, lies in the range between about 100 and about 500 ⁇ m.
  • the lustrous carbon still contained in the molding sand can also be deposited very well in the fine fraction with a true density of 1.35 t / m 3 and its primary particle size present.
  • the abandoned bulk material is separated according to the separation property particle size. The separation is effected by the forces acting on the individual particles in the process space (field force versus the flow force) according to the principle of cross flow classification with superimposed countercurrent classification.
  • This can be embodied, for example, as a so-called zig-zag sifter, which represents a cascading of several sifter stages. Background of the cascading is a maximization of the selectivity depending on the abandoned bulk material.
  • a classifier can be designed as a so-called gravitational classifier or centrifugal classifier. With regard to the separation follows, depending on the design, the so-called Sinkgut or coarse material of the field force and the so-called climbing material or fines of the transport fluid flow. This resistance of the flow is in direct Correlation with the flow velocity and particle shape (inflow surface) as variable parameters.
  • a gravity separator In the case of a gravity separator, this would mean that the coarse fraction with particle sizes greater than the resulting separating cut is discharged downwards as sinking material and the fine material upwards as rising material.
  • the debris is then transported to a storage unit or further processed directly via a suitable extraction device (eg belt conveyor) for further processing.
  • the climbing material follows the flow upwards and is fed via the subsequent pipeline system a Feststoffabscheideech.
  • a separator may be, for example, a cyclone separator.
  • the solid contained in the flow is discharged as a result of the acting downward potential vortex flow down and fed, for example via a discharge organ of an encapsulated container loading.
  • the cleaned air stream is deflected by the constriction in the lower part of the cyclone and leaves the process space in an upward eddy flow upwards.
  • the air is basically generated by a corresponding fan (eg centrifugal fan) which operates in suction or pressure mode.
  • a corresponding fan eg centrifugal fan
  • it is possible to drive the classifying system as a whole in a closed circuit or in an open system.
  • the advantage of a closed mode of operation is that one obtains a more even flow in the sifting chamber of the sifter, which in turn has a positive effect on the selectivity.
  • the open system implies the acceptance of false air at the non-encapsulated sites, such as B. Sinkgutauslass and material task classifier.
  • particle density the influence is to be understood in terms of so-called simultaneity classes.
  • two different materials to be separated with spherical or spherical-like particle shape and different particle sizes (light matter: larger particles and heavy particles: smaller particles) at different particle densities have the same mass and are each highly likely to be discharged in the unintended direction.
  • the particle shape is influenced by the drag force of the flow as a function of the flow area of the process fluid. For an ideal separation according to the particle size would have to be ideal spherical particles, the smallest particles of the sinking material must be specifically heavier than the largest particles of the climbing material.
  • the coarse material fraction (5a) between about 100 ⁇ m and about 500 ⁇ m resulting from the separation process of the classifier represents the recyclate, which can be used wholly or in portions as standard fraction (5b) in the foundry process.
  • the material state of the coarse material fraction (5a) may be insufficient as a recyclate with respect to its loss on ignition, the material may be given an optional thermal residual treatment (6) in order to finally convert the product sand fraction into a fully usable state. After dedusting (7) the thermally treated sand fraction under the same process conditions as in step (5a), the produced coarse fraction can be used as the recyclate (7a).
  • the separated fines (5c) and thus primarily the interfering contamination is disposed of (5d), e.g. as a higher loaded mono section fed.
  • the separated after the thermal treatment fine dust (7b) is in this respect also supplied to a corresponding disposal.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung und Wiederverwendung von Gießereialtsanden, wobei die Altsande einem mechanischen Aufschluss durch Zerkleinerung und anschließend einer Klassierung zugeführt werden.
  • Die Gießerei-Industrie ist einer der wichtigsten Teilbranchen der Metallindustrie in Deutschland. Ihre wirtschaftliche Bedeutung erwächst vor allem daraus, dass die Erzeugnisse der Branche wichtige Zulieferungen für andere Industriezweige sind. Auch in Sachsen und Sachsen-Anhalt ist die Gießerei-Industrie von großer Bedeutung für den dortigen Wirtschaftsstandort. In 40 Gießerei-Betrieben erwirtschaften im Jahr 2013 rund 6500 Mitarbeiter einen Gesamtumsatz von 2,5 Mrd. Euro. (Quelle: Statistische Landesamt Sachsen).
    In Gießereien entstehen durch den dortigen Produktionsprozess erhebliche Mengen an verunreinigtem Sand. Ursächlich hierfür ist das Verfahren der "verlorenen Form". In diesem Verfahren werden die Gießformen- und Kerne aus Sand gebildet, die mittels Bindemitteln für die Dauer des Gießvorgangs stabilisiert und hinterher wieder zerstört werden. Im Vergleich zum Aufkommen des eingesetzten Neusandes, fristet die stoffliche Wiederverwertung (Regenerierung) des Altsandes im Gießerei-Prozess derzeit ein Schattendasein. Die von vereinzelten Gießereien eingesetzten internen Regenerierungsverfahren sind meist unwirtschaftlich, energetisch aufwändig und liefern oft nicht die gewünschte Sandqualität.
