WO2010079240A2 - Abrasivmaterial - Google Patents

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WO2010079240A2
WO2010079240A2 PCT/EP2010/050307 EP2010050307W WO2010079240A2 WO 2010079240 A2 WO2010079240 A2 WO 2010079240A2 EP 2010050307 W EP2010050307 W EP 2010050307W WO 2010079240 A2 WO2010079240 A2 WO 2010079240A2
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abrasive
titanium
titanium dioxide
digestion residue
jet cutting
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WO2010079240A3 (de
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Gerhard Auer
Hans-Jürgen OEXL
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Tronox Pigments Gmbh
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Publication date
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts
    • B24C11/005—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts of additives, e.g. anti-corrosive or disinfecting agents in solid, liquid or gaseous form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
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    • C01G23/053—Producing by wet processes, e.g. hydrolysing titanium salts
    • C01G23/0532—Producing by wet processes, e.g. hydrolysing titanium salts by hydrolysing sulfate-containing salts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
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    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions

Definitions

  • the invention is directed to a method for producing an abrasive material. Furthermore, the invention is directed to an abrasive as well as the use of a digestion residue product obtained or obtained from the extraction of titanium-containing raw material. Finally, the invention is directed to an abrasive jet cutting method, in particular
  • Water abrasives jet cutting in which a piece of material is processed by means of an added fluid high pressure jet having abrasive material.
  • Abrasive jet cutting in particular water abrasive cutting, is a process that has proven itself in practice for years.
  • water jet cutting the material to be processed is processed by a high-pressure water jet.
  • This jet has a pressure of up to 6000 bar, which is cut for economic reasons usually with a pressure between 3200 and 3800 bar. Exit speeds up to 1000 m / s are achieved.
  • a jet a so-called abrasive, is often added to the jet to increase the cutting performance. By adding such an abrasive, it is possible to cut harder materials that are not separable with pure water jet or their treatment with pure water is not economical.
  • a water abrasive jet apparatus has a cutting head which basically comprises the pure water focussing nozzle, abrasive mixing chamber and abrasive focussing / focussing tube components.
  • the highly compressed pure water jet is formed, to which the abrasive agent is added in the abrasive mixing chamber, so that the water-abrasive mixture is then passed through an abrasive focusing nozzle / focusing tube the water abrasive jet cutter leaves.
  • the ancestral agent can be metered in a CNC-controlled manner and fed to the cutting head, either with air as carrier or in suspension.
  • a composition of about 90% air, 8% water and 1% abrasive is produced as a cutting jet
  • a composition of about 97% water and 3% abrasive is produced as a cutting jet.
  • Garnet or corundum, but also so-called Barton Gamet Fe 3 Al 2 (SiO 4 ) S , silicon carbides or aluminum oxides are used as ancestral agents.
  • the size of the grains of the abrasive materials used is usually between 70 to 200 microns.
  • An abrasive material (usually a mineral solid) is called an abrasive material.
  • the medium used for cutting for example a liquid or a suspension containing abrasive material, is referred to as an antiabrasion agent.
  • a problem with water abrasive blast cutting is the disposal of the resulting sludge, which is formed from spent abrasive and separated components of the material to be cut.
  • the water jet provided with abrasive material is collected together with the material particles formed during the machining of the workpiece to be machined after cutting. This mixture must either be disposed of or treated.
  • plastic particles or certain metal particles eg, chromium or other heavy metals containing particles
  • water abrasive cutting or mixtures thereof can be problematic.
  • Schmiedezunders often not sufficient if the materials to be cut are particularly hard or extra thick.
  • the invention is based on the object, a
  • Claim 24 solved. Finally, the object is also achieved by an abrasive jet cutting method according to claim 27.
  • the object is achieved in that the Abrasivmffen contains an abrasive material containing at least 5 wt .-% TiO 2 , preferably 25 to 85 wt .-% TiO 2 .
  • the inventive abrasive material containing at least 5 wt .-% TiO 2 , preferably 25 to 85 wt .-% TiO 2 .
  • the inventive abrasive material containing at least 5 wt .-% TiO 2 , preferably 25 to 85 wt .-% TiO 2 .
  • the inventive abrasive material containing at least 5 wt .-% TiO 2 , preferably 25 to 85 wt .-% TiO 2 .
  • the inventive abrasive material containing at least 5 wt .-% TiO 2 , preferably 25 to 85 wt .-% TiO 2 .
  • the inventive abrasive material containing at least 5 wt .-% TiO
  • TiC> 2 is present in the abrasive material in the rutile modification.
  • the digestion residue which is obtained in the production of titanium dioxide by the sulphate process arises in such a way that a titanium-containing starting material, especially ilmenite and / or titanium-containing slag, is digested with sulfuric acid and from the digestion solution by solids separation, in particular filtration, the digestion residue in Form of a solid-containing mass is obtained.
  • the digestion residue usually contains about 30 to 70% TiO 2 .
  • the SiO 2 -containing residue which is obtained in the production of titanium dioxide by the chloride process in the process step of chlorination, arises in such a way that a titanium-containing starting material, in particular natural or synthetic rutile or titanium-containing slag, is reacted with coke and chlorine and thereby gaseous Reaction products also incurred solid SiO 2 -containing residues, which are withdrawn either continuously or discontinuously from the chlorinating reactor.
  • a titanium-containing starting material in particular natural or synthetic rutile or titanium-containing slag
  • the abrasive material according to the invention can be collected due to the TiO 2 ⁇ content after the Wasserabrasivstrahlde in mixture with the resulting during cutting and processing of the respective workpiece waste particles and disposal a melting furnace, in particular a blast furnace, are supplied.
  • the high temperatures of a smelting furnace together with the present day on a furnace exhaust gas purification devices ensure environmentally sound disposal of the particles.
  • the iron- and titanium-containing particles of this mixture are also raw materials or additives which are used in the production of pig iron or in metal production in melting furnaces. It is therefore no longer necessary to dispose of the waste mixture (sludge) produced during abrasive jet cutting.
  • a melting furnace in particular a blast furnace.
  • a treatment in the form of a classification and / or drying can be carried out beforehand.
  • the used abrasive material can be re-introduced into the titanium dioxide production process stream.
  • nozzle diameter the diameter of the focusing tube (hereinafter referred to as nozzle diameter) through which the abrasive jet emerges to be smaller than 0.5 mm, preferably smaller than 0.35 mm, particularly preferably smaller than 0.2 mm can. In this way, smaller cutting widths, less material consumption (of abrasive and material) and a lower amount of residue can be achieved. This is particularly advantageous for thin materials.
  • the pulping residue material resulting from the production of titanium dioxide by the sulphate process is then suitable for use as an abrasive material in abrasive jet cutting, when the pulping residue product is neutralized with sodium hydroxide solution and a Abrasivstrahlschneidvorraum is supplied.
  • the neutralization with sodium hydroxide solution forms water-soluble salts which, when the digestion residue is dried, contribute to increased strength of the granulate particles formed during the drying process.
  • sodium sulfate which otherwise is washed out of the digestion residue in the conventional titanium dioxide production process, no longer needs to be washed out, but can be used directly as a useful component of the abrasive material. This results in savings in the titanium dioxide production process, which positively influence the price and thus the competitiveness of the abrasive material from digestion residue.
  • the invention therefore also provides in an embodiment that the digestion residue product prior to feeding
  • Abrasivstrahlschneidvortechnische is dried.
  • the drying is carried out by spray drying or Spimflashtrocknung, since in this way regularly shaped, about the same size and stable granules are obtained.
  • the digestion residue product is prepared in the form of a suspension and supplied to the abrasive jet cutting device in this form as an abrasive. In this way, the introduction and dosage of the abrasive by simple
  • the invention is therefore characterized in a further development in that a granular abrasive material is prepared, which has a granule particle size of 10 to 600 .mu.m, in particular 30 to 400 .mu.m, preferably 50 to 300 microns.
  • An advantage of the abrasive materials according to the invention is that the solid particles are much finer in particle size than the materials commonly used, whereby a finer water jet can be used.
