WO2007082747A1 - Verfahren und vorrichtung zur wiederaufbereitung einer kern-formsandmischung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur wiederaufbereitung einer kern-formsandmischung Download PDF

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WO2007082747A1
WO2007082747A1 PCT/EP2007/000420 EP2007000420W WO2007082747A1 WO 2007082747 A1 WO2007082747 A1 WO 2007082747A1 EP 2007000420 W EP2007000420 W EP 2007000420W WO 2007082747 A1 WO2007082747 A1 WO 2007082747A1
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core
separation
molding sand
water
suspension
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PCT/EP2007/000420
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Anlauf
Original Assignee
Hos Hottinger Systems Gbr
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Publication date
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    • 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
    • B22C5/185—Plants for preparing mould materials comprising a wet reclamation step

Definitions

  • the invention relates to a process for the recycling of a core / molding sand mixture. Furthermore, the invention relates to an apparatus for carrying out such a method. Finally, the invention relates to a core / molding sand mixture, which is particularly suitable for carrying out said method.
  • core or molding sand is used for the production of molds or for cores which keep cavities free in the casting that is finished later.
  • This core / molding sand mixture usually contains water, optionally a suitable binder and the core / molding sand itself.
  • the core / molding sand mixture is shot at high speed into corresponding cavities, whereby the preparation is compacted and forms a solid body by supplying heat and / or resulting attraction between the particles.
  • the casting process take place, in which the desired casting is formed by the mold and optionally inserted in the mold cores.
  • the AWB methods are based on the purely physical solidification of foundry sand through the formation of solid bridges between the sand particles, which are formed by crystallization of water glass during thermal drying.
  • the Na water glass used has a reversible sol / gel conversion, unless a critical temperature of 250 0 C is exceeded, which leads to the formation of insoluble water glass modifications.
  • Particularly preferred is a core / molding sand mixture containing a low-viscosity binder.
  • NaOH sodium hydroxide
  • the goal is to recover the dried water glass from the post-cast molds and return both the sand and the water glass to the mold production.
  • the thermally stressed sand portion can also be removed in a separate preliminary separation.
  • the water glass can be partially converted back into solution.
  • a part of the water glass transforms when a critical thermal load at 250 0 C is exceeded in insoluble modifications. This particularly concerns the areas of the mold exposed directly to molten metal. These substances have to be removed from the process during processing.
  • the insoluble water glass modifications adhere relatively firmly to the particle surfaces and thereby and by forming stable agglomerates lead to a reduction in the quality of the sand returned to the casting production.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the method according to the invention for the recycling of a core / molding sand mixture, which represents the main process steps,
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the method according to the invention, wherein the separation process of the suspension is shown in particular detail,
  • FIG. 7 shows the representation of a vibrating centrifuge
  • 8 shows the illustration of a pusher centrifuge
  • FIG. 11 shows the illustration of a layer filter with pre-separation stage
  • FIG. 13 shows a circuit diagram of a further embodiment of the method according to the invention, in which two hydrocyclones are used,
  • FIG. 14 is a circuit diagram of another embodiment of the method according to the invention, in which the hydrocyclone stage is replaced by an upstream classifier,
  • FIG. 15 is a circuit diagram of another embodiment of the method according to the invention, wherein for the abrasion separation, a continuous disc pressure filter is provided, and
  • Fig. 16 is a circuit diagram of a final embodiment of the method according to the invention, which differs fundamentally from the previous embodiments in which it is namely assumed that working with a sufficiently highly concentrated water glass circuit, which could make a concentration stage by membrane filtration or evaporation superfluous.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a first exemplary embodiment of the method according to the invention for recycling a core / molding sand mixture.
  • the separated in the separation process water could be used internally in the circulation again.
  • Part of the water is discharged with the separated solids as residual moisture.
  • Another partial flow can be used for re-molding of molding sand.
  • the molding sand mixture must eventually be supplemented by the lost quantities of sand and water glass.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the method according to the invention, wherein the separation process of the suspension is shown in particular detail.
  • a thermal dryer can be provided.
  • the separation process begins with a dry comminution of the still hot mold by vibration (3).
  • a dry sifting of the shredded material in which in addition to fragments of the overdried binder and a portion of the still active binder would be removed, here completely eliminated.
  • the dissolving process (5) sets in, which brings the still active, but still present in solid form water glass in solution.
  • the dissolution process is facilitated and accelerated at a higher temperature.
  • the heat required for this is extracted from the hot casting core and, if necessary, additionally supplied from the outside.
  • the dissolution process is followed or superimposed by a sand cleaning (6), in which the surfaces of the sand grains are subjected to rubbing. By rubbing against each other sand particles adhering insoluble binder residues are released from the surfaces, without crushing the sand itself worth mentioning.
  • This material still differs from the sand by a smaller specific gravity.
  • the third fraction consists of possibly existing Restagg lomeraten of the sand, which can not be resolved by the dissolution and purification process.
  • the residual agglomerates are to be discharged from the recycled material stream.
  • the first task in the separation process is then to sort or classify these three fractions of different solids.
  • the coarse agglomerates are separated.
  • the separating cut must be laid exactly.
  • the agglomerates are separated with a small amount of water and water glass dissolved therein.
  • the classification step does not represent an ideal sharp separation, even a small amount of sand and abrasion enter into the coarse fraction.
  • the agglomerates themselves consist of sand particles and insoluble water glass.
  • the fine fraction from the sorting / classification step (7) contains, in addition to the sand and the abrasion, the main part of the dissolved water glass.
  • the wash water / water glass mixture is passed to the concentration stage (12) where the water glass is concentrated and excess water is separated.
  • the fine fraction from the first sorting / classifying step (7) which contains the sand, the attrition, and the main amounts of water and dissolved water glass, is fed to the second sorting / classifying step (9) where the attrition is as a fine fraction is separated.
  • the fine fraction contains the major part of the water and the dissolved water glass.
  • the water with the dissolved water glass is passed as before in the concentration (12).
  • the coarse fraction from the sorting / classification step (9) essentially contains the sand, water and dissolved water glass.
  • the sand is separated, washed and dehumidified (11) and fed as water-moist bulk material back to the molding sand mixture.
  • the separated dilute waterglass solution flows to the concentration (12).
  • the dissolved water glass is concentrated to a value to be determined and then led back to the molding sand mixture as the sand.
  • the separated water can be reused in the process.
  • Water glass as a concentrated solution has a density of about 1.37 g / cm 3 , a viscosity of about 100 mPas, a solids content of about 35% and is basic.
  • the dry and pre-shredded material can be added together with water to an attrition machine with stirrer cells connected in series.
  • the supplied water is preferably not supplied fresh, but removed from the process and returned.
  • Each cell has a stirrer with several stirring planes, whose working direction is opposite, so that the flow direction of the suspension turns from level to level and generates a very intense friction between the particles.
  • the stress of the solid in an attrition machine can be chosen so intensively that residual agglomerates can possibly be completely avoided.
  • the attrition machine would take steps (4), (5), (6) of FIG. 2 in a single aggregate and make steps (7) and (8) superfluous.
  • the attrition machine could be followed by a curved screen to safely separate individual residual agglomerates.
  • the attrition is a suitable method for the size of the particles to be cleaned here.
  • Washing drums which are known from mineral processing and which allow the material to be cleaned to flow spirally through a rotating drum and also generate friction between the particles by means of deflections by means of guide plates are more suitable for coarser grains than is present here with the sand.