    Auch der Umgang mit nur geringfügig kontaminierten Kern-Restsand ist unwirtschaftlich, da er i. d. R. gemeinsam mit dem stark kontaminierten Formsand entsorgt wird.
    Die Entsorgung des Altsandes ist mit hohen Kosten, Umweltbelastungen (CO2 Emissionen durch den Transport) sowie mit Umweltrisiken (im Falle unsachgemäßer Deponierung) verbunden. Auch die Fragestellung der langfristig verfügbaren Kapazitäten zur Sicherung Deponierung des Altsandes ist ungeklärt. Der Bedarf an neuen und immer größeren Deponierungsflächen wächst stetig - und hiermit die verbundenen Umweltbelastungen. Die steigenden Kosten für die Entsorgung des Altsandes sowie die Transportkosten für die Lieferung des Neusandes erschweren den wirtschaftlichen Betrieb der in Sachsen und Sachsen-Anhalt ansässigen Gießereien.
  • Eine weitere erhebliche Erschwerung der derzeitigen wirtschaftlichen Situation der Gießereien wird die sogenannte Ersatzbaustoffverordnung des Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit mit sich bringen. Gegenstand dieser Verordnung ist die Regelung mineralischer Ersatzbaustoffe in der Produktion, die u. a. eine Verschärfung der geforderten Materialrichtwerte beinhaltet. Laut Einschätzung des Bundesverbandes deutscher Gießereien (BDG-Umwelttag - 16.05.2013) wird die Ersatzbaustoffverordnung eine Steigerung der Entsorgungs- und Deponierungskosten von bis zu ca. 250% zur Folge haben.
    Betrachtet man den derzeitigen Stand der Technik im Bereich der GAS-Regenerierung, so findet man eine große Bandbreite an mechanischen und thermischen Anlagenkonzepten.
    Die Effektivität dieser Anlagenkonzepte hinsichtlich Energieeinsatz und Produktqualität divergiert stark. Gemein haben alle bisherigen Ansätze, dass ein wirtschaftlicher Betrieb (im Vergleich zum Einkauf und Einsatz von Neusand) nicht gegeben ist.
  • Bekannt ist ein Verfahren zur stofflichen Verwertung von mineralischen Abfällen verschiedener Zusammensetzungen, die nach einer Zerkleinerung auf eine Korngröße von <3 mm als Schüttgut an Zementwerke geliefert wird ( DE 198 15 205 A1 ).
  • Aus der DE 38 25 361 A1 ist ein Verfahren und eine Anlage zur Regenerierung von Gießereialtsandgemischen bekannt, wobei in einem ersten Regenerierungsschritt das Gemisch mechanisch und/ pneumatisch, dann in einem zweiten Regenerierungsschritt thermisch und danach in einem dritten Schritt erneut mechanisch und/oder pneumatisch regeneriert wird.
  • In der DE 31 03 030 C2 wird ein Verfahren zur Gewinnung von Gießereisand aus gebrauchtem Altsand beschrieben, wobei der gebrauchte Gießereisand nacheinander eine Magnetscheidezone, eine thermische Behandlungszone und eine abschließende Reinigungszone durchläuft und die Reinigung mittels Gegenstromprallung bei Luftgeschwindigkeiten von 30 bis 50 m/s erfolgt.
  • Die DE 43 21 296 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anlage zur nassen Regenerierung von mit Verunreinigungen und Schadstoffen belasteten körnigen Schüttgütern, insbesondere von tongebundenen Gießereialtsanden, wobei die Schüttgüter nach einer mechanischen Vorbehandlung einer mindestens einstufigen Kombination aus Attritionsreinigung unter Zugabe von Wasser und einer nachfolgenden Klassierung unterworfen werden und die Feinanteile der Suspension einer Querstromfiltration unterzogen werden.
  • Die DE 10 2007 008 104 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Regeneration von Gießereisanden, wobei in diesem Fall anorganisch oder organisch gebundene Kernsande einer Kombination aus thermischer und nasschemischer Aufbereitung mit den Schritten
    • Zerkleinerung der Kerne unter Bildung von Gießerei-Altsand und(oder Altsand
    • Thermischer Aufbereitung durch Ausbrennen der organischen Binder und Bestandteile
    • Nasschemische Aufbereitung durch Auswaschen des anorganischen Binders mit einer Waschlösung
    • Abtrennung der Waschlösung und des in der Waschlösung gelösten und/oder suspendierten anorganischen Binders
    • Trocknung und Klassierung des regenerierten Gießereisandes unter Bildung von Regeneratsand.