  • the titanium-containing abrasive material may additionally be screened, hydrocyclone or other classifier sized to a mean particle size of less than 50 microns, preferably less than 15 microns, more preferably less than 10 microns.
  • an abrasive material is produced, the
  • the invention further provides that 0.5 to 10 wt .-%, in particular 3.0 to 7.0 wt .-% of inorganic salts are included. Also advantageous is an addition of 0.5 to 30 wt .-%, in particular 3 to 10 wt .-%, of water glass (calculated as SiO 2 and based on the water-insoluble solid) to improve the granule stability.
  • an abrasive material which contains at least 5% by weight of TiO 2 , preferably 25 to 85% by weight of TiO 2 .
  • a particularly favorable drying of the pulping residue usually present in the form of a suspension in the production of titanium dioxide by the sulphate process can be achieved in particular by spray drying, so that the invention is further distinguished by the fact that the abrasive material is produced by spray drying.
  • the abrasive abrasive SiO 2 -containing sand in particular garnet sand, is added.
  • the abrasive material in the water abrasive jet contains at least 10%, preferably at least 70%, of the titanium-containing material
  • the advantage of such a mixture may consist in achieving a higher solids content in the abrasive jet or in a wider range of variation in optimizing the overall system.
  • a titanium-containing abrasive material consisting of or containing intermediate or by-products from titanium dioxide production, in particular digestion residue, which is obtained in the production of titanium dioxide by the sulfate process, wherein the abrasive material 0.5 to 20 wt.%, In particular 3 contains up to 8% by weight of alkali metal sulphate, based on the water-insoluble solids content, and is present in dried form.
  • the titanium-containing abrasive material is preferably in the form of a granulate having an average granule particle size of 10 to 600 ⁇ m, preferably 30 to 400 ⁇ m, in particular 50 to 300 ⁇ m.
  • an abrasive agent which is in the form of a suspension which can be stabilized by an organic additive.
  • a polyacrylate which is added in an amount of 0.01% to 10%, preferably 0.5% to 4%, based on the water-insoluble solid.
  • the above object is also achieved by the use of a titanium-containing Abrasivraaterials in the form of by-products or by-products from titanium dioxide production, in particular in the production of titanium dioxide after the
  • the digestion residue produced in the production of titanium dioxide by the sulfate process (Industrial Inorganic Pigments, G. Buxbaum, G. Pfaff (ed.), 3rd edition,
  • Wiley-VCH, Weinheim 2005 in the form of a filter cake is then added e.g. neutralized with sodium hydroxide solution and then fed to a drying process, in particular a spray drying.
  • a drying process in particular a spray drying.
  • the spray-dried digestion residue product is granulated to a desired particle size, in particular between 30 and 400 ⁇ m, and then stored in a silo or bunker.
  • the abrasive material is packed in packaging containers and transported to the place of use, i. the location of an abrasive jet cutting device transported. There, it is like usual abrasive fed to a Wasserabrasivstrahlvorraum, by means of which then a material to be treated is cut.
  • the resulting water / abrasive material / product material mixture is collected and the solids content is separated from the liquid fraction.
  • the separated solid fraction is then, if appropriate after intermediate storage or drying, transported to a melting furnace, in particular a blast furnace, where it is used as an aggregate.
  • the abrasive jet contains only about 10% by weight of abrasive material. Therefore, the use of a highly concentrated abrasive material suspension which has a solids content of> 40%, preferably> 50%, is particularly advantageous > 55%. In this way, a particularly effective cutting action can be achieved.
  • the high content of abrasive material in the Abrasivmaterialsuspension is achieved in that ⁇ based on the water-insoluble solid) 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.5 to 4.0 wt .-%, of an organic dispersing aid, preferably a Polyacrylate, is added.
  • Such stable suspensions are preferably obtained with a particulate abrasive material, e.g. having a primary particle size with a dgo value of less than 50 microns, preferably less than 15 microns, more preferably less than 10 microns.
  • the neutralized suspension thus obtained was dried in a spray dryer with a spray disc.
  • granules were obtained with a mean diameter of 20 to 50 microns.
  • the resulting spray granules were used in the same way as garnet sand for water jet cutting a 25 mm thick steel plate. The speed of the cutting process was only slightly lower than when using garnet sand.
  • the resulting neutralized filter cake was admixed with 2% by weight (based on the solids content) of a polyacrylate and converted into a suspension having a solids content of 65%.
  • the titanium-containing abrasive material may be an intermediate or by-product of titanium dioxide production containing ground ilmenite or ground titanium slag.
  • the titanium-containing abrasive material may be pulping residue, which is obtained in the production of titanium dioxide by the sulfate process as an insoluble residue and is separated from the so-called black solution.
  • the titanium-containing abrasive material may contain the SiO 2 -containing residue obtained in the production of titanium dioxide by the chloride process in the step of chlorination.
  • the TiO 2 in the abrasive material in particular in the
  • the abrasive material in the water abrasive jet may consist of at least 10% by weight, preferably at least 70% by weight, of the titanium-containing abrasive material.
  • the abrasive may be supplied to the abrasive jet cutter in the form of a suspension, the step of mixing abrasive with water is no longer needed in Abrasivstrahlschneidevorraum.
  • the titanium-containing abrasive material may be made by sieving, hydrocyclone or other classifier classification to an average particle size of less than 50 micrometers, preferably less than 15 micrometers, more preferably less than 10 micrometers.
  • the sulfate salt resulting from the neutralization or partial neutralization is not removed and / or 0.5 to 30% by weight, in particular 3 to 10% by weight, of water glass (calculated as SiO 2 and based on the water-insoluble solid) is added to the final residue.
  • the titanium-containing abrasive material is converted into an aqueous suspension and this suspension is stabilized with the aid of an organic additive, preferably a polyacrylate, wherein 0.01 wt .-% to 10 wt .-%, preferably 0.5 wt .-% to 4 Wt .-%, of organic additives based on the water-insoluble solid can be added.
  • an organic additive preferably a polyacrylate, wherein 0.01 wt .-% to 10 wt .-%, preferably 0.5 wt .-% to 4 Wt .-%, of organic additives based on the water-insoluble solid can be added.
  • the abrasive may be collected after water abrasives jet cutting and optionally together with others
  • Recycling in a smelting furnace, in particular a blast furnace, are supplied, optionally before a
  • Treatment in the form of a classification and / or drying is made.
  • the titanium-containing abrasive material consisting of or containing intermediate or by-products from titanium dioxide production, in particular digestion residue, which in the production of titanium dioxide after the Sulfate obtained, may contain 0.5 to 20 wt.%, In particular 3 to 8 wt.% Of alkali metal sulfate based on the water-insoluble solids content and in dried form.
  • An abrasive material suspension may have a solids content of> 40%, preferably> 50%, more preferably> 55%, and 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 4.0% by weight, of an organic dispersing aid on the water-insoluble solid.
  • the solid obtained in the production of titanium dioxide in particular by the sulphate process after the digestion of the titanium-containing raw material by separation from the resulting titanium-containing suspension can be used as abrasive material in abrasive jet cutting, in particular water abrasive cutting.
  • the solid particles contained in the resulting solids-containing mass have a hardness which is sufficient to find use as Abrasivmaterial.
  • the thus obtained abrasive material which consists predominantly of undigested titanium-containing raw material, and thus essentially of TiO 2 and iron oxide, can after the Wasserabrasivstrahlble in admixture with the
  • Emission control devices ensure environmentally sound disposal of the particles.
  • the iron and titanium-containing particles of this mixture are also raw or aggregates, which are used in the production of pig iron or metal in melting furnaces. It is It is therefore no longer necessary to prepare the waste mixture (sludge) produced during abrasive jet cutting. It can be inexpensively supplied as aggregate in a melting process a melting furnace, in particular a blast furnace. It is also not necessary to recover the abrasive material or abrasive for cost reasons, as this arises in the production of titanium dioxide as a waste product to be disposed of (digestion residue) and can be fed directly, ie without further treatment step, a use as abrasive or abrasive material. The abrasive or abrasive material is thus available at low cost. Costs may also be more favorable than those incurred in carrying out treatment processes for the recovery of abrasive. In particular, these processing methods are just saved technically and no longer needed.