  • hydrocyclones With a separation grain of about 50 ⁇ m, hydrocyclones with a pressure loss of about 1, 1 bar and throughputs of about 75 m 3 / h can be used.
  • multicyclones are also used, i. parallel cyclones of the same size.
  • the separating effect of the hydrocyclone is the better, the stronger the suspension to be classified is diluted.
  • the highly concentrated suspension coming from the attrition must therefore first be diluted with make-up water prior to the cyclone application and can then be separated in the hydrocyclone (9).
  • a hydrocyclone is a relatively selective, but not perfectly clear-cut device.
  • the separation efficiency of a hydrocyclone is characterized by the separation curve T (x) and the imperfection I.
  • the separation curve T (x) indicates, for each particle size x, which proportion of this particle size, in comparison to its quantity in the feedstock, reaches the cyclone underflow into coarse material G.
  • the imperfection marks the slope of the separation curve and thus the selectivity. The larger this value becomes, the worse the selectivity.
  • the overflow contains the fines in very pure form.
  • the feedstock from the attrition is fed to a cyclone with screen discharge, the task of which is to remove cleanly separated abrasion.
  • the sand prewashed by the dilution with the fresh and externally supplied make-up water is removed in the underflow which is maximally free from abrasion.
  • the water glass content in the sand may already be so greatly reduced at this point that further washing is not required.
  • the overflow which in addition to dilute waterglass solution and the remains of the abrasion also contains a small portion of the sand, is returned to the first cyclone stage.
  • the highly concentrated suspension coming from the attrition may be diluted by mixing, if necessary, to such an extent that no additional make-up water is needed at this point.
  • an upstream classifier could possibly also be used.
  • This device can be relatively concentrated suspensions supplied to about 1000 g / l.
  • the suspension to be classified is distributed evenly over the container surface and passes through sedimentation in an externally added and vertically upward water flow.
  • the coarser or heavier grains of sand sink downwards and form a fluidized bed above the nozzle bottom.
  • the upflow water is given up under constant hydraulic pressure.
  • the fine fraction consisting of the smaller or lighter abrasive particles is discharged with the water upwards and flows off into an overflow collecting channel. The discharge of the coarse sand fraction takes place in high concentration via valves in the bottom of the upstream classifier.
  • the up-flow speed must be slightly higher than the rate of descent of the largest Abriebteilchens still be able to remove this.
  • a method for cake filtration is primarily suitable.
  • Vacuum plan filters (see Fig. 5) or a vacuum belt filter (see Fig. 6) are the continuous filters of choice because both filter as horizontal filters in the direction of gravity and thus avoid the sedimentation problem.
  • the vacuum belt filter is the much more expensive as well as significantly more footprint requiring apparatus.
  • the band filter is particularly suitable if the solid has to be washed very intensively and, if possible, in countercurrent. An intensive washing is in the present case for the sand but no longer essential.
  • this base layer can gradually clog with fines and must then be replaced from time to time.
  • the excellent filtrate clarity is extremely positive due to the "pre-coating" of the filter fabric, which would either render unnecessary a further final cleaning of the filtrate or considerably extend the service life of a downstream ultrafine filter.
  • a subsequent purification of the filtrate may not be necessary here if the liquid is returned to suspend the molding sand.
  • Continuous vacuum filter designs such as the drum or disc filters, are basically also usable, but appear more problematic because they suck the cake against gravity and thus could cause problems with the sedimenting sand.
  • centrifuges could be used.
  • the centrifuge is also counteracted by the high underflow concentration from the cyclone and a re-washing of the sand would possibly also be possible. Negative to beat if necessary, the relatively high frictional forces between the product and sieve, which requires special wear protection and a relatively cloudy filtrate due to the usually relatively open metallic filter screens.
  • the transport of the solid takes place in the conical sieve basket of the vibrating centrifuge by introducing vibration to overcome the static friction between sand and sieve basket.
  • the sand is possibly too fine-grained, so that one of the other two centrifuges, preferably the pusher centrifuge could be selected.
  • the solid In the sliding and Siebschneckenzentrifuge the solid is forcibly conveyed by an axially oscillating moving floor or by a running with differential speed to the screen drum transport screw.
  • the transport of solids is facilitated. Since the sand to be separated has a high wear potential, the pusher centrifuge may be preferable to the screen screw centrifuge.
  • the dehumidified on the filter or the centrifuge sand can now be recycled as wet bulk material in the molding sand mixture.
  • the overflow from the first cyclone stage must be prepared, which is the main amount of dissolved water glass and the abrasion in the form of a contains relatively strong diluted suspension of very small and difficult to filter particles.
  • a discontinuous pressure filter such as a filter press (FIG. 10) may be used, which optionally has very good possibilities for subsequent washing and post-dehumidification of the filter cake.
  • the filter press works particularly efficiently when the filter chambers are equipped with a press membrane.
  • the solid can then be discharged in the form of a moist bulk material.
  • the filtrate may still have a slight haze due to the filtration process.
  • the filtrate In order to recover the dissolved water glass, the filtrate must finally be subjected to a fine cleaning, which can be realized, for example, by means of a discontinuous layer filter (FIG. 11).
  • the filter layers must be replaced after exhaustion of their cleaning effect against new layers.
  • the particulate-free filtrate now contains the bulk of the dissolved waterglass and can be concentrated for reuse (12).
  • the concentration of the water glass is not to be carried out by a manufacturer of water glass but locally, either a thermal evaporation or a mechanical membrane separation process in the form of a nanofiltration or reverse osmosis is conceivable.
  • An advantage of the layer filters is the simple construction. The disadvantage is the discontinuous mode of operation and the additional consumption of filter layers.
  • This filter is u.a. used for the filtration of difficult to filter organic turbidity.
  • the filter cake forming on the slowly rotating filter discs is removed again and again by fixed radial scrapers except for a remaining base coat.
  • the precoating of the filter surface with a product layer gives rise to a very clear filtrate and it is possible to filter continuously, since the suspension, which continues to concentrate, can be removed again and again in the vessel.
  • a backwash filter with a correspondingly fine-pored filter medium for example poropiate
  • the concentrate can then be dehumidified by means of a filter press.
  • a discharge of waste products takes place after the filter press and after the layer filter. Sand and water glass are returned and must be supplemented in the molding sand preparation according to the small losses incurred in the process.
  • the amount of abrasion to be removed could prove to be so small that simplification would be possible by omitting the filter press.
  • Fig.14 this simplified variant is shown.
  • the hydrocyclone stage is replaced by a possible upstream classifier. Again, the necessary fresh water is fed to the process at this point.
  • More makeup water is needed for the upstream classifier than for the hydrocyclone variant.
  • the separation effect is caused here solely by the flow rate of the upflow water, which must be greater than the rate of descent of the largest debris.
  • the water is only carrier medium and the separation effect is achieved by the centrifugal forces generated in the vortex.
  • the variant with the lower need for make-up water relieves the membrane filtration, because the water glass solution should be diluted as little as possible.
  • the water required for the suspension and solution is also returned internally in the process in this circuit variant and is composed of the filtrate from the sand separation and the water recovered in the membrane stage.
  • the continuous disk pressure filter is provided for the abrasion separation.
  • the lost water can be recycled to the filter press where it is used to wash the filter cake to recover residual water glass.
  • This dilute solution is returned to the suspension of the crushed molds to produce the largest possible concentration gradient there, which promotes a re-dissolution of the dried water glass. Since this amount of liquid may not be sufficient to allow the complete suspension, more liquid can be recycled internally to this point.