  • Die DE 42 37 838 A1 beschreibt wiederum ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren von Gießereialtsand, wobei in einem Teilschritt des Gesamtverfahrens eine Methode beschrieben wird, mit der die Binderhüllen von den Sandpartikeln durch Reibung entfernt werden sollen. Dazu wird das Material vermutlich über eine Stopfschnecke (nicht näher im Patent beschrieben) durch den Prozessraum zwangsgeführt und gibt damit bei gegebener Geometrie die Verweilzeit des vorbehandelten Altsandes im Prozessraum vor. Dabei passiert das Material einen Reibspalt zwischen stehendem Behälter des Prozessraums und über dem Boden befindlichen "Reibarmen" die im Behälter zentral rotieren und bis an die Innenwand des Behälters reichen (keine genaue Definition und / oder Beschreibung der Reibarme und vom Mahlspalt). Durch die vermutliche Zwangsführung kann, neben der Reibbeanspruchung, auch von einer partiellen Druckbeanspruchung ausgegangen werden. Diese Prozessführung ähnelt einer bekannten Rührwerkskugelmühle, in der das aufgegebene Material durch eine über ein Rührwerk bewegte dichte Kugelpackung zwangsgeführt (gepumpt) wird, um sehr hohe Zerkleinerungsintensitäten zu erreichen. Es ist aus diesem Grunde davon auszugehen, dass es sich bei der beschriebene Vorgehensweise um eine sehr intensive Beanspruchung handelt, welche über die Ansprüche für eine Desagglomerationsaufgabe (Sandpartikel von Binderhülle befreien) hinausgeht, und deshalb merklich Primärpartikel der Quarzsandfraktion zerkleinert werden. Leider ist nicht ersichtlich, wie groß der "Mahlspalt" zur Innenwand des Behälters genau und wie die Maschine im Detail aufgebaut ist. Weiterhin werden keine Angaben zu den Prozessparametern (Rotordrehzahl: Langsam oder Schnellläufer, Durchsatz etc.) gemacht. Deshalb ist bei diesem Verfahren und der Vorrichtung eine genaue Aussage zur Zerkleinerungsintensität und -rate der Maschine so nicht möglich.
  • Dabei wird das Material im Unterdruck über das Transportmedium Luft durch das Zerkleinerungsaggregat Scheibenmühle gesaugt und passiert die Mahlbahn von innen nach außen und wird durch geriffelte Zerkleinerungsscheiben (Rotor-Stator-Prinzip) geführt, welche für eine weitere Beeinflussung der Beanspruchungsintensität über einen Abstand zueinander (Mahlspalt) eingestellt werden können.
  • Aus der DE 21 59 092 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, wobei das hier beschriebene Verfahren auf einer Kühlung des Ausgangsmaterials in einer Kühleinrichtung basiert. Es dient der einfachen Aufarbeitung von gießereiinternen Formsandpartikeln.
    Die pneumatische Zerkleinerung erfolgt in einem Behälter mit Prallblechen in verschiedenen Stockwerken ohne die Verwendung von verschiedenen Mühlen in aufeinanderfolgenden Stufen. Durch die einfache pneumatische Prallzerkleinerung wird eine erhebliche Menge an Primärmaterial zerstört, sodass eine Wiederverwendung nicht mehr möglich ist. Dadurch ist dieses Verfahren wenig effektiv.
  • Bei der US 4,050,635 A1 handelt es sich offensichtlich um eine Kugel- oder allgemein Rohrmühle, wo der Sand zwischen den Kugeln einer rotierenden Rohrpackung im Katarakt oder Kaskadenprinzip aufgearbeitet wird. Dabei sollen die Binderhüllen durch Reibung zwischen den Kugeln abgearbeitet werden. Auch bei diesem Verfahren wird eine erhebliche Menge an Primärmaterial so zerstört, dass es nicht sinnvoll wiederverwendet werden kann.
  • Die US 2012/0000997 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Separierung von Bindemitteln aus Gießereialtsand mittels Ultraschallwellen, wobei die Oberfläche durch Rissbildung aufgebrochen, der Sand danach zerkleinert, gewaschen, getrocknet und gesiebt werden soll. Die Grundtechnologie entspricht einem herkömmlichen Läuterprozess. Dabei werden keine Angaben zu Feststoffkonzentrationen oder anderen Prozessparametern gemacht. Der Sand wird zuerst in irgendeiner Form einer Dosiereinheit aufgegeben und in einem nicht näher beschriebenen Brecher (Crusher) nass vorzerkleinert und danach mit einer Vakuumpumpe über eine Siebeinheit in eine Ultraschallapparatur eingebracht. Im Anschluss wird der darin behandelte Sand entfeuchtet und in einem Filter in Grob- und Feinbestandteile getrennt. Danach erfolgt der Transport in einen als Zerkleinerungseinheit bezeichneten und nicht näher beschriebenen Prozessraum, wo der Binder nochmals zerkleinert werden soll. Im Anschluss wird diese Mischung wieder über eine Siebeinrichtung geführt.