  • the abrasive can be an abrasive material which is obtained on digestion of titanium-containing raw material with sulfuric acid and 0.5 to 10 wt.%, In particular 3 to 7 wt.% Of inorganic salts, preferably well water-soluble salts, particularly preferably alkali metal sulfate.
  • the digestion residue product and thus the abrasive can furthermore contain solid particles having an average primary particle size of 1 to 50 ⁇ m, in particular 3 to 30 ⁇ m.
  • Such an abrasive is also inexpensive to produce and suitable to be used as abrasive abrasive abrasive cutting, in particular Wasserabrasivstrahlste, and it can also be disposed of environmentally friendly in a furnace, especially a blast furnace together or in admixture with further resulting in Wasserabrasivstrahlspect residue material.
  • the digestion residue resulting from the sulfate process in the production of titanium dioxide is neutralized in the form of a filter cake, for example with sodium hydroxide solution, and then fed to a drying process, in particular spray drying.
  • the spray-dried digestion residue product is granulated to a desired particle size, in particular between 30 and 400 ⁇ m, and then stored in a silo or bunker.
  • abrasive material is packed in packaging containers and transported to the place of use, ie the location of an abrasive jet cutting device.
  • abrasive jet cutting device ie the location of an abrasive jet cutting device.
  • it is like usual abrasive fed to a Wasserabrasivstrahlvorraum, by means of which then a material to be treated is cut.
  • the resulting water / abrasive / product material mixture is collected and the solids content is separated from the liquid content.
  • the separated solid fraction is then, if appropriate after intermediate storage or drying, transported to a melting furnace, in particular a blast furnace, where it is used as an aggregate.
  • the titanium-containing raw material ilmenite or titanium slag used is first dried to a moisture content ⁇ 0.1% and ground to the desired average particle size. Subsequently, the ground titanium raw materials are mixed with sulfuric acid in a batchwise digestion process and the reaction in the digestion vessel is started by adding water. After carrying out the digestion reaction and the
  • the spray-dried digestion residue product is granulated to a desired particle size, in particular between 30 and 400 microns, and then stored in a silo or bunker.
  • the abrasive material is packed in packaging containers and transported to the place of use, ie the location of an abrasive jet cutting device.
  • it is supplied as usual Abrasiv ⁇ iittel a Wasserabrasivstrahlvorraum, by means of which then a material to be treated is cut.
  • the resulting water / abrasive / product material mixture is collected and the solids content is separated from the liquid content.
  • the separated solids content is then transported, possibly after an intermediate storage, to a melting furnace, in particular a blast furnace, where it is used as aggregate.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Abrasivmaterials, vorzugsweise zur Verwendung beim Abrasivstrahlschneiden, insbesondere Wasserabrasivstrahlschneiden soll eine Lösung geschaffen werden, die ein wirkungsvolles Abrasivmittel bereitstellt, das nach seiner Verwendung beim Abrasivstrahlschneiden ohne großen technischen Aufwand entsorgt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass ein titanhaltiger Ausgangsrohstoff, insbesondere Ilminit und/oder titanhaltige Schlacke, mit Schwefelsäure aufgeschlossen wird und aus der erhaltenen Aufschlusslösung durch Feststoffabtrennung, insbesondere Filtration, ein Aufschlussrückstandsprodukt in Form einer Feststoff enthaltenden Masse, insbesondere eines sauren Filterkuchens, hergestellt, gewünschtenfalls zwischengelagert und einer Abrasivstrahlschneidvorrichtung, insbesondere einer Wasserabrasivstrahlschneidvorrichtung, als Abrasivmaterial zugeführt wird.

Description

Abrasivmaterial
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Abrasivmaterials . Weiterhin richtet sich die Erfindung auf ein Abrasivmittel sowie die Verwendung eines beim Äufschluss von titanhaltigem Rohstoff erhaltenen oder anfallenden Aufschlussrückstandsproduktes . Schließlich richtet sich die Erfindung auf ein Abrasivstrahlschneidverfahren, insbesondere
Wasserabrasivstrahlschneiden, bei welchem ein Materialstück mittels eines zugesetztes Abrasivmaterial aufweisenden Fluidhochdruckstrahls bearbeitet wird.
Das Abrasivstrahlschneiden, insbesondere das Wasserabrasivstrahlschneiden ist ein Verfahren, das sich in der Praxis seit Jahren bewährt hat. Beim Wasserstrahlschneiden wird das zu bearbeitende Material durch einen Hochdruckwasserstrahl bearbeitet. Dieser Strahl hat einen Druck von bis zu 6000 bar, wobei aus wirtschaftlichen Gründen in der Regel mit einem Druck zwischen 3200 und 3800 bar geschnitten wird. Es werden Austrittsgeschwindigkeiten bis 1000 m/s erreicht. Neben dem Reinwasserschneiden oder Purwasserschneiden wird dem Strahl zur Erhöhung der Schneidleistung häufig ein Schneidmittel, ein sogenanntes Abrasiv, zugesetzt. Durch die Beimengung eines solchen Abrasivs ist es möglich, härtere Materialien zu schneiden, die mit reinem Wasserstrahl nicht trennbar sind oder deren Bearbeitung mit Purwasser nicht wirtschaftlich ist. Um Abrasivschneiden zu können, besitzt eine Wasserabrasivstrahlvorrichtung einen Schneidkopf, der im wesentlichen die Komponenten Reinwasser-Fokussierdüse, Abrasiv-Mischkammer und Abrasiv-Fokussierdüse/Fokussierrohr aufweist. Es wird zunächst der hochkomprimierte Reinwasserstrahl gebildet, dem in der Abrasiv-Mischkammer das Abrasivmittel zugesetzt wird, so dass dann das Wasser-Abra- siv-Gemisch durch eine Abrasiv-Fokussierdüse/Fokussierrohr die Wasserabrasivstrahlschneidvorrichtung verlässt. Das Äbrasivmittel kann im Regelfall CNC-gesteuert dosiert und dem Schneidkopf zugeführt werden, entweder mit Luft als Träger oder in einer Suspension. Beim Wasserabrasiv-Injektorstrahl wird eine Zusammensetzung aus ca. 90% Luft, 8% Wasser und 1% Abrasiv als Schneidstrahl erzeugt und beim Wasser-Abrasiv- Suspensionsstrahl wird eine Zusammensetzung aus ca. 97% Wasser und 3% Abrasiv als Schneidstrahl erzeugt. Als Äbrasivmittel werden Granat oder Korund, aber auch sogenanntes Barton Gamet Fe3Al2(SiO4)S, Siliziumcarbide oder Aluminiumoxide verwendet. Die Größe der Körner der verwendeten Abrasivmaterialien liegt dabei in der Regel zwischen 70 bis 200 um.
Im Folgenden wird folgende Terminologie verwendet:
Ein abrasiv wirkendes Material (in der Regel ein mineralischer Feststoff) wird als Abrasivmaterial bezeichnet. Das zum Schneiden verwendete Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit oder eine Suspension, welche Abrasivmaterial enthält, wird als Äbrasivmittel bezeichnet.
Ein Problem beim Wasserabrasivstrahlschneiden besteht in der Entsorgung des sich bildenden Schlammes, der sich aus verbrauchtem Abrasiv und abgetrennten Bestandteilen des zu schneidenden Werkstoffes bildet. Der mit Abrasivmaterial versehene Wasserstrahl wird zusammen mit beim Bearbeiten des zu bearbeitenden Werkstückes entstehenden Materialpartikeln nach dem Schneiden aufgefangen. Dieses Gemisch muss entweder entsorgt werden oder aufbereitet werden. Zur Aufbereitung ist es bekannt, nicht ferromagnetische
Abrasivmaterial/Abrasivmittel im Trennverfahren nach dem Flotationsprinzip wieder abzutrennen. Bei ferromagnetischen Stoffen ist es bekannt, diese mit Hilfe von Magnetfeldern abzutrennen, und somit jeweils Anteile des Abrasivmittels/des Abrasivmaterials zurückzugewinnen .