  • the lost water glass is added as a solution together with the sand to be supplemented to the feed line for the filter.
  • a further internal liquid recirculation is possible in the classification stage in order to lower the suspension concentration or to have upflow liquid available or to be able to dilute the hydrocyclone feed accordingly.
  • Possible sources of internal liquid recirculation are the filtrate from the sand separation and the filtrate from the disc pressure or backwash filter.
  • the inner fluid circuit should be able to resume the dried and still active water glass in the solution.
  • the water glass concentration is determined by the conditions in the molding sand mixture. If the water glass solution already has the correct concentration on the sand filter, then the correct amount of water glass may be removed with the residual moisture of the filter cake and practically no further water glass solution has to be added.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Zur Verringerung von Kosten und zur Vermeidung von Entsorgungsproblemen im Gießereiwesen wird ein Verfahren zur Wiederaufbereitung einer Kern- /Formsandmischung vorgeschlagen. Des Weiteren ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Schließlich ist noch eine Kern- /Formsandmischung angegeben, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR WIEDERAUFBEREITUNG EINER KERN- FORMSANDMI S CHUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederaufbereitung einer Kern- /Formsandmischung. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Schließlich betrifft die Erfindung eine Kern- /Formsandmischung, die sich insbesondere zur Durchführung des genannten Verfahrens eignet.
Im Gießereiwesen, insbesondere beim Metallguss, wird zur Formherstellung bzw. für Kerne, die im später fertig gestellten Gusstück Hohlräume freihalten, Kern- bzw. Formsand verwendet.
Diese Kern-/Formsandmischung enthält üblicherweise Wasser, gegebenenfalls ein geeignetes Bindemittel und den Kern-/Formsand selber.
Zur Herstellung der Gießformen bzw. Gießkerne wird die Kern-/Formsandmischung mit hoher Geschwindigkeit in entsprechende Hohlräume geschossen, wodurch die Zubereitung kompaktiert wird und durch Zuleitung von Wärme und/oder durch entstehende Anziehung zwischen den Teilchen einen festen Körper bildet.
Danach kann der Gießvorgang stattfinden, bei dem das gewünschte Gussstück durch die Form und die gegebenenfalls in die Form eingelegten Gießkerne gebildet wird.
Das Verwerfen des gebrauchten Kern-/Formsandes ist dabei höchst problematisch, da dabei im Gießereibetrieb eine sehr hohe Abfallmenge anfällt und der Kern- /Formsand mit Gießereirückständen, insbesondere mit dem verwendeten Bindemittel, verunreinigt ist. Dadurch ergibt sich eine entsprechende Entsorgungsproblematik.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternative zur Entsorgung des Kem-/Formsandes bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach umfasst ein Verfahren zur Wiederaufbereitung einer Kern-/Formsandmischung die folgenden Verfahrensschritte:
Mechanische Zerkleinerung der Gießkerne/-formen in Bruchstücke,
- Suspendierung der Bruchstücke,
- Auftrennen der Suspension in ihre Bestandteile,
- Bereitstellen einer gebrauchsfertigen Kern-/Formsandmischung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den nach- geordneten Patentansprüchen 2 bis 12 angegeben.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass das Verwerfen/kostspielige Entsorgen von Kern-/Formsand vermieden wird, falls ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von einer Kern-/Formsandmischung angegeben werden kann.
Dabei ist zunächst erfindungsgemäß erkannt worden, dass die herausgeschlagenen Kerne/Formteile zunächst zerkleinert werden müssen, um eine möglichst vollständige Abtrennung des Kern-/Formsandes von etwaig enthaltenen Verunreinigungen zu gewährleisten.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass in einem nächsten Schritt die Bruchstücke suspendiert werden sollten, wozu vorzugsweise Wasser verwendet wird. Dadurch lassen sich enthaltene Verunreinigungen entfernen und die Bestandteile der Kem-/Formsandmischung werden einer weiteren Bearbeitung zugänglich gemacht.
Schließlich ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass sich an die Suspendierung ein Auftrennen der Suspension in ihre Bestandteile anschließen muss, an deren Ende ein weitgehend gereinigter und - falls gewünscht - trockener Kern-/Formsand zum erneuten Einsatz als Kern-/Formsandmischung zur Verfügung steht.
Des Weiteren ist die oben aufgezeigte Aufgabe hinsichtlich einer Vorrichtung zur Wiederaufbereitung einer Kern-/Formsandmischung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Zusätzlich wird mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 14 eine insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Kern-/Formsandmischung vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kern-/Formsandmischung finden sich in den nachgeordneten Patentansprüchen 15 bis 17.
Das AWB-Ve rf ah ren beruht auf der rein physikalischen Verfestigung von Formsand durch die Bildung von Feststoffbrücken zwischen den Sandpartikeln, welche durch Auskristallisieren von Wasserglas während einer thermischen Trocknung entstehen.
Das eingesetzte Na-Wasserglas weist eine reversible Sol/Gel-Umwandlung auf, wenn nicht eine kritische Temperatur von 2500C überschritten wird, welche zur Bildung von unlöslichen Wasserglasmodifikationen führt.
Auch ist es denkbar, eine Ausschleusung des Wasserglases zu generieren, wobei eine Weiterverarbeitung des Sandes - mit Wasserglasrückführung - optional möglich ist.
Besonders bevorzugt ist eine Kern-/Formsandmischung, die ein dünnflüssiges Bindemittel enthält.
Des Weiteren wird für verschiedene Anwendungsfälle bevorzugt, eine Natronlauge (NaOH) enthaltende Kern-/Formsandmischung zu verwenden.
Das Ziel besteht darin, das getrocknete Wasserglas aus den nach dem Guss zerkleinerten Formen zurückzugewinnen und sowohl den Sand als auch das Wasserglas wieder zur Gussformerzeugung zurückzuführen.
Bisher durchgeführte Experimente haben gezeigt, dass die nach dem AWB-Verfah- ren erzeugten Gussformen durch Einleiten von Vibration einen ausreichenden Kernzerfall aufweisen.
Bisherige Untersuchungen und Überlegungen haben zu dem Schluss geführt, dass eine trockene Aufbereitung, z.B. mit Wirbelschicht, nicht zielführend ist, da nicht nur - A -
aktiver Binder mit in das Abfallmaterial ausgetragen wird, sondern auch die Reinigung der Sandpartikeloberflächen nicht befriedigend gelingt und nicht auflösbare Agglomerate im Sand verbleiben.
Auf diese Weise nimmt die Qualität des rückgeführten Materials fortlaufend ab und es wird zumindest teilweise ersetzt.
Der thermisch überbeanspruchte Sandanteil kann gegebenenfalls auch in einer separaten Vorabtrennung entfernt werden.
Als Erfolg versprechend wird jedoch zunächst eine Nassaufbereitung des gesamten Sandes angesehen. Dementsprechend soll hierfür eine Strategie erarbeitet werden.
Erste Analysen nach der Redispergierung des Sandes und Auflöseversuchen haben bisher folgende Ergebnisse erbracht:
Das Wasserglas lässt sich zum Teil wieder in Lösung überführen.
Ein Teil des Wasserglases verwandelt sich bei Überschreiten einer kritischen thermischen Belastung bei 2500C in unlösliche Modifikationen. Die betrifft besonders die unmittelbar die Metallschmelze ausgesetzten Bereiche der Form. Diese Stoffe sind bei der Aufarbeitung aus dem Prozess auszuschleusen.