  • Der gesamte Prozess ist umständlich, technisch aufwendig und durch die nasse Aufbereitung mit einem teuren Trocknungsprozess verbunden. Es wird an keiner Stelle näher darauf eingegangen, welche Bestandteile des Gießereialtsandes (Formsand oder Kernsand, Mischung daraus oder Spezialsand) verwendet werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ermittlung des optimalen Arbeitspunktes der Regenerierungsanlage unter Berücksichtigung maximaler Regenerat-Qualität verschiedener Ausgangssande bei gleichzeitiger Reduzierung der Reststoff- und Abfallmengen durchzuführen. Es ist beabsichtigt, zum vollständigen Aufschluss der aufgegebenen Altsandfraktion mit einer kommerziellen Zerkleinerungsmethode über Variation der möglichen Prozessparameter eine Desagglomeration der Binderhüllen von den Sandpartikeln zu erreichen.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass
    der Gießereialtsand einer mehrstufigen Aufschlussmahlung unterzogen wird, wobei
    • in einer ersten Zerkleinerungsstufe der Gießereialtsand mittels einer Hammermühle desagglomeriert und teilweise marginal mechanisch vom Binder getrennt wird,
    • in einer zweiten Zerkleinerungsstufe die vereinzelt vorliegenden Fromsandpartikel mittels einer Scheibenmühle weitgehend von ihren Binderhüllen befreit werden und
    • in einer dritten Zerkleinerungsstufe die restlichen Binderhüllen mittels einer Stiftmühle entfernt werden,
    der aufgeschlossene Gießereialtsand anschließend einer Klassierung unterzogen wird, wobei das Grobgut als Regenerat oder Recyclat in eine Lagereinheit transportiert und das Feingut einer Entsorgung und/oder Deponierung zugeführt wird.
  • Der Gießereialtsand kann vor der mehrstufigen Aufschlussmahlung einer Vorklassierung zugeführt werden.
  • Er wird vor der Vorklassierung über eine Schüttgutannahmestation und ein Zwischenlager geleitet.
  • Zur Vorklassierung wird eine Schwingsiebmaschine verwendet.
  • Der Siebüberlauf wird als Grobgut einem Farbsortiersystem zugeführt, wobei eine Trennung in dunkle Formsandknollen und helle Kernsandknollen durchgeführt wird.
  • Die dunklen Formsandknollen werden der mehrstufigen Aufschlussvermahlung zugeführt, während die hellen Kernsandknollen einer Deponie zugeführt werden.
  • In der ersten Zerkleinerungsstufe wird eine Hammermühle verwendet, wonach sich in der zweiten Zerkleinerungsstufe eine Scheibenmühle anschließt, der in der dritten Zerkleinerungsstufe eine Stiftmühle folgt.
  • Die Klassierung wird mittels eines Stromklassierverfahrens unter Verwendung von Luft als Medium durchgeführt. Sie erfolgt nach dem Prinzip der Querstromklassierung mit überlagerter Gegenstromklassierung.
  • Zur Klassierung wird bevorzugt ein Zick-Zack-Sichter mit Kaskierung in mehreren Sichterstufen verwendet, wobei der Sichtungsvorgang mittels Schwerkraft- oder Fliehkraftsichtung durchgeführt wird.
  • Im Falle einer Schwerkraftsichtung wird das Grobgut als Recyclat über ein Abzugsorgan in eine Lagereinheit transportiert oder direkt weiterverarbeitet. Das Feingut wird in diesem Fall einem Feststoffabscheider, vorzugsweise einem Zyklonabscheider zugeführt.
  • Das abgeschiedene Feingut wird über ein Austragsorgan einer gekapselten Containerverladung zugeführt..Dabei erfolgt bevorzugt die Aufgabe des zu sichtenden Gutes im oberen oder im unteren Drittel der Sicherkaskade.
  • Das Grobgut wird auf Glühverlust untersucht, wobei bei einem Glühverlust von 0,2 bis 0,7%, bevorzugt bei 0,5% des Ausgangsmaterials eine thermische Nachbehandlung durchgeführt wird.
  • Die thermische Nachbehandlung wird in einer Wirbelschichtfeuerung oder einem Drehrohrofen durchgeführt.
  • Eine Entstaubung der Sandfraktion wird nach der thermischen Nachbehandlung durchgeführt, wobei die Grobfraktion (> 70 bis 150 µm) als Recyclat verwendet und das Feingut (< 70 µm bis 150 µm) einer Entsorgung und/oder Deponierung, vorzugsweise als höher belasteter Monoabschnitt zugeführt wird.