Je nach Zusammensetzung des entstehenden Gemisches/Schlammes kann es aber problematisch sein, diesen wieder aufzubereiten, weil die Aufbereitung des Gemisches/Schlammes zusätzliche Arbeitsschritte und damit verbundene zusätzliche Produktionskosten umfasst.
Insbesondere die Aufbereitung von beim Wasserabra- sivstrahlschneiden entstehenden Kunststoffpartikeln oder bestimmten Metallpartikeln (z. B. Chrom oder andere Schwermetalle enthaltende Partikel) oder Gemischen daraus kann problematisch sein.
In der DE 198 43 683 Al ist beispielsweise vorgeschlagen worden, als Abrasivmittel anfallenden Industrieschlamm, insbesondere Walz- und/oder Schmiedeschlamm oder WaIz- und/oder Schmiedezunder zu verwenden. Dieses muss aber zur Verwendung auf einen umweltverträglichen Restölgehalt gebracht werden, bevor es als Abrasivmittel eingesetzt werden kann, da dessen Verwendung aus Umweltschutzgründen andernfalls problematisch ist. Die Entölung ist aber aufwändig und damit teuer. Daneben ist die abrasive Wirkung des Walz- und/oder Schmiedeschlamms oder Walz- und/oder
Schmiedezunders häufig nicht ausreichend, wenn die zu schneidenden Materialien besonders hart oder besonders dick sind.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine
Lösung zu schaffen, die ein wirkungsvolles und kostengünstiges Abrasivmittel bereitstellt, welches in großen Mengen in konstanter Qualität verfügbar ist und das nach seiner Verwendung beim Abrasivstrahlschneiden vorzugsweise ohne großen technischen Aufwand entsorgt werden kann. Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zur Herstellung eines Abrasivmittels für das
Abrasivstrahlschneiden gemäß Anspruch 1 gelöst. Ebenso wird die vorstehende Aufgabe erfindungsgemäß durch ein
Abrasivmittel nach Anspruch 15 gelöst. Ferner wird die vorstehende Aufgabe erfindungsgemäß durch die Verwendung nach
Anspruch 24 gelöst. Schließlich wird die Aufgabe erfindungsgemäß auch durch ein Abrasivstrahlschneidverfahren nach Anspruch 27 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen .
Insbesondere wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Abrasivmmittel ein Abrasivmaterial enthält, welches mindestens 5 Gew.-% TiO2, bevorzugt 25 bis 85 Gew.-% Tiθ2, enthält. Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße
Abrasivmmittel als Abrasivmaterial ein Zwischen- oder Nebenprodukt aus der Titandioxidproduktion.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das TiC>2 im Abrasivmaterial in der Rutilmodifikation vorliegt.
Es ist überraschend gefunden worden, dass der bei der
Herstellung von Titandioxid verwendete Rohstoff
(beispielsweise Ilrαenit, Rutil oder Titanschlacke) und/oder der beim TiO2-Sulfatverfahren anfallende Aufschlussrückstand und/oder der Siθ2~haltigen Rückstand, der bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Chloridverfahren beim Verfahrensschritt der Chlorierung anfällt, als Abrasivmaterial beim Abrasivstrahlschneiden, insbesondere Wasserabrasivstrahlschneiden, Verwendung finden kann. Der Aufschlussrückstand, der bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren anfällt, entsteht auf die Weise, dass ein titanhaltiger Ausgangsrohstoff, insbesondere Ilmenit und/oder titanhaltige Schlacke, mit Schwefelsäure aufgeschlossen wird und aus der erhaltenen Aufschlusslösung durch Feststoffabtrennung, insbesondere Filtration, das Aufschlussrückstandsprodukt in Form einer Feststoff enthaltenden Masse erhalten wird. Der Aufschlussrückstand enthält in der Regel rund 30 bis 70% TiO2.
Der Siθ2-haltigen Rückstand, der bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Chloridverfahren beim Verfahrensschritt der Chlorierung anfällt, entsteht auf die Weise, dass ein titanhaltiger Ausgangsrohstoff, insbesondere natürlicher oder synthetischer Rutil oder titanhaltige Schlacke, mit Koks und Chlor umgesetzt wird und dabei neben gasförmigen Reaktionsprodukten auch feste SiO2-haltige Rückstände anfallen, die entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Chlorierungsreaktor abgezogen werden.
Die Anforderungen an Abrasivmittel für das Abrasivstrahlschneiden, nämlich kostengünstige und in großen Mengen bei konstanter Qualität verfügbare Abrasivmaterialien, wird durch die erfindungsgemäßen Produkte in vollem Umfang erfüllt. Denn die Ti02-Komponente bewirkt aufgrund der Mohs- Härte - insbesondere, wann das TiO2 in der Rutilmodifikation vorliegt - die abrasive Wirkung, während die Herkunft aus großtechnischen Prozessen die Verfügbarkeit in konstanter Qualität zu günstigen Kosten sicher stellt.
Gleichzeitig kann das erfindungsgemäße Abrasivmaterial aufgrund des TiO2~Gehaltes nach dem Wasserabrasivstrahlschneiden im Gemisch mit den beim Schneiden und Bearbeiten des jeweiligen Werkstückes entstandenen Abfallpartikeln aufgefangen und zur Entsorgung einem Schmelzofen, insbesondere einem Hochofen, zugeführt werden. Die hohen Temperaturen eines Schmelzofens zusammen mit den an einem Schmelzofen heutzutage befindlichen Abgasreinigungsvorrichtungen sorgen für eine umweltgerechte Entsorgung der Partikel. Hierbei sind die eisen- und titan- haltigen Partikel dieses Gemisches zudem Roh- oder Zuschlagsstoffe, die bei der Roheisenherstellung oder der Metallherstellung in Schmelzöfen Verwendung finden. Es ist also nicht mehr notwendig, das beim Abrasivstrahlschneiden entstehende Abfallgemisch (Schlamm) zu entsorgen. Es kann kostengünstig als Zuschlagsstoff in einem Schmelzprozess einem Schmelzofen, insbesondere einem Hochofen, zugeführt werden. Gegebenenfalls kann zuvor eine Aufbereitung in Form einer Klassierung und/oder Trocknung vorgenommen werden. Alternativ kann das gebrauchte Abrasivmaterial wieder in den Prozessstrom der Titandioxidherstellung eingebracht werden.
Besonders vorteilhaft ist die im Vergleich zu herkömmlichen Abrasivmaterialien größere Feinheit der erfindungsgemäßen Abrasivpartikel. Dadurch ist es möglich, dass der Durchmesser des Fokussierrohres (im Folgenden als Düsendurchmesser bezeichnet) , durch den der Abrasivstrahl austritt, kleiner als 0,5 mm, bevorzugt kleiner als 0,35 mm, besonders bevorzugt kleiner als 0,2 mm, gewählt werden kann. Auf diese Weise können geringere Schnittbreiten, weniger Materialverbrauch (von Abrasivmittel und Werkstoff) und eine geringere Menge an Rückstand erreicht werden. Dies ist insbesondere bei dünnen Werkstoffen vorteilhaft.
Insbesondere eignet sich das bei der Titandioxidherstellung nach dem Sulfatverfahren entstehende Aufschlussrückstandsmaterial dann zur Verwendung als Abrasiv- material beim Abrasivstrahlschneiden, wenn das Aufschluss- rückstandsprodukt mit Natronlauge neutralisiert und einer Abrasivstrahlschneidvorrichtung zugeführt wird. Durch das Neutralisieren mit Natronlauge bilden sich wasserlösliche Salze, die dann, wenn der Aufschlussrückstand getrocknet wird, zu einer erhöhten Festigkeit des beim Trocknungsvorgang entstehenden Granulatpartikel beitragen. Insbesondere Natriumsulfat, das sonst beim üblichen Titandioxidherstellverfahren aus dem Aufschlussrückstand herausgewaschen wird, braucht nicht mehr ausgewaschen zu werden, sondern kann unmittelbar als nützlicher Bestandteil des Abrasivmaterials verwendet werden. Hierdurch ergeben sich Einsparungen im Titandioxidherstellverfahren, die den Preis und damit die Wettbewerbsfähigkeit des Abrasivmaterials aus Aufschlussrückstand positiv beeinflussen.