Bei höheren Wassertemperaturen wird der Lösevorgang verbessert.
Die unlöslichen Wasserglasmodifikationen haften relativ fest an den Partikeloberflächen und führen dadurch und durch Bildung von stabilen Agglomeraten zu einer Qualitätsminderung des in die Gussformherstellung zurückgeführten Sandes.
Der eingeschlagene Aufbereitungsweg hat zur Konsequenz, dass auch bei dem zunächst trockenen Zerkleinerungsschritt keine Sichtung mehr durchgeführt werden muss, sondern das gesamte Material in die nachfolgende Nassaufbereitung geführt wird. Weitere Entwicklungen der Verfahrensschritte sind denkbar. So ist es grundsätzlich möglich, auf die sonst in üblicher Weise verwendeten Zyklone zu verzichten. Auch ist es denkbar, zu Beginn des Verfahrens eine Waschung des Sandes vorzunehmen. Dabei kann eine Abtrennung des Feinstkornes sowohl in der Waschung als auch in der Trocknung erfolgen. Die Abtrennung von Grobgut könnte durch eine Kontrollsiebung nach der Trocknung erfolgen.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den nebengeordneten Patentansprüchen jeweils nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wiederaufbereitung einer Kern- /Formsandmischung, das die Hauptverfahrensschritte wiedergibt,
Fig. 2 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei der Auftrennprozess der Suspension besonders detailliert dargestellt ist,
Fig. 3 eine beispielhafte Darstellung von Hydrozyklonen,
Fig. 4 eine Auftragung der Trennkurve T(x) für den Fall einer Kreuzschaltung von Hydrozyklonen,
Fig. 5 die Darstellung eines Vakuumplanfilters,
Fig. 6 die Darstellung eines Vakuumbandfilters,
Fig. 7 die Darstellung einer Schwingzentrifuge, Fig. 8 die Darstellung einer Schubzentrifuge,
Fig. 9 die Darstellung einer Siebschneckenzentrifuge,
Fig. 10 die Darstellung einer Filterpresse,
Fig. 11 die Darstellung eines Schichtenfilters mit Vorabscheidestufe,
Fig. 12 die Darstellung eines Scheibendruckfilters „Contiflux" mit behinderter Kuchenbildung, (Bauart Schenk),
FigT 13 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem zwei Hydrozyklone verwendet werden,
Fig. 14 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Hydrozyklonstufe durch einen Aufstromklassierer ersetzt ist,
Fig. 15 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei für die Abriebtrennung ein kontinuierlicher Scheibendruckfilter vorgesehen ist, und
Fig. 16 ein Schaltbild eines letzten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, das sich grundlegend von den bisherigen Ausführungsbeispielen unterscheidet, bei dem nämlich davon ausgegangen wird, dass mit einem genügend hochkonzentrierten Wasserglaskreislauf gearbeitet wird, der eine Aufkonzentrierungsstufe durch Membranfiltration oder Eindampfen überflüssig machen könnte.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wiederaufbereitung einer Kern-/Formsandmischung.
Nach der mechanischen Zerkleinerung der Gussformen werden deren Bruchstücke durch Zuführung von Wasser suspendiert. Hierbei kann die Wärme der noch aus dem Gussvorgang heißen Formen genutzt werden, um die Lösevorgänge zu verbessern.
Nach dem Löseprozess erfolgt die Trennung, wobei davon ausgegangen werden kann, dass im Trennprozess neben der Abtrennung des inaktiven Binders auch ein kleiner Teil des Sandes und Wasserglases verloren gehen, weil auch evtl. nicht auflösbare Agglomerate ausgeschleust werden und eine vollständige Separierung des Wasserglases technisch nicht realisierbar ist.
Dem Trennprozess muss ggf. zur Auswaschung der Feststoffe zusätzlich Wasser zugeführt werden.
Das im Trennprozess abgetrennte Wasser könnte intern im Kreislauf wieder verwendet werden.
Ein Teil des Wassers wird mit den abgetrennten Feststoffen als Restfeuchte ausgetragen.
Ein weiterer Teilstrom kann zur erneuten Formsandbereitung verwendet werden.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass ein Teil des Wassers mit der Wasserglaslösung und dem noch Feuchtigkeit enthaltenden Sand zurückgeführt wird.
Die Formsandmischung muss ggf. schließlich um die verloren gegangenen Mengen an Sand und Wasserglas ergänzt werden.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei der Auftrennprozess der Suspension besonders detailliert dargestellt ist.
Es wird zunächst davon ausgegangen, dass beim Löseprozess ein gewisser kleiner Anteil von nicht auflösbaren Agglomeraten zurückbleibt, der ausgeschleust werden muss. Die in die Formsandmischung zurückgeführten Stoffströme sollen weitestgehend von inaktivem Binder freigehalten werden, um diesen sich nicht im Kreislauf anreichern zu lassen und damit die Qualität der Gussformen zu mindern.
Wenn in der Praxis diese Forderung z.B. durch unvollständige Ablösung des inaktiven Binders von den Sandkornoberflächen nicht ausreichend erfüllbar ist, muss fortlaufend ein Teil des zurückgeführten Sandes ausgetauscht werden.
Im Falle der Forderung nach vollkommen trockenem Sand müsste am Ende des
Sandabtrennungs- und Waschprozesses ein thermischer Trockner vorgesehen werden.
Der Trennprozess beginnt mit einer trockenen Zerkleinerung der noch vom Guss heißen Form durch Vibration (3).
Nach der Zerkleinerung wird der gesamte Feststoff durch Wasserzugabe dispergiert und in eine Suspension überführt (4).
Eine trockene Sichtung des zerkleinerten Materials, bei der neben Bruchstücken des übertrockneten Binders auch ein Teil des noch aktiven Binders entfernt würde, entfällt hier vollständig.
Weitgehend parallel zur Dispergierung setzt der Lösevorgang (5) ein, der das noch aktive, aber zunächst noch in fester Form vorliegende Wasserglas in Lösung bringt.
Bei diesem Vorgang zerfallen noch weitere zusammenhängende Bruchstücke der zerkleinerten Gussform.
Der Lösevorgang wird bei höherer Temperatur erleichtert und beschleunigt.
Die dafür erforderliche Wärme wird dem heißen Gusskern entzogen und ggf. noch ergänzend von außen zugeführt.
Dem Lösevorgang nachgeschaltet bzw. überlagert wird eine Sandreinigung (6), bei der die Oberflächen der Sandkörner reibend beansprucht werden. Durch die aneinander reibenden Sandpartikeln werden anhaftende unlösliche Binderreste von den Oberflächen gelöst, ohne den Sand selbst nennenswert zu zerkleinern.
Mit der Sandreinigung ist der Aufschlussprozess abgeschlossen und es beginnt der Trennprozess.
In der Suspension liegen jetzt drei Fraktionen von Feststoff vor.
Die mengenmäßig größte Fraktion wird durch den weitgehend gereinigten Sand repräsentiert.
Eine zweite und sowohl mengenmäßig und auch bezüglich der Partikeldurchmesser wesentlich kleinere Fraktion stellt der aus dem Prozess auszuschleusende Abrieb dar.
Dieses Material unterscheidet sich vom Sand weiterhin durch eine kleinere spezifische Dichte.