    • Vorteile der Erfindung:
    • Herstellung einer allgemein für alle Gießereien nutzbaren Produktsandfraktion aus Gießereialtsanden
    • Erste Möglichkeit zum Anbieten eines kompletten Sandkreislaufes an Gießereien als Paketlösung
    • Durch spezielles Verfahrenskonzept sehr schonende Aufbereitung und Trennung in die gewünschten Bestandteile bei Gewinnung großer Mengen an wiederverwendbaren Sandbestandteilen und verhältnismäßig geringer Mengen an Deponiegut
    • Deutliche Senkung der Entsorgungskosten für Gießereialtsande
    • Erhöhung der Rentabilität von Gießereien
    • Verringerung von Deponiekosten durch Möglichkeit der Entsorgung in eine kostengünstigere Deponieklasse
    • Thermische Aufbereitung nur in konkreten Einzelfällen notwendig
    • Niedrige Aufbereitungskosten des Altsandes
    Ausführungsbeispiel
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1 - das Verfahrensschema der Aufbereitungsanlage
  • Für das Recycling wird der Altsand im Anfallzustand (1) in einer ersten fakultativen Prozessstufe (2) vorklassiert. Hierfür wird der Materialstrom über eine Schüttgutannahmestation und ein Zwischenlager, als Puffer, auf eine Schwingsiebmaschine (2) geleitet und bei einer Maschenweite von 800 µm klassiert. Zum Schutz des Klassierdecks wird noch ein Schutzdeck mit einer Maschenweite von 5 mm darüber vorgesehen. Der sogenannte Siebüberlauf (2a) wird einer weiteren fakultativen Prozessstufe zur Sortierung der Altsandknollen zugeführt.
  • Hierbei werden die Formsandknollen (Dunkel) und Kernsandknollen (Hell) über eine sog. Farbsortierung (3) in Helle (3a) und Dunkle (3c) Knollen getrennt. Die Störkomponente, vorzugsweise der Kernsand (3a), wird dabei, zum Beispiel über Druckluftdüsen, aus dem Materialstrom ausgehebelt und einer Entsorgung auf einer Deponie (5) zugeführt. Die dunklen Formsandknollen (3c) werden dem Materialstrom des Siebunterlaufs (2b) wieder zugeführt und gehen zusammen in die nächste Prozessstufe.
    In dieser wird der Formaltsand in einer mehrstufigen Aufschlussmahlung (4) einmal desagglomeriert und danach stufenweise von den die Quarzsandkörner umschließenden Hüllen aus Binder befreit. Bei den Hüllen handelt es sich um Schamottehüllen um die Quarzkörner eines Bentonit gebundenen Formsandes durch hohe thermische Belastung beim Abguss. Dieses Ausmaß der Beeinflussung auf das Bindeverhalten des Formsandes wird als Oolithisierung bezeichnet.
    In einer ersten Zerkleinerungsstufe, zum Beispiel einer Hammermühle, wird der zu verarbeitende Altsand, vorrangig Formsand, desagglomeriert und teilweise marginal mechanisch vom Binder getrennt. Verantwortlich hierfür sind, zum Beispiel in einer Hammermühle, die Zerkleinerungshämmer die sich infolge der drehenden Welle aufrichten und die Altsandpartikel und Agglomerate durch Schlag und Prall grob zerkleinern. Die Verweilzeit wird während dieses Prozesses durch einen Siebrost in der Mahlbahn der Mühle vorgegeben. Weitere Einflussgrößen sind die Drehzahl des Rotors und der Materialdurchsatz. Der Zerkleinerungserfolg wächst bekanntermaßen mit steigender Drehzahl zu einem möglichen Maximum. In Kombination mit einem maximal möglichen Durchsatz durch eine sog. Überschüttung an der technischen Grenze der Mühle und eine kritischen Drehzahl ist eine optimale Desagglomeration einstellbar.
    In der nächsten Zerkleinerungsstufe werden die vereinzelt vorliegenden Formsandpartikel von Ihren Binderhüllen (Schamottehüllen) befreit. Dazu passiert das Material eine sogenannte Scheibenmühle. In dieser Mühle wird das zentral aufgegebene Material nach außen transportiert und muss dabei ein Rotor-Stator-System passieren. Dieses besteht von beiden Seiten aus geriffelten Oberflächen dessen Abstand und damit der sich ergebende Mahlspalt einstellbar ist. Als weitere Parameter für die Regulierung der Zerkleinerungsintensität gelten die Drehzahl und der Materialdurchsatz. Hintergrund dieser Verfahrensstufe ist, ein Optimum aus Spaltgröße, Rotordrehzahl und Materialdurchsatz zu erarbeiten, um ein möglichst schonendes Abmahlen der Binderhüllen von den Quarzkörnern zu erreichen, ohne die Quarzkörner an sich zu zerstören.