Da die Verwendung eines pulver- oder granulatförmigen Abrasivmaterials sowohl geringere Transportkosten verursacht als auch mit denselben Vorrichtungen eingesetzt werden kann wie die herkömmlich verwendeten sandförmigen Materialien, sieht die Erfindung in Ausgestaltung daher auch vor, dass das Aufschlussrückstandsprodukt vor Zuführung zur
Abrasivstrahlschneidvorrichtung getrocknet wird. Bevorzugt erfolgt die Trocknung mittels Sprühtrocknung oder Spimflashtrocknung, da auf diese Weise regelmäßig geformte, in etwa gleich große und stabile Granulate erhalten werden.
Es ist aber auch möglich, dass das Aufschlussrückstandspro- dukt in Form einer Suspension hergestellt und der Abrasivstrahlschneidvorrichtung in dieser Form als Abrasivmittel zugeführt wird. Auf diese Weise kann die Einbringung und Dosierung des Abrasivmittels durch einfaches
Pumpen in den Wasserstrahl besonders problemlos bewerkstelligt werden, womit die Prozessschritte der Feststoffförderung, der Feststoffdosierung und des Mischens von Abrasiv und Wasser unterbleiben können. In dem Fall, dass das Aufschlussrückstandsprodukt einem Trocknungsprozess unterworfen wird, kann es gemäß zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung von Vorteil sein, wenn das Aufschlussrückstandsprodukt während oder nach der Trocknung einem Granulierprozess unterworfen wird. Hierdurch ist es möglich, die Partikelgröße des einzelnen Abrasivpartikels, d.h. des Agglomerates aus Aufschlussrückstandsproduktpartikeln, in einem gewissen Bereich gezielt einzustellen und das feinpartikuläre Ausgangsprodukt zu agglomerieren.
Die Erfindung zeichnet sich daher in Weiterbildung dadurch aus, dass ein granuliertes Abrasivmaterial hergestellt wird, das eine Granulat-Partikelgröße von 10 bis 600 μm, insbesondere 30 bis 400 μm, vorzugsweise 50 bis 300 μm aufweist.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Abrasivmaterialien besteht darin, dass die Feststoffpartikel wesentlich feinteiliger als die üblicherweise verwendeten Materialien sind, wodurch ein feinerer Wasserstrahl verwendet werden kann.
Das titanhaltige Abrasivmaterial kann zusätzlich durch Siebung, Klassierung mittels Hydrozyklon oder anderer Klassieraggregate auf eine mittlere Teilchengröße von weniger als 50 Mikrometer, bevorzugt auf weniger als 15 Mikrometer, besonders bevorzugt auf weniger als 10 Mikrometer, gebracht werden.
Zweckmäßigerweise wird dabei gemäß Ausgestaltung der Erfindung ein Abrasivmaterial hergestellt, das
Feststoffpartikel mit einer mittleren Primärpartikelgröße von 3 bis 50 μm, vorzugsweise 10 bis 30 μm, enthält oder aus solchen besteht, wobei es sich bei den Feststoffpartikeln vorzugsweise um Aufschlussrückstandsproduktpartikel, d.h. die Partikel des Aufschlussrückstandsprodukts handelt. Um die Härte der Granulatpartikel des Abrasivmaterials positiv zu beeinflussen, sieht die Erfindung weiterhin vor, dass 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 3,0 bis 7,0 Gew.-% an anorganischen Salzen enthalten sind. Vorteilhaft ist auch eine Zugabe von 0,5 bis 30 Gew.-%, insbesondere 3 bis 10 Gew.-%, an Wasserglas (gerechnet als SiO2 und bezogen auf den wasserunlöslichen Feststoff) zur Verbesserung der Granulatstabilität .
Um das Abrasivmaterial nach dem Abrasivstrahlschneiden in Form des sich bildenden schlammförmigen Rückstandes in einem Schmelzofen gut und problemlos verarbeiten zu können, wird insbesondere ein Abrasivmaterial hergestellt, das mindestens 5 Gew.% TiO2, bevorzugt 25 bis 85 Gew.-% Tiθ2enthält.
Eine besonders günstige Trocknung des bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren üblicherweise in Form einer Suspension vorliegenden Aufschlussrückstandes lässt sich insbesondere durch Sprühtrocknung erzielen, so dass sich die Erfindung weiterhin dadurch auszeichnet, dass das Abrasivmaterial durch Sprühtrocknung hergestellt wird.
Es ist aber auch möglich, dem Abrasivmittel zur Optimierung seines Abrasivverhaltens übliche Abrasivmaterialien für das
Wasserabrasivstrahlschneiden zuzumischen, wobei vorgesehen sein kann, dass dem Abrasivmittel SiO2-haltiger Sand, insbesondere Granatsand, zugemischt wird. Vorzugsweise enthält das Abrasivmaterial im Wasserabrasivstrahl mindestens 10%, bevorzugt mindestens 70%, des titanhaltigen
Abrasivmaterials .
Der Vorteil einer solchen Mischung kann im Erreichen eines höheren Feststoffgehaltes im Abrasivstrahl bestehen oder in einer größeren Variationsbreite beim Optimieren des Gesamtsystems.
Die vorstehende Aufgabe wird auch gelöst durch ein titanhaltiges Abrasivmaterial bestehend aus oder enthaltend Zwischen- oder Nebenprodukte aus der Titandioxidproduktion, insbesondere Aufschlussrückstand, welcher bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren anfällt, wobei das Abrasivmaterial 0,5 bis 20 Gew.%, insbesondere 3 bis 8 Gew.% an Alkalisulfat bezogen auf den wasserunlöslichen Feststoffanteil enthält und in getrockneter Form vorliegt. Bevorzugt liegt das titanhaltige Abrasivmaterial in Form eines Granulats mit einer mittleren Granulat-Partikelgröße von 10 bis 600 μm, vorzugsweise 30 bis 400 μm, insbesondere 50 bis 300 μm, vor.
Die vorstehende Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Abrasivmittel, welches in Form einer Suspension vorliegt, die durch ein organisches Additiv stabilisiert werden kann. Besonders geeignet ist dafür ein Polyacrylat, welches in einer Menge von 0,01% bis 10%, bevorzugt 0,5% bis 4%, bezogen auf den wasserunlöslichen Feststoff zugegeben wird.
Weitere Vorteile des Abrasivmittels ergeben sich aus den diesbezüglichen Unteransprüchen.
Ferner wird die oben stehende Aufgabe auch gelöst durch die Verwendung eines titanhaltigen Abrasivraaterials in Form von Zwischen- oder Nebenprodukten aus der Titandioxidproduktion, insbesondere den bei der Herstellung von Titandioxid nach dem
Sulfatverfahren anfallenden Aufschlussrückstand oder den beim Chloridverfahren anfallenden SiO2-haltigen Rückstand, beim Abrasivstrahlschneiden, insbesondere Wasserabra- sivstrahlschneiden. Mit dieser Verwendung sind die gleichen Vorteile verbunden, die vorstehend für das Verfahren und das Abrasivmittel aufgeführt sind.
Ausgestaltungen der Verwendung ergeben sich aus den diesbezüglichen ünteransprüchen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren entstehende Aufschlussrückstand (Industrial Inorganic Pigments, G. Buxbaum, G. Pfaff (Hrsg.), 3rd edition,
Wiley-VCH, Weinheim 2005) in Form eines Filterkuchens wird dann z.B. mit Natronlauge neutralisiert und danach einem Trocknungsprozess, insbesondere einer Sprühtrocknung, zugeführt. Anschließend wird das sprühgetrocknete Aufschlussrückstandsprodukt auf eine gewünschte Partikelgröße, insbesondere zwischen 30 und 400 μm, granuliert und dann in einem Silo oder Bunker zwischengelagert. Aus diesem Silo oder Bunker wird das Abra- sivmaterial in Verpackungsbehälter verpackt und zum Einsatz- ort, d.h. dem Standort einer Abrasivstrahlschneidvorrichtung transportiert. Dort wird es wie übliches Abrasivmittel einer Wasserabrasivstrahlvorrichtung zugeführt, mittels welcher dann ein zu behandelndes Material geschnitten wird. Das entstehende Wasser/Abrasivmaterial/Produktmaterial-Gemisch wird aufgefangen und der Feststoffanteil wird vom Flüssiganteil separiert. Der separierte Feststoffanteil wird dann, ggf. nach einer Zwischenlagerung oder Trocknung, zu einem Schmelzofen, insbesondere einem Hochofen, transportiert und dort als Zuschlagsmaterial eingesetzt.