Die dritte Fraktion besteht aus evtl. vorhandenen Restagg lomeraten des Sandes, welches sich durch den Löse- und Reinigungsprozess nicht haben auflösen lassen.
Der Anteil dieser Restagglomerate an der gesamten Feststoffmenge hängt eng mit der Effizienz des Löse- und Reinigungsprozesses zusammen. Er wird aber relativ gering ausfallen, wenn er nicht sogar durch eine entsprechend intensive Beanspruchung ganz vermieden werden kann.
Die Restagglomerate sind aus dem rückzuführenden Stoffstrom auszuschleusen.
Die erste Aufgabe im Trennprozess besteht dann darin, diese drei Fraktionen unterschiedlichen Feststoffes zu sortieren bzw. zu klassieren.
Im ersten Sortier/Klassier-Schritt (7) werden die groben Agglomerate abgetrennt.
Hier muss festgelegt werden, bei welcher Partikelgröße der Trennschnitt genau gelegt werden muss. AIs Grobfraktion werden die Agglomerate mit einem geringen Mengenanteil des Wassers und darin gelöstem Wasserglas abgetrennt.
Da der Klassierschritt keine ideal scharfe Trennung darstellt, gelangt auch ein geringer Teil Sand und Abrieb mit in die Grobfraktion. Außerdem bestehen die Agglomerate selbst aus Sandpartikeln und unlöslichem Wasserglas.
Die Feinfraktion aus dem Sortier/Klassier-Schritt (7) enthält neben dem Sand und dem Abrieb den Hauptteil des gelösten Wasserglases.
Zur Gewinnung des noch in der groben Agglomeratfraktion enthaltenen Wasserglases wird diese abgetrennt, gewaschen und entfeuchtet (8).
Das Waschwasser/Wasserglas-Gemisch wird in die Aufkonzentrierungsstufe (12) geleitet, wo das Wasserglas konzentriert und überschüssiges Wasser abgetrennt werden.
Die Feinfraktion aus dem ersten Sortier/Klassier-Schritt (7), welche den Sand, den Abrieb, und die Hauptmengen an Wasser und gelöstem Wasserglas enthält, wird in den zweiten Sortier/Klassier-Schritt (9) geführt, wo der Abrieb als Feinfraktion abgetrennt wird.
Die Feinfraktion enthält den größeren Teil des Wassers und das darin gelöste Wasserglas.
Auch hier schließt sich daher ein Trenn-, Wasch- und Entfeuchtungsschritt (10) an, aus dem der Abrieb als wasserfeuchter Feststoff aus dem Prozess ausgeschleust wird.
Das Wasser mit dem darin gelösten Wasserglas wird wie zuvor in die Aufkonzentrierung (12) geleitet.
Die Grobfraktion aus dem Sortier/Klassier-Schritt (9) enthält im Wesentlichen den Sand, Wasser und gelöstes Wasserglas. Der Sand wird abgetrennt, gewaschen und entfeuchtet (11 ) und als wasserfeuchtes Schüttgut zurück zur Formsandmischung geführt.
Die abgetrennte verdünnte Wasserglaslösung fließt der Konzentrierung (12) zu.
Hier wird das gelöste Wasserglas auf einen zu bestimmenden Wert aufkonzentriert und dann wie der Sand zurück zur Formsandmischung geführt.
Das abgetrennte Wasser kann im Prozess wieder verwendet werden.
Wasserglas als konzentrierte Lösung besitzt eine Dichte von ca. 1 ,37g/cm3, eine Viskosität von ca. lOOmPas, einen Feststoffgehalt von ca. 35% und ist basisch.
Das trockene und vorzerkleinerte Material kann zusammen mit Wasser in eine Attri- tionsmaschine mit hintereinander geschalteten Rührerzellen gegeben werden.
Das zugeführte Wasser wird vorzugsweise nicht frisch zugeführt, sondern aus dem Prozess entnommen und zurückgeführt.
In einer Attritionsmaschine wird bei hoher Feststoff konzentration gearbeitet, um die gegenseitige Reibung der Partikeln aneinander zu fördern.
Jede Zelle besitzt ein Rührwerk mit mehreren Rührebenen, deren Arbeitsrichtung jeweils entgegengesetzt ist, so dass sich die Fließrichtung der Suspension von Ebene zu Ebene umdreht und eine sehr intensive Reibung zwischen den Partikeln erzeugt.
Durch Hintereinanderschaltung von Zellen wir die Beanspruchungsdauer vergrößert und ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht.
Die für die Sandaufbereitung notwendigen Durchsätze bis hin zu mehreren Dutzend t/h stellen für diese Technik kein Problem dar.
Die Beanspruchung des Feststoffes in einer Attritionsmaschine kann so intensiv gewählt werden, dass sich Restagglomerate ggf. ganz vermeiden lassen. In diesem FaII würde die Attritionsmaschine die Arbeitsschritte (4), (5), (6) aus Fig. 2 in einem einzigen Aggregat zufassen und die Schritte (7) und (8) überflüssig machen. Zur Sicherheit könnte der Attritionsmaschine ein Bogensieb nachgeschaltet werden, um einzelne Restagglomerate sicher abzutrennen.
Die Attrition ist ein für die Größe der hier zu reinigenden Partikel geeignetes Verfahren.
Aus der Mineralaufbereitung bekannte Waschtrommeln, welche das zu reinigende Gut spiralig durch eine sich drehende Trommel fließen lassen und durch entsprechende Umlenkungen mittels Leitblechen ebenfalls Reibung zwischen den Partikeln erzeugen, sind eher für gröbere Körnungen geeignet als hier beim Sand vorliegt.
Nach der Attrition liegt nun eine hochkonzentrierte Suspension vor, aus der im nächsten Schritt der aus inaktivem Binder bestehende Abrieb entfernt werden muss.
Da nach bisheriger Information eine deutliche Bimodalität zwischen dem Sand und der Abriebfraktion besteht, die Partikelgrößenverteilungen sich also deutlich unterscheiden, erscheint eine Trennung mittels Hydrozyklon gemäß Fig. 3 erfolgversprechend.
Bei einem Trennkorn von etwa 50μm können dafür Hydrozyklone mit einem Druckverlust von ca. 1 ,1 bar und Durchsätzen von ca. 75 m3/h eingesetzt werden.
Wenn ein einzelner Zyklon nicht mehr ausreicht, den gesamten Förderstrom zu verarbeiten, werden auch Multizyklone eingesetzt, d.h. parallel geschaltete Zyklone gleicher Größe.
Die Trennwirkung des Hydrozyklons ist umso besser, je stärker die zu klassierende Suspension verdünnt ist.
Dies läuft nun der Forderung nach einer möglichst hoch konzentrierten Wasserglaslösung zuwider, muss aber in gewissem Rahmen akzeptiert werden, um den Abrieb sauber aus dem Sand abtrennen zu können. Hier kommt noch hinzu, dass die Viskosität der Suspensionsflüssigkeit je nach Wasserglasgehalt gegenüber reinem Wasser erhöht sein wird, was den Trennvorgang im Hydrozyklon negativ beeinflusst.
Die aus der Attrition kommende hochkonzentrierte Suspension muss also vor der Zyklonaufgabe ggf. zunächst mit Zusatzwasser verdünnt werden und kann dann im Hydrozyklon (9) getrennt werden.
Im hochkonzentrierten Unterlauf des Hydrozyklons wird der Sand abgetrennt und im gering konzentrierten Überlauf verlässt der Abrieb mit dem Hauptteil der Flüssigkeit den Zyklon.