    Nach der zweiten Prozessstufe ist eine weitere Zerkleinerungsstufe mittels einer sogenannten Stiftmühle vorgesehen, wobei ein Rotor-Stator-System mit konzentrisch angebrachten Stiften, welche das zentral in den Prozessraum eingebrachte und zu beanspruchende Material durch Prall und Schlag und zwischen den im Betrieb aneinander vorbeiführenden Stiften beansprucht, ist ein möglicher Rest der Binderhüllen entfernbar. Dazu ist der Fokus bezüglich der Prozessparameter wieder auf die richtige Kombination aus Rotordrehzahl, Materialdurchsatz und Stiftgeometrie. Die Stiftgeometrie und Anordnung als Konstante anzusehen, liegt die Wahl für ein schonendes Abmahlen der restlichen Binderhüllen auf einer minimalen Rotordrehzahl bei gleichzeitig maximal möglichem Durchsatz. Wie bei den ersten beiden Aufschlusszerkleinerungsstufen ist die richtige Kombination der Parameter vom aufgegebenen Materialsystem abhängig und empirisch anzupassen.
  • Im Anschluss an die mehrstufige Aufschlusszerkleinerung (4) wird der aufgeschlossene Altsand von den mechanisch abgespaltenen Kontaminationen in einer Klassierungsanlage (5) getrennt. Der Trennschnitt ist dabei so zu wählen, dass die nutzbare Sandfraktion von den Störkomponenten in der Feinfraktion möglichst vollständig getrennt wird. Aufgrund der Eigenschaften der Störkomponenten nach dem Aufschluss ergibt sich die logische Wahl des Trennverfahrens zu einem Stromklassierverfahren im Transportmedium Luft, da sich die für einen solchen Prozess greifenden physikalischen Eigenschaften der Komponenten. Der Quarzsand als wiederzugewinnende Komponente hat eine Reindichte von 2,6 t/m3 und liegt mit den wieder nutzbaren Partikelgrößen im Bereich zwischen ca. 100 und ca. 500 µm. Die Schamottehüllen besitzen eine mikroporöse Struktur, ihre Dichte ist wesentlich niedriger (p = 1,80 t/m3) als die des Quarzsandes, und lassen sich nach mechanischer Abspaltung von den Quarzkörnern gut in der Feinfraktion (<150 µm) abtrennen. Der noch im Formsand enthaltene Glanzkohlenstoff kann mit einer Reindichte von 1,35 t/m3 und seiner primär vorliegenden Partikelgröße ebenfalls sehr gut in der Feinfraktion abgeschiedenen werden.
    Das aufgegebene Schüttgut wird dabei nach der Trenneigenschaft Partikelgröße getrennt. Die Trennung erfolgt durch die im Prozessraum konkurrierenden auf die einzelnen Partikel wirkenden Kräfte (Feldkraft gegenüber der Strömungskraft) nach dem Prinzip der Querstromklassierung mit überlagerter Gegenstromklassierung. Dieses kann zum Beispiel als sogenannter Zick-Zack-Sichter ausgeführt sein, welcher eine Kaskadierung von mehreren Sichterstufen darstellt. Hintergrund der Kaskadierung ist eine Maximierung der Trennschärfe in Abhängigkeit des aufgegebenen Schüttgutes. Ein solcher Sichter kann als sogenannter Schwerkraftsichter oder Fliehkraftsichter ausgeführt werden. Bezüglich der Trennung folgt, je nach Ausführung, das sogenannte Sinkgut oder Grobgut der Feldkraft und das sogenannte Steiggut oder Feingut der Transportfluidströmung. Diese Widerstandskraft der Strömung steht dabei in direkter Korrelation mit der Strömungsgeschwindigkeit und Partikelform (Anströmfläche) als variable Parameter.
    Im Fall eines Schwerkraftsichters würde das bedeuten, dass die Grobfraktion mit Partikelgrößen größer als der sich ergebende Trennschnitt nach unten als Sinkgut und das Feingut nach oben als Steiggut ausgetragen werden. Das Sinkgut wird dann über ein entsprechendes Abzugsorgan (z. B. Gurtförderer) zur weiteren Verarbeitung in eine Lagereinheit transportiert oder direkt weiterverarbeitet. Das Steiggut folgt der Strömung nach oben und wird über das anschließende Rohrleitungssystem eine Feststoffabscheideeinheit zugeführt. Ein solcher Abscheider kann zum Beispiel ein Zyklonabscheider sein. Dabei wird der in der Strömung enthaltene Feststoff infolge der wirkenden abwärts gerichteten Potentialwirbelströmung nach unten ausgetragen und zum Beispiel über ein Austragsorgan einer gekapselten Containerverladung zugeführt. Der gereinigte Luftstrom wird durch die Einschnürung im unteren Bereich des Zyklons umgelenkt und verlässt den Prozessraum in eine aufwärts gerichtete Wirbelströmung nach oben. Die Luft wird dabei grundsätzlich über einen entsprechenden Lüfter (z. B. Radialventilator) erzeugt der im Saugbetrieb oder Druckbetrieb arbeitet. Weiterhin besteht bezüglich der Prozessluftführung die Möglichkeit das Klassiersystem als Ganzes im geschlossenen Kreislauf oder im offenen System zu fahren. Der Vorteil einer geschlossenen Fahrweise ist, dass man im Proessraum des Sichters eine gleichmäßigere Strömung erhält, was sich wiederum positiv auf die Trennschärfe auswirkt. Das offene System impliziert die Akzeptanz von Falschluft an den nicht gekapselten Stellen, wie z. B. Sinkgutauslass und Materialaufgabe Sichter. In diesem Fall muss mit Strömungsschwankungen gerechnet werden, die sich negativ auf die Trennung auswirken können. Weitere materialbedingte Einflussgrößen des Klassierprozesseses an sich, sind die Partikeldichte und Partikelform.