Beim herkömmlichen Abrasivstrahlschneiden mit Granatsand enthält der Abrasivstrahl nur etwa 10 Gew.-% Abrasivmaterial . Besonders vorteilhaft ist deshalb die Verwendung einer hochkonzentrierten Abrasivmaterialsuspension, welche einen Feststoffgehalt von >40%, bevorzugt >50%, besonders bevorzugt >55%, aufweist. Auf diese Weise kann eine besonders wirksame Schneidwirkung erreicht werden.
Der hohe Gehalt an Abrasivmaterial in der Abrasivmaterialsuspension wird dadurch erreicht, dass {bezogen auf den wasserunlöslichen Feststoff) 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 4,0 Gew.-%, an einem organischen Dispergierhilfsmittel, bevorzugt einem Polyacrylat, zugegeben wird.
Derartige stabile Suspensionen werden bevorzugt mit einem besonders feinteiligen Abrasivmaterial erhalten, wie z.B. mit einer Primärpartikelgröße mit einem dgo-Wert von weniger als 50 Mikrometer, bevorzugt weniger als 15 Mikrometer, besonders bevorzugt weniger als 10 Mikrometer.
Beispiel :
Aufschlussrückstand aus der Titandioxidproduktion nach dem Sulfatverfahren wurde zunächst von der Schwarzlösung durch Filtration abgetrennt, danach der erhaltene Filterkuchen resuspendiert und mit Natronlauge neutralisiert (pH = 6 bis 9) . Die so erhaltene neutralisierte Suspension wurde in einem Sprühtrockner mit Zerstäuberscheibe getrocknet. Dabei wurden Granulatpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 20 bis 50 μm erhalten. Die erhaltenen Sprühgranulatpartikel wurden in gleicher Weise wie Granatsand zum Wasserstrahlschneiden einer 25 mm dicken Stahlplatte eingesetzt. Die Geschwindigkeit des Schneidvorgangs war dabei nur unwesentlich geringer als bei Verwendung von Granatsand.
Beispiel :
Aufschlussrückstand aus der Titandioxidproduktion nach dem Sulfatverfahren wurde zunächst von der Schwarzlösung durch Filtration abgetrennt, danach der erhaltene Filterkuchen resuspendiert und mit Natronlauge neutralisiert (pH = 6 bis 9) und mittels einer Filterpresse erneut filtriert. Der erhaltene neutralisierte Filterkuchen wurde mit mit 2 Gew.-% (bezogen auf den Feststoffanteil) eines Polyacrylats versetzt und in eine Suspension mit einem Feststoffgehalt von 65% überführt.
Die so erhaltene Suspension zeigte auch nach mehrwöchiger Lagerung kaum Anzeichen von Sedimentation und ließ sich durch leichtes Rühren jederzeit wieder in eine homogene Suspension überführen.
Das titanhaltige Abrasivmaterial kann ein Zwischen- oder Nebenprodukt aus der Titandioxidproduktion sein, das gemahlenen Ilmenit oder gemahlene Titanschlacke enthält.
Das titanhaltige Abrasivmaterial kann Aufschlussrückstand sein, der bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren als unlöslicher Rückstand anfällt und aus der so genannten Schwarzlösung abgetrennt wird.
Das titanhaltige Abrasivmaterial kann den Siθ2-haltigen Rückstand enthalten, der bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Chloridverfahren beim Verfahrensschritt der Chlorierung anfällt.
Das TiO2 im Abrasivmaterial kann insbesondere in der
Rutilmodifikation vorliegen.
Das Abrasivmaterial im Wasserabrasivstrahl kann mindestens zu 10 Gew.-%, bevorzugt mindestens zu 70 Gew.-%, aus dem titanhaltigen Abrasivmaterial bestehen.
Das Abrasivmittel kann der Abrasivstrahlschneidevorrichtung in Form einer Suspension zugeführt werden, wobei der Verfahrensschritt des Mischens von Abrasivmaterial mit Wasser in der Abrasivstrahlschneidevorrichtung nicht mehr benötigt wird.
Das titanhaltige Abrasivmaterial kann durch Siebung, Klassierung mittels Hydrozyklon oder anderer Klassieraggregate auf eine mittlere Teilchengröße von weniger als 50 Mikroometer, bevorzugt auf weniger als 15 Mikrometer, besonders bevorzugt auf weniger als 10 Mikrometer, gebracht werden .
Das bei der Neutralisation oder Teilneutralisation entstehende Sulfatsalz wird nicht entfernt und/oder dem AufSchlussrückstand wird 0,5 bis 30 Gew.%, insbesondere 3 bis 10 Gew.% an Wasserglas (gerechnet als SiOj und bezogen auf den wasserunlöslichen Feststoff) zugegeben.
Das titanhaltige Abrasivmaterial wird in eine wässrige Suspension überführt und diese Suspension wird mit Hilfe eines organischen Additivs, bevorzugt eines Polyacrylates, stabilisiert, wobei 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 4 Gew.-%, an organischen Additiven bezogen auf den wasserunlöslichen Feststoff zugegeben werden kann.
Das Abrasivmittel kann nach dem Wasserabrasivstrahlschneiden aufgefangen und gegebenenfalls zusammen mit anderen
Rückständen des Wasserabrasivstrahlschneidens einer
Verwertung in einem Schmelzofen, insbesondere einem Hochofen, zugeführt werden, wobei gegebenenfalls zuvor eine
Aufbereitung in Form einer Klassierung und/oder Trocknung vorgenommen wird.
Das Titanhaltige Abrasivmaterial, bestehend aus oder enthaltend Zwischen- oder Nebenprodukte aus der Titandioxidproduktion, insbesondere Aufschlussrückstand, welcher bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren anfällt, kann 0,5 bis 20 Gew.%, insbesondere 3 bis 8 Gew.% an Alkalisulfat bezogen auf den wasserunlöslichen Feststoffanteil enthalten und in getrockneter Form vorliegen.
Eine Abrasivmaterialsuspension kann einen Feststoffgehalt von >40%, bevorzugt >50%, besonders bevorzugt >55%, und 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 4,0 Gew.-% an einem organischen Dispergierhilfsmittel, bezogen auf den wasserunlöslichen Feststoff, enthalten.
Ferner ist überraschend gefunden worden, dass der bei der Herstellung von Titandioxid, insbesondere nach dem Sulfatverfahren nach dem Aufschluss des titanhaltigen Rohstoffes durch Abtrennung von der entstandenen titanhaltigen Suspension erhaltene Feststoff als Abrasivmaterial beim Abrasivstrahlschneiden, insbesondere Wasserabrasivstrahlschneiden, Verwendung finden kann. Die in der erhaltenen feststoffhaltigen Masse befindlichen Feststoffpartikel weisen eine Härte auf, die ausreichend ist, um als Abrasivmaterial Verwendung zu finden. Das dermaßen erhaltene Abrasivmaterial, das überwiegend aus nicht aufgeschlossenem titanhaltigem Rohstoff, und damit im wesentlichen aus TiO2 und Eisenoxid, besteht, kann nach dem Wasserabrasivstrahlschneiden im Gemisch mit den beim
Schneiden und Bearbeiten des jeweiligen Werkstückes entstandenen Abfallpartikeln aufgefangen und zur Entsorgung einem Schmelzofen, insbesondere einem Hochofen, zugeführt werden. Die hohen Temperaturen eines Schmelzofens zusammen mit den an einem Schmelzofen heutzutage befindlichen
Abgasreinigungsvorrichtungen sorgen für eine umweltgerechte Entsorgung der Partikel. Hierbei sind die eisen- und titanhaltigen Partikel dieses Gemisches zudem Roh- oder Zuschlagsstoffe, die bei der Roheisenherstellung oder der Metallherstellung in Schmelzöfen Verwendung finden. Es ist also nicht mehr notwendig, das beim Abrasivstrahlschneiden entstehende Abfallgemisch (Schlamm) aufzubereiten. Es kann kostengünstig als Zuschlagsstoff in einem Schmelzprozess einem Schmelzofen, insbesondere einem Hochofen, zugeführt werden. Es ist auch nicht notwendig, das Abrasivmaterial oder Abrasivmittel aus Kostengründen rückzugewinnen, da dieses bei der Titandioxidherstellung als zu entsorgendes Abfallprodukt (Aufschlussrückstand) entsteht und unmittelbar, d.h. ohne weiteren Aufbereitungsschritt, einer Verwendung als Abrasivmittel oder Abrasivmaterial zugeführt werden kann. Das Abrasivmittel oder Abrasivmaterial steht somit kostengünstig zur Verfügung. Ebenfalls dürften die Kosten günstiger sein, als die bei Durchführung von Aufbereitungsverfahren zur Wiedergewinnung von Abrasivmittel entstehenden Kosten. Insbesondere werden eben technisch diese Aufbereitungsverfahren eingespart und nicht mehr benötigt.