Ein Hydrozyklon ist zwar ein relativ trennscharfes, aber nicht perfekt trennscharfes Gerät. Je größer die Zulaufkonzentration aus Gründen der Gewinnung einer möglichst hoch konzentrierten Wasserglaslösung gewählt wird, desto unschärfer wird die Trennung.
Dies bedeutet, dass der „tote Fluss", d.h. der Austrag von Abrieb in der Sandfraktion und der Verlust von Sand mit dem Abrieb im Überlauf ansteigen.
Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Trennschärfe besteht in einer Kombination von Hydrozyklonen in einer sog. Kreuzschaltung, wie sie in Fig. 4 dargestellt wird.
Die Trennleistung eines Hydrozyklons wird dabei durch die Trennkurve T(x) und die Imperfektion I gekennzeichnet.
Die Trennkurve T(x) gibt für jede Partikelgröße x an, welcher Mengenanteil dieser Partikelgröße im Vergleich zu seiner Menge im Aufgabegut ins Grobgut G in den Zyklonunterlauf gelangt.
Idealerweise erhielte man eine Stufenfunktion mit einem Sprung von T(x)=0 auf T(x)=1 bei der Trennkorngröße xt. Dies würde bedeuten, dass alle Partikeln mit x<xt in den Überlauf und damit ins Feingut F gelangen und alle Partikeln mit x>xt in den Unterlauf, d.h. ins Grobgut.
In der Realität ist die Trennkurve geneigt und die Trennkorngröße x, wird bei T(x) =0.5 festgelegt, d.h. diese Partikelgröße findet sich zu gleichen Teilen im Über- und im Unterlauf.
Die Imperfektion kennzeichnet die Neigung der Trennkurve und damit die Trennschärfe. Je größer dieser Wert wird, desto schlechter ist die Trennschärfe.
Wird ein Hydrozyklon mit relativ offenem Unterlaufventil betrieben, so entsteht der sog. „Schirmaustrag".
Bei dieser Variante wird relativ viel Feingut (Abrieb) mit in den Unterlauf (Sand) gerissen.
Der Überlauf enthält dafür das Feingut in sehr reiner Form.
In der Trennkurve ist dies daran zu erkennen, dass der Abscheidegrad T(x) auf der Feingutseite ansteigt.
Drosselt man nun den Zyklonunterlauf, so staut man gewissermaßen Grobgut zurück. Es entsteht der sog. „Strangaustrag" mit deutlich höherer Feststoff konzentra- tion als beim Schirmaustrag.
Diese Betriebsvariante führt zu einem hochkonzentrierten und sehr sauberen Grob- gutaustrag.
Allerdings gelangen hierbei vermehrt grobe Teilchen (Sand) mit dem Feingut (Abrieb) in den Überlauf.
In der Trennkurve erkennt man dies daran, dass der Abscheidegrad auf der Grobgutseite etwas absinkt. Man kann nun die Vorteile beider Betriebsarten in einer Kombinationsschaltung derart verbinden, dass eine maximale Trennwirkung erzielt wird.
Hierzu wird das Aufgabegut aus der Attrition einem Zyklon mit Schirmaustrag zugeführt, dessen Aufgabe es ist, sauber abgetrennten Abrieb zu entfernen.
Der nicht perfekt getrennte Unterlauf dieser Zyklonstufe, der neben dem Sand auch noch Reste des Abriebes enthält, muss durch Zusatzwasser verdünnt (gewaschen) werden und fließt dem zweiten Zyklon mit Strangaustrag zu.
Hier wird der durch die Verdünnung mit dem frischem und von außen zugeführtem Zusatzwasser vorgewaschene Sand in maximal vom Abrieb befreiter Form im Unterlauf abgeführt.
Der Wasserglasgehalt im Sand ist ggf. bereits an dieser Stelle so stark reduziert, dass eine weitere Waschung nicht erforderlich ist.
Der Überlauf, der neben verdünnter Wasserglaslösung und den Resten des Abriebes auch noch einen kleinen Teil des Sandes enthält, wird zur ersten Zyklonstufe zurückgeführt.
Mit dieser stark verdünnten Suspension wird die aus der Attrition kommende hochkonzentrierte Suspension durch Vermischen ggf. schon so weit verdünnt werden, dass an dieser Stelle kein weiteres Zusatzwasser benötigt wird.
Jetzt liegen eine hochkonzentrierte und grobkörnige Sandsuspension mit stark reduziertem Gehalt an gelöstem Wasserglas und eine gering konzentrierte und feinkörnige Abriebsuspension mit dem Hauptteil des gelösten Wasserglases getrennt vor.
Alternativ zum Hydrozyklon könnte eventuell auch ein Aufstromklassierer eingesetzt werden. Diesem Gerät können relativ konzentrierte Suspensionen bis etwa 1000 g/l zugeführt werden. Die zu klassierende Suspension wird gleichmäßig über die Behälterfläche verteilt und gelangt durch Sedimentation in einen von außen zugegebenen und vertikal nach oben gerichteten Wasserstrom. Entsprechend der Absetz- geschwindigkeit sinken dabei die gröberen bzw. schwereren Sandkörner nach unten und bilden über dem Düsenboden eine Wirbelschicht. Das Aufstromwasser wird unter konstantem hydraulischen Druck aufgegeben. Bei der Entschlämmung/ Klassierung wird die aus den kleineren bzw. leichteren Abriebteilchen bestehende Feinfraktion mit dem Wasser nach oben ausgetragen und fließt in eine Überlauf- sam- melrinne ab. Der Austrag der groben Sandfraktion erfolgt in hoher Konzentration über Ventile im Boden des Aufstromklassierers.
Die Aufstromgeschwindigkeit muss wenig größer als die Sinkgeschwindigkeit des größten Abriebteilchens sein, um dieses noch entfernen zu können. Um den Sand in ein feuchtes Schüttgut zu überführen, bietet sich in erster Linie ein Verfahren zur Kuchenfiltration an.
Die relativ hohe Suspensionskonzentration in Verbindung mit relativ großen Partikeldurchmessern führt zu einer für eine kontinuierliche Vakuumfiltration ausreichenden Filterkuchenpermeabilität.
Weiterhin ist eine Kapillardruckverteilung in den Poren des Filterkuchens zu erwarten, welche eine ausreichende Entfeuchtung des Kuchens durch das Vakuum zu- lässt.
Als Randbedingung für das auszuwählende Trennverfahren wäre noch eine wahrscheinlich ausgeprägte und vergleichsweise schnelle Sedimentation des Feststoffes und gegebenenfalls die Möglichkeit für eine weitere Nachwaschung des Sandes zu nennen.
Als Alternativen kommen hier in erster Linie Vakuumfilter oder Filterzentrifugen in Frage.
Vakuumplanfilter (vgl. Fig. 5) oder ein Vakuumbandfilter (vgl. Fig. 6) sind die kontinuierlichen Filter der Wahl, weil beide als Horizontalfilter in Richtung der Schwerkraft filtrieren und damit das Sedimentationsproblem vermeiden.
Das Vakuumbandfilter ist der sowohl deutlich teurere als auch deutlich mehr Aufstellfläche benötigende Apparat. Das Bandfilter ist besonders dann geeignet, wenn der Feststoff sehr intensiv und möglichst im Gegenstrom gewaschen werden muss. Eine intensive Wäsche ist im hier vorliegenden Fall für den Sand aber nicht mehr unbedingt erforderlich.