    Bezüglich der Partikeldichte ist der Einfluss bezüglich sogenannter Gleichfälligkeitsklassen zu verstehen. Zum Beispiel können zwei verschiedene zu trennende Materialien mit kugeliger oder kugelähnlicher Partikelform und differenten Partikelgrößen (Leichtgut: größere Partikel und Schwergut: kleinere Partikel) bei unterschiedlichen Partikeldichten die gleiche Masse haben und jeweils mit hoher Wahrscheinlichkeit in die nicht dafür vorgesehene Richtung ausgetragen werden.
    Die Partikelform macht Ihren Einfluss durch die Widerstandskraft der Strömung in Anhängigkeit von der Anströmfläche des Prozessfluids geltend. Für eine ideale Trennung nach der Partikelgröße müsste es sich um ideale kugelförmige Partikel handeln, wobei die kleinsten Partikel des Sinkgutes spezifisch schwerer sein müssen als die größten Partikel des Steiggutes.
  • Im Fall der Altsandklassierung wird von kugelähnlichen Partikeln ausgegangen, wobei sich folgendes Phänomen ergeben kann. In Abhängigkeit von Feststoffbeladung, als Zusammenspiel von Material- und Luftdurchsatz, und der damit im Sichter möglichen Dispergierung des Aufgabematerials, kommt es bei der Klassierung im Sichter zu Fehlausträgen in beide Richtungen.
    Um in diesen Zusammenhang eine Optimierung zu realisieren, wird erfindungsgemäß kaskadiert, wie schon erwähnt, mittels mehrerer Sichterstufen, um ein Abwenden dieses Phänomens zu erzielen. Die genaue Geometrie der Stufe und Stufenanzahl ist dabei empirisch anhand der Beschaffenheit der zu trennenden Fraktion zu bestimmen. In diesem Zusammenhang ist es erfindungsgemäß wesentlich, die Art wie das Material in den Prozessraum gelangt zu bestimmen. Dies sollte idealerweise für einen effektiven Trennprozess auf die gesamte Breite des Prozessraums des Sichters realisiert werden, um eine maximale Dispergierung zu erhalten. Die Breite des Prozessraums ergibt sich dabei aus dem Gesamtdurchsatz an Feststoff. Im Fall eines geschlossenen Systems kann die Aufgabe zum Beispiel effektiv mit einer Zellradschleuse als Durchlaufschleuse realisiert werden.
    Weiterhin erfindungsgemäß wesentlich für einen optimalen Betrieb der Anlage ist im Fall der Verwendung eines Schwerkraft-Zick-Zack-Sichters, die Position der Aufgabestelle (engl. FEED). Diese kann je nach Aufgabenstellung im oberen oder im unteren Drittel oder alternativ in der Mitte der Sichterkaskade erfolgen. Aus Sicht einer effektiven und wirtschaftlichen Trennung spielen die beiden erst benannten Varianten eine übergeordnete Rolle. Steht nun ein maximal sauberes Sinkgut im Vordergrund der Trennaufgabe, so ist mit Ausnutzung der kaskadenbedingten Trennschärfeerhöhung eine Aufgabe im oberen Drittel zu realisieren. Umgekehrt mit maximaler Reinheit abgetrennten Steiggut ist die Aufgabestelle im unteren Drittel des Schwerkraft-Zick-Zack-Sichters zu wählen.
    Das sich aus dem Trennprozess des Sichters ergebende Grobgutfraktion (5a) zwischen ca. 100 µm und ca. 500 µm stellt dabei das Recyclat dar, welches ganz oder in Anteilen als Standardfraktion (5b) im Gießereiprozess Verwendung finden kann. Sollte der Materialzustand der Grobgutfraktion (5a) als Recyclat bezüglich seines Glühverlustes unzureichend sein, kann das Material eine fakultativ vorgesehenen thermischen Restbehandlung (6) aufgegeben werden, um die Produktsandfraktion endgültig in einen vollständig nutzbaren Zustand zu überführen. Nach Entstauben (7) der thermisch behandelten Sandfraktion unter denselben Prozessbedingungen wie bei Stufe (5a), kann die erzeugte Grobfraktion als Recyclat (7a) verwendet werden.