Das Abrasivmittel kann ein Abrasivmaterial, das beim Aufschluss von titanhaltigern Rohstoff mit Schwefelsäure erhalten wird und 0,5 bis 10 Gew.%, insbesondere 3 bis 7 Gew.%, an anorganischen Salzen, bevorzugt gut wasserlöslichen Salzen, besonders bevorzugt Alkalisulfat, enthalten.
Das Aufschlussrückstandsprodukt und damit das Abrasivmittel kann weiterhin Feststoffpartikel mit einer mittleren Primärpartikelgröße von 1 bis 50 μm, insbesondere 3 bis 30 μm enthalten. Ein solches Abrasivmittel ist ebenfalls kostengünstig herstellbar und geeignet, um als Abrasivmittel beim Abrasivstrahlschneiden, insbesondere Wasserabrasivstrahlschneiden, verwendet zu werden, und es kann ferner problemlos umweltgerecht in einem Schmelzofen, insbesondere einem Hochofen zusammen bzw. im Gemisch mit weiterem beim Wasserabrasivstrahlschneiden entstehendem Rückstandsmaterial entsorgt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren entstehende Aufschlussrückstand in Form eines Filterkuchens z.B. mit Natronlauge neutralisiert und danach einem Trocknungsprozess, insbesondere einer Sprühtrocknung, zugeführt. Anschließend wird das sprühgetrocknete Aufschlussrückstandsprodukt auf eine gewünschte Partikelgröße, insbesondere zwischen 30 und 400 μm, granuliert und dann in einem Silo oder Bunker zwischengelagert. Aus diesem Silo oder Bunker wird das Abra- sivmaterial in Verpackungsbehälter verpackt und zum Einsatzort, d.h. dem Standort einer Abrasivstrahlschneidvorrichtung transportiert. Dort wird es wie übliches Abrasivmittel einer Wasserabrasivstrahlvorrichtung zugeführt, mittels welcher dann ein zu behandelndes Material geschnitten wird. Das entstehende Wasser/Abrasivmittel/Produktmaterial-Gemisch wird aufgefangen und der Feststoffanteil wird vom Flüssiganteil separiert. Der separierte Feststoffanteil wird dann, ggf. nach einer Zwischenlagerung oder Trocknung, zu einem Schmelzofen, insbesondere einem Hochofen, transportiert und dort als Zuschlagsmaterial eingesetzt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der eingesetzte titanhaltige Rohstoff Ilmenit oder Titanschlacke zunächst auf einen Feuchtgehalt <0,l% getrocknet und auf die gewünschte mittlere Korngröße gemahlen. Anschließend werden in einem diskontinuierlichen Aufschlussverfahren die gemahlenen Titan-Rohstoffe mit Schwefelsäure gemischt und die Reaktion im Aufschlussbehälter durch Zugabe von Wasser gestartet. Nach Durchführung der Aufschlussreaktion und der
Reifephase wird die Aufschlussmasse gelöst und eine Lösung mit einer Ti02-Konzentration von 8 bis 12 Gew.% (Ilmenit- AufSchluss) bzw. 13 bis 18 Gew.% (Schlacke-AufSchluss) gebildet. Aus der gebildeten Lösung werden alle nicht aufgeschlossenen Feststoffe anschließend mittels Eindicker, Vakuumdrehfilter oder Filterpresse möglichst vollständig aus der Lösung abgetrennt. Der hierbei in Form einer Feststoff enthaltenden Masse entstehende Aufschlussrückstand in Form eines Filterkuchens wird dann mit Natronlauge neutralisiert und danach einem Trocknungsprozess, insbesondere einer Sprühtrocknung, zugeführt. Anschließend wird das sprühgetrocknete Aufschlussrückstandsprodukt auf eine gewünschte Partikelgröße, Insbesondere zwischen 30 und 400 μm, granuliert und dann in einem Silo oder Bunker zwischengelagert. Aus diesem Silo oder Bunker wird das Abra- sivmaterial in Verpackungsbehälter verpackt und zum Einsatzort, d.h. dem Standort einer Abrasivstrahlschneidvorrichtung transportiert. Dort wird es wie übliches Abrasivπiittel einer Wasserabrasivstrahlvorrichtung zugeführt, mittels welcher dann ein zu behandelndes Material geschnitten wird. Das entstehende Wasser/Abrasivmittel/Produktmaterial-Gemisch wird aufgefangen und der Feststoffanteil wird vom Flüssiganteil separiert. Der separierte Feststoffanteil wird dann, ggf. nach einer Zwischenlagerung, zu einem Schmelzofen, insbesondere einem Hochofen, transportiert und dort als Zuschlagsmaterial eingesetzt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Abrasivmittels für das Abrasivstrahlschneiden, wobei ein titanhaltiger Ausgangsrohstoff, insbesondere Ilmenit und/oder titanhaltige Schlacke, mit Schwefelsäure aufgeschlossen wird und aus der erhaltenen Aufschlusslösung durch Feststoffabtrennung, insbesondere Filtration, ein AufschlussrücJcstandsprodukt in Form einer Feststoff enthaltenden Masse, insbesondere eines sauren Filterkuchens, hergestellt und vorzugsweise neutralisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das derart erhaltene Abrasivmaterial in Form des Aufschlussrückstandsprodukts unmittelbar oder nach Aufbereitung in zumindest einem weiteren Prozessschritt als Abrasivmittel in einer
Abrasivstrahlschneidvorrichtung, insbesondere einer Wasserabrasivstrahlschneidvorrichtung, eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschlussrückstandsprodukt mit alkalischen Verbindungen, bevorzugt mit Natronlauge, neutralisiert, danach gewünschtenfalls zwischengelagert und dann in der Abrasivstrahlschneidvorrichtung eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschlussrückstandsprodukt gegebenenfalls unter Zusatz von organischen oder anorganischen Additiven in Form einer Suspension aufbereitet und das so erhaltene Abrasivmaterial der Äbrasivstrahlschneidvorrichtung als suspensionsförmiges Abrasivmittel zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschlussrückstandsprodukt vor Zuführung zur Abrasivstrahlschneidvorrichtung in einem Aufbereitungsschritt getrocknet, bevorzugt sprühgetrocknet, wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschlussrückstandsprodukt einem Granulierprozess unterworfen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein granuliertes Abrasivmaterial oder Abrasivmittel hergestellt wird, das eine mittlere Granulat- Partikelgröße von 10 bis 600 μm, insbesondere 30 bis 400 μm, vorzugsweise 50 bis 300 μm aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abrasivmittel hergestellt wird, das zu mindestens 50 Gew.-% Feststoffgranulatpartikel aus Aufschlussrückstandsprodukt mit einer mittleren Granulatgröße von 3 bis 50 μm, vorzugsweise 10 bis 30 μm, enthält oder aus solchen besteht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein. Abrasivmittel hergestellt wird, das 0,5 bis 10 Gew.%, insbesondere 3 bis 7 Gew.% an anorganischen Salzen enthält.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Neutralisierung des
Aufschlussrückstandsproduktes oder vor der Trocknung des Abrasivmaterials diesem 0,5 bis 30 Gew.%, insbesondere 3 bis 10 Gew.% an Wasserglas (gerechnet als SiO2) zugegeben wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abrasivmaterial oder Abrasivmittel hergestellt wird, das mindestens 10 Gew.% TiO2, bevorzugt mindestens 30 Gew.% TiO2 enthält.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abrasivmaterial oder Abrasivmittel aus einem chromhaltigen und/oder zirkonhaltigen und/oder titanhaltigen und/oder aluminiumhaltigen Roh- oder Einsatzstoff, insbesondere Erz, verwendenden Aufbereitungs- oder Verarbeitungsprozess stammende Rückstände oder Nebenprodukte zugemischt werden, wobei das derart erhaltene Abrasivmaterial oder Abrasivmittel mindestens 10 Gew.-% Aufschlussrückstand enthält.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abrasivmaterial Quarz, insbesondere Granatsand, zugemischt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das titanhaltige Abrasivmaterial in eine wässrige Suspension überführt wird und diese Suspension mit Hilfe eines organischen Additivs, bevorzugt eines Polyacrylates, stabilisiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass 0,01% bis 10%, bevorzugt 0,5% bis 4%, an organischen Additiven bezogen auf den wasserunlöslichen Feststoff zugegeben werden.