Beim Vakuumplanfilter besteht im Vergleich zum Bandfilter die Notwendigkeit, beim Kuchenaustrag eine dünne Produktgrundschicht auf dem Filtermedium stehen zu lassen, um durch die Austragsschnecke das Filtermedium nicht zu verletzen.
Mit wachsender Filtrationszeit kann sich diese Grundschicht sukzessive durch Feinteilchen verstopfen und muss dann von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden.
Da der Feinkornanteil hier aber zuvor in der Hydrozyklonstufe abgetrennt wurde, ist die Gefahr einer Grundschichtverstopfung gering.
Bei modernen Planfiltern kann auch eine automatisierte Grundschichtregenerierung vorgenommen werden.
Ausgesprochen positiv ist die ausgezeichnete Filtratklarheit durch die „Precoatie- rung" des Filtergewebes zu sehen, welche eine weitere Nachreinigung des Filtrates entweder überflüssig macht oder die Standzeit eines nachgeschalteten Feinstfilters erheblich verlängern würde.
Eine Nachreinigung des Filtrates ist hier ggf. nicht erforderlich, wenn die Flüssigkeit zur Suspendierung des Formsandes zurückgeführt wird.
Kontinuierliche Vakuumfilterbauarten, wie das Trommel- oder das Scheibenfilter sind grundsätzlich ebenfalls einsetzbar, erscheinen aber problematischer, weil sie den Kuchen entgegen der Schwerkraft ansaugen und daher Probleme mit dem aus- sedimentierenden Sand entstehen könnten.
Alternativ könnten auch Zentrifugen eingesetzt werden.
Bei kontinuierlich arbeitenden Filterzentrifugen kommen Schwing- (Fig. 7) oder Schub- (Fig.8), bzw. Siebschneckenzentrifugen (Fig. 9) in Frage. Die zur Trennung notwendigen Kräfte werden hier nicht durch die Erzeugung einer Gasdruckdifferenz (Vakuum), sondern durch Beschleunigung der gesamten Suspension im Fliehkraftfeld erzeugt.
Der Zentrifuge kommt auch die hohe Unterlaufkonzentration aus dem Zyklon entgegen und eine Nachwäsche des Sandes wäre gegebenenfalls auch möglich. Negativ zu Buche schlagen ggf. die relativ hohen Reibkräfte zwischen Produkt und Sieb, was besonderen Verschleißschutz erfordert und ein relativ trübes Filtrat infolge der üblicherweise relativ offenen metallischen Filtersiebe.
Auch hier stellt trübes Filtrat kein Problem dar, wenn es in die Suspendierung des Formsandes zurückgeführt wird.
Der Transport des Feststoffes erfolgt im konischen Siebkorb der Schwingzentrifuge durch Einleiten von Vibration zur Überwindung der Haftreibung zwischen Sand und Siebkorb. Für eine Schwingzentrifuge ist der Sand ggf. zu feinkörnig, so dass eine der beiden anderen Zentrifugen vorzugsweise die Schubzentrifuge gewählt werden könnte.
Bei der Schub- und Siebschneckenzentrifuge wird der Feststoff zwangsweise durch einen axial oszillierenden Schubboden oder durch eine mit Differenzdrehzahl zur Siebtrommel laufende Transportschnecke gefördert.
Durch eine konische Gestaltung der Trommel bei der Siebschneckenzentrifuge und eine mögliche zylindrisch/konische oder mehrstufige Trommel bei der Schubzentrifuge wird der Feststofftransport erleichtert. Da der abzutrennende Sand ein hohes Verschleißpotential besitzt, ist die Schubzentrifuge gegenüber der Siebschneckenzentrifuge evtl. zu bevorzugen.
Der auf dem Filter oder der Zentrifuge entfeuchtete Sand kann nun als feuchtes Schüttgut in die Formsandmischung zurückgeführt werden.
Nun muss noch der Überlauf aus der ersten Zyklonstufe aufbereitet werden, welcher die Hauptmenge des gelösten Wasserglases und den Abrieb in Form einer relativ stark verdünnten Suspension sehr kleiner und schwer filtrierbarer Teilchen enthält.
Hier könnte bei genügender Menge an abzutrennendem Feststoff (10) ein diskontinuierliches Druckfilter, wie etwa eine Filterpresse (Fig. 10) eingesetzt werden, welche gegebenenfalls sehr gute Möglichkeiten zur Nachwaschung und zur Nachentfeuchtung des Filterkuchens besitzt.
Besonders effizient arbeitet die Filterpresse, wenn die Filterkammern mit einer Pressmembran ausgerüstet sind. Der Feststoff kann dann in Form eines feuchten Schüttgutes ausgeschleust werden.
Das Filtrat kann bedingt durch den Filtrationsprozess noch eine geringfügige Trübung aufweisen.
Zur Rückgewinnung des gelösten Wasserglases muss das Filtrat schließlich noch einer Feinstreinigung unterzogen werden, die beispielsweise mittels eines diskontinuierlichen Schichtenfilters (Fig. 11) realisiert werden kann.
Die Filterschichten müssen nach der Erschöpfung ihrer Reinigungswirkung gegen neue Schichten ausgetauscht werden.
Das partikelfreie Filtrat enthält nun die Hauptmenge des gelösten Wasserglases und kann für die Wiederverwendung aufkonzentriert werden (12).
Sofern sich die Menge an Abrieb als ausreichend klein erweisen und in sehr verdünnter Suspension vorliegt, kann u.U. auf die Filterpresse ganz verzichtet werden und ein Schichtenfilter mit Vorabscheidestufe, wie in Fig. 11 dargestellt, kann die gesamte Abscheidung und Reinigung übernehmen.
Wenn die Konzentrierung des Wasserglases nicht bei einem Hersteller von Wasserglas sondern vor Ort erfolgen soll, ist entweder eine thermische Eindampfung oder ein mechanisches Membrantrennverfahren in Form einer Nanofiltration oder einer Umkehrosmose vorstellbar. Ein Vorteil der Schichtenfilter ist der einfache Aufbau. Nachteil ist die diskontinuierliche Betriebsweise und der zusätzliche Verbrauch an Filterschichten.
Eine Alternative hierzu wäre gemäß Fig.12 der Einsatz eines Scheibendruckfilters mit behinderter Kuchenbildung „Contiflux", Bauart Schenk.
Dieses Filter wird u.a. zur Filtration schwer filtrierbarer organischer Trübstoffe eingesetzt. Der sich auf den langsam drehenden Filterscheiben bildende Filterkuchen wird durch feststehende radiale Schaber bis auf eine verbleibende Grundschicht immer wieder entfernt. Durch die Precoatierung der Filteroberfläche mit einer Produktschicht entsteht dadurch ein sehr klares Filtrat und man kann kontinuierlich filtrieren, da die sich immer weiter aufkonzentrierende Suspension im Kessel immer wieder entnommen werden kann.
Als weitere Alternative zur Aufkonzentrierung der verdünnten Abriebsuspension kommt schließlich ein Rückspülfilter mit entsprechend feinporigem Filtermedium (z.B. Poropiate) in Frage.
Das Konzentrat kann dann mittels einer Filterpresse nachentfeuchtet werden.
Mit der Abtrennung des Abriebes und der Aufkonzentrierung der Wasserglaslösung könnte ein denkbares Schaltbild der Sandaufbereitung die in Fig. 13 skizzierte Form annehmen.