  • Das abgetrennte Feingut (5c) und damit primär die störende Kontamination wird einer Entsorgung bzw. Deponierung (5d), z.B. als höher belasteter Monoabschnitt, zugeführt. Der nach der thermischen Behandlung abgetrennte Feinstaub (7b) wird diesbezüglich auch einer entsprechenden Entsorgung zugeführt.
    • Liste der verwendeten Bezugszeichen
    • 1
    - Altsand im Anfallzustand
    2
    - Vorklassierung
    2a
    - Siebüberlauf
    2b
    - Siebunterlauf
    3
    - Farbsortierung
    3a
    - Kernsandknollen hell
    3b
    - Deponie
    3c
    - Formsandknollen dunkel
    4
    - mehrstufige Aufschlussmahlung
    5
    - Klassierung
    5a
    - Grobgutfraktion
    5b
    - Standardfraktion
    5c
    - Feingut
    5d
    - Entsorgung/Deponierung
    6
    - thermische Restbehandlung
    7
    - Entstaubung
    7a
    - Recyclat
    7b
    - Feinstaub

Claims (18)

  1. Verfahren zur Aufbereitung und Wiederverwendung von Gießereialtsanden, wobei die Altsande einem mechanischen Aufschluss durch Zerkleinerung und anschließend einer Klassierung zugeführt werden,
    gekennzeichnet dadurch, dass
    der Gießereialtsand einer mehrstufigen Aufschlussmahlung (4) unterzogen wird, wobei
    • in einer ersten Zerkleinerungsstufe der Gießereialtsand mittels einer Hammermühle desagglomeriert und teilweise marginal mechanisch vom Binder getrennt wird,
    • in einer zweiten Zerkleinerungsstufe die vereinzelt vorliegenden Formsandpartikel mittels einer Scheibenmühle weitgehend von ihren Binderhüllen befreit werden und
    • in einer dritten Zerkleinerungsstufe die restlichen Binderhüllen mittels einer Stiftmühle entfernt werden,
    der aufgeschlossene Gießereialtsand anschließend einer Klassierung (5) unterzogen wird, wobei das Grobgut (5a) als Regenerat oder Recyclat (7a) in eine Lagereinheit transportiert und das Feingut (5c) einer Entsorgung und/oder Deponierung (5d) zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Gießereialtsand vor der mehrstufigen Aufschlussmahlung (4) einer Vorklassierung (2) zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass der Materialstrom vor der Vorklassierung über eine Schüttgutannahmestation und ein Zwischenlager geleitet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass zur Vorklassierung (2) eine Schwingsiebmaschine verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass ein Siebüberlauf (2a) als Grobgut einem Farbsortiersystem (3) zugeführt wird, wobei eine Trennung in dunkle Formsandknollen (3c) und helle Kernsandknollen (3a) durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die dunklen Formsandknollen (3c) der mehrstufigen Aufschlussvermahlung (4) zugeführt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die hellen Kernsandknollen (3a) einer Deponie (3b) zugeführt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Klassierung mittels eines Stromklassierverfahrens unter Verwendung von Luft als Medium durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass die Klassierung nach dem Prinzip der Querstromklassierung mit überlagerter Gegenstromklassierung durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, dass zur Klassierung ein Zick-Zack-Sichter mit Kaskadierung in mehreren Sichterstufen verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass der Sichtungsvorgang mittels Schwerkraft- oder Fliehkraftsichtung durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass im Falle einer Schwerkraftsichtung das Grobgut als Recyclat über ein Abzugsorgan in eine Lagereinheit transportiert oder direkt weiterverarbeitet wird
  13. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass im Falle einer Schwerkraftsichtung das Feingut einem Feststoffabscheider, vorzugsweise einem Zyklonabscheider zugeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass das abgeschiedene Feingut über ein Austragsorgan einer gekapselten Containerverladung zugeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass die Aufgabe des zu sichtenden Gutes im oberen oder im unteren Drittel der Sicherkaskade durchgeführt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass das Grobgut auf Glühverlust untersucht wird und bei einem Glühverlust von 0,2 bis 0,7% des Ausgangsmaterials eine thermische Nachbehandlung durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, dass die thermische Nachbehandlung (6) in einer Wirbelschichtfeuerung oder einem Drehrohrofen durchgeführt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet dadurch, dass eine Entstaubung der Sandfraktion der thermischen Nachbehandlung (6) durchgeführt wird, wobei die Grobfraktion > 70 bis 150 µm als Recyclat (7a) verwendet und das Feingut < 70 µm bis 150 µm einer Entsorgung und/oder Deponierung (5d), vorzugsweise als höher belasteter Monoabschnitt zugeführt wird.
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