Auf die Einfügung von Zwischenbehältern bzw. eine Auftrennung der diskontinuierlichen Filterpresse und des Schichtenfilters in jeweils zwei parallele Apparate zur kontinuierlichen Fahrweise wurde hier der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
Die Zugabe von Frischwasser erfolgt nach dieser Variante ausschließlich in der zweiten Hydrozyklonstufe.
Eine Ausschleusung von Abfallprodukten findet nach der Filterpresse und nach dem Schichtenfilter statt. Sand und Wasserglas werden zurückgeführt und müssen in der Formsandbereitung entsprechend den im Prozess aufgetretenen kleinen Verlusten ergänzt werden.
Wie bereits erwähnt, könnte sich die Menge des zu entfernenden Abriebes als so klein erweisen, dass eine Vereinfachung durch Weglassung der Filterpresse möglich wäre.
In Fig.14 wird diese vereinfachte Variante dargestellt. Hier wird die Hydrozyklon- stufe durch einen eventuell auch möglichen Aufstromklassierer ersetzt. Auch hier wird das notwendige Frischwasser an dieser Stelle dem Prozess zugeführt.
Es wird für den Aufstromklassierer mehr Zusatzwasser benötigt als bei der Hydro- zyklonvariante. Der Trenneffekt wird hier allein durch die Strömungsgeschwindigkeit des Aufstromwassers bewirkt, die größer sein muss als die Sinkgeschwindigkeit der größten Abriebteilchen.
Im Falle des Hydrozyklons ist das Wasser nur Trägermedium und die Trennwirkung wird durch die im Wirbel erzeugten Zentrifugalkräfte erzielt.
In jedem Fall entlastet die Variante mit dem geringeren Bedarf an Zusatzwasser die Membranfiltration, weil die Wasserglaslösung so wenig verdünnt werden sollte wie möglich.
Das für die Suspendierung und Lösung erforderliche Wasser wird auch bei dieser Schaltungsvariante intern im Prozess zurückgeführt und setzt sich aus dem Filtrat der Sandabtrennung und dem in der Membranstufe zurückgewonnenen Wasser zusammen.
In der in Fig.15 dargestellten Schaltungsvariante 3 wird für die Abriebtrennung das kontinuierliche Scheibendruckfilter vorgesehen.
Das abgetrennte Konzentrat wird in einer nachgeschalteten Filterpresse maximal entfeuchtet. Auf eine Nachwaschung des abgepressten Abriebmaterials wird verzichtet und das gewonnene Filtrat wird zum Einlauf des Scheibendruckfilters zurückgeführt. Die Variante 4 in Fig.16 unterscheidet sich grundlegend von den drei bisherigen Möglichkeiten.
Hier wird nun davon ausgegangen, dass mit einem genügend hochkonzentrierten Wasserglaskreislauf gearbeitet wird, der eine Aufkonzentrierungsstufe durch Membranfiltration oder Eindampfen überflüssig macht.
Zunächst erfolgt für diese Betrachtung eine Bilanzierung der Stoffverluste im Pro- zess, welche ersetzt werden müssen:
Wasserglas:
Übertrocknung beim Guss
Nicht vollkommene Auswaschung des Abriebes in der Filterpresse
Wasser:
Verdampfung beim Trocknen der Gussform
Restfeuchte des Abriebes nach der Filterpresse
Sand:
Unvollkommene Trennung in der Hydrozyklon- oder Aufstromklassierung und Austrag mit dem Abrieb aus der Filterpresse.
Das verlorengegangene Wasser kann an der Filterpresse wieder zugeführt werden, wo es zum Waschen des Filterkuchens verwendet wird, um Reste von Wasserglas zurückzugewinnen. Diese verdünnte Lösung wird in die Suspendierung der zerkleinerten Gussformen zurückgeführt, um dort einen möglichst großen Konzentrationsgradienten zu erzeugen, der eine erneute Auflösung des getrockneten Wasserglases begünstigt. Da diese Flüssigkeitsmenge ggf. noch nicht ausreicht, um die vollständige Suspendierung zu ermöglichen, kann intern weitere Flüssigkeit an diese Stelle zurückgeführt werden.
Das verlorengegangene Wasserglas wird als Lösung zusammen mit dem zu ergänzenden Sand der Zulaufleitung für das Filter beigemischt.
Eine weitere interne Flüssigkeitsrückführung ist in der Klassierstufe möglich, um die Suspensionskonzentration abzusenken bzw. um Aufstromflüssigkeit zur Verfügung zu haben oder den Hydrozyklonzulauf entsprechend verdünnen zu können.
Mögliche Quellen für die innere Flüssigkeitsrückführung sind das Filtrat aus der Sandabtrennung und das Filtrat aus dem Scheibendruck- bzw. Rückspülfilter. Der innere Flüssigkeitskreislauf sollte in der Lage sein, das getrocknete und noch aktive Wasserglas wieder in der Lösung aufzunehmen. Die Wasserglaskonzentration wird durch die Verhältnisse bei der Formsandmischung bestimmt. Wenn die Wasserglaslösung am Sandfilter bereits die richtige Konzentration besitzt, dann wird eventuell die richtige Menge an Wasserglas schon mit der Restfeuchte des Filterkuchens ausgetragen und es muss praktisch keine weitere Wasserglaslösung zugesetzt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Wiederaufbereitung einer Kern-/Formsandmischung, umfassend die Verfahrensschritte:
- Mechanische Zerkleinerung der Gießkerne/-formen in Bruchstücke,
- Suspendierung der Bruchstücke,
- Auftrennen der Suspension in ihre Bestandteile,
- Bereitstellen einer gebrauchsfertigen Kern-/Formsandmischung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kern- /Formsandmischung Kem-/Formsand, Wasser und ein Bindemittel, bevorzugt ein anorganisches Bindemittel, insbesondere Wasserglas, aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Zerkleinerung durch Vibration erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen der Suspension in ihre Bestandteile unter Zugabe von Wasser erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit oder nach der Suspendierung der noch aktive Anteil des Bindemittels gelöst wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen einen oder mehrere Sandreinigungsschritte aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen einen oder mehrere Attritionssch ritte aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen einen oder mehrere Sortierungs-/Klassierungsschritte aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen einen oder mehrere Abtrenn- und/oder Waschschritte aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen einen oder mehrere Konzentrierungsschritte aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftrennen der Suspension erhaltenes Wasser zur Suspendierung, zum Auftrennen oder zum Bereitstellen einer gebrauchsfertigen Kern-/Formsand-mi- schung verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Bereitstellen einer gebrauchsfertigen Kern-/Formsandmischung frisches Bindemittel und/oder frisches Wasser zugeführt wird.
13. Vorrichtung zur Wiederaufbereitung einer Kern-/Formsandmischung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, umfassend:
- einen oder mehrere Zerkleinerer,
- eine oder mehrere Suspensionsstrecken,
- eine Auftrennstrecke für die Suspension.
14. KernVFormsandmischung für Gießereizwecke, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, umfassend:
- Kern-/Formsand,
- Bindemittel,
- Wasser.
15. Kern-/Formsandmischung nach Patentanspruch 14, gekennzeichnet durch ein Bindemittel auf Basis von Wasserglas.
16. Kern-/Formsandmischung nach Patentanspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch ein dünnflüssiges Bindemittel.
17. KernVFormsandmischung nach einem der Patentansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch Natronlauge (NaOH).
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