15. Abrasivmittel, dadurch gekennzeichnet, dass es titanhaltiges Abrasivmaterial bestehend aus einem oder enthaltend ein Zwischen- oder Nebenprodukt aus der Titandioxidproduktion, insbesondere Aufschlussrückstand, enthält, welcher Aufschlussrückstand bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren anfällt, wobei das Abrasivmaterial 0,5 bis 20 Gew.%, insbesondere 3 bis 8 Gew.% an Alkalisulfat bezogen auf den wasserunlöslichen Feststoffanteil enthält und in getrockneter Form vorliegt .
16. Abrasivmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrasivmaterial in Form eines Granulats mit einer mittleren Granulat-Partikelgröße von 10 bis 600 μm, vorzugsweise 30 bis 400 μm, insbesondere 50 bis 300 μm, vorliegt.
17. Abrasivmittel, dadurch gekennzeichnet, dass es titanhaltiges Abrasivmaterial bestehend aus oder enthaltend Zwischen- oder Nebenprodukte aus der
Titandioxidproduktion, insbesondere Aufschlussrückstand, enthält, welcher Aufschlussrückstand bei der Herstellung von Titandioxxo! nach dem Sulfatverfahren anfällt, wobei das titanhaltige Abrasivmaterial als wässrige Suspension vorliegt und 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 3,5 Gew.-% an einem organischen Dispergierhilfsmittel, bevorzugt einem Polyacrylat, jeweils bezogen auf den wasserunlöslichen Feststoff enthält.
18. Abrasivmittel nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es als wässrige Suspension mit einem Feststoffgehalt von 60 bis 75 Gew-% vorliegt.
19. Abrasivmittel nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sein Feststoffanteil eine Primärpartikelgröße mit einem d90-Wert von weniger als 50 Mikrometer, bevorzugt weniger als 15 Mikrometer, besonders bevorzugt weniger als 10 Mikrometer, aufweist.
20. Abrasivmittel nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es als organisches Additiv ein Polyacrylat enthält.
21. Abrasivmittel nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest 50 Gew.-% granuliertes
Aufschlussrückstandsprodukt in Form von
Feststoffgranulatpartikeln mit einer mittleren
Partikelgröße von 3 bis 500 μm, bevorzugt 10 bis 30 um, enthält .
22. Abrasivmittel nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es Aufschlussrückstandsprodukt mit SiO2-Zusatz enthält.
23. Abrasivmittel nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt ist.
24. Verwendung von Zwischen- oder Nebenprodukten aus der Titandioxidproduktion, insbesondere den bei der
Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren anfallenden Aufschlussrückstand, gegebenenfalls in Mischung oder zusammen mit anderen Abrasivmitteln, als Abrasivmittel zum Abrasivstrahlschneiden, insbesondere Wasserabrasivstrahlschneiden.
25. Verwendung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aus einem Abrasivmaterial hergestelltes Abrasivmittel verwendet wird.
26. Verwendung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abrasivmittel nach einem der Ansprüche 15 bis 23 verwendet wird.
27. Abrasivstrahlschneidverfahren, insbesondere Wasserabrasivstrahlschneiden, bei welchem ein Materialstück mittels eines zugesetztes Abrasivmittel aufweisenden Fluidhochdruckstrahls bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufschlussrückstandsprodukt aus der Titandioxidproduktion als Abrasivmaterial enthaltendes Abrasivmittel eingesetzt wird.
28. Abrasivstrahlschneidverfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrasivmittel 1 bis 100 Gew.%, insbesondere 50 bis Gew.%, bevorzugt 100 Gew.% an Aufschlussrückstandsprodukt aus der Titandioxidproduktion als Abrasivmaterial enthält.
29. Abrasivstrahlschneidverfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrasivmittel das Aufschlussrückstandsprodukt aus der Titandioxidproduktion als Pulver enthält.
30. Abrasivstrahlschneidverfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrasivmittel das Aufschlussrückstandsprodukt aus der Titandioxidproduktion als Granulat enthält.
31. Abrasivstrahlschneiden nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrasivmittel das Aufschlussrückstandsprodukt aus der Titandioxidproduktion als Suspension enthält.
32. Abrasivstrahlschneidverfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrasivmittel das Aufschlussrückstandsprodukt und Quarz, insbesondere Granatsand, enthält.
33. Abrasivstrahlschneidverfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Feststoffbestandteil des Abrasivmittels nach dem Abrasivstrahlschneiden, insbesondere Wasserabrasivstrahlschneiden, aufgefangen und gegebenenfalls mit anderen Rückständen des
Wasserabrasivstrahlschneidens einer Verwertung in einem
Schmelzofen, insbesondere einem Hochofen, zugeführt wird.
34. Abrasivstrahlschneidverfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass zuvor eine Aufbereitung in Form einer Klassierung und/oder Trocknung vorgenommen wird.
35. Abrasivstrahlschneidverfahren nach einem, der Ansprüche 27 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass es in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Ort des Anfallens des Aufschlussrückstandsproduktes durchgeführt und gebrauchtes Abrasivmittel in den Prozess zur Herstellung des Aufschlussrückstandsprodukts rückgeführt wird.
36. Abrasivstrahlschneidverfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass ein titanhaltiges Abrasivmittel mit mindestens 5 Gew.-% TiO2, bevorzugt 25 bis 85 Gew.-% TiO2, eingesetzt wird.
37. Abrasivstrahlschneidverfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das titanhaltige Abrasivmittel gemahlener Ilmenit, gemahlene Titanschlacke oder AufSchlussrückstand, der bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Ξulfatverfahren als unlöslicher Rückstand anfällt und aus der sogenannten Schwarzlösung abgetrennt wird, enthält.
38. Abrasivstrahlschneidverfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das titanhaltige
Abrasivmittel den SiO2-haltigen Rückstand enthält/ der bei der Herstellung von Titandioxid nach dem Chloridverfahren beim Verfahrensschritt der Chlorierung anfällt und von den erhaltenen Metallchloriden abgetrennt wird.
39. Abrasivstrahlschneidverfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrasivmittel durch Siebung, Klassierung mittels Hydrozyklon oder anderer Klassieraggregate auf eine mittlere Teilchengröße von weniger als 50 Mikroometer, bevorzugt auf weniger als 15 Mikrometer, besonders bevorzugt auf weniger als 10 Mikrometer, aufbereitet wird.
40. Abrasivstrahlschneidverfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einer Abrasivschneidvorrichtung austretende
Fluidhochdruckstrahl- oder Abrasivstrahldurchmesser oder der Düsendurchmesser der Abrasivschneidvorrichtung, aus dem der Abrasivstrahl austritt, kleiner als 0,5 mm, bevorzugt kleiner als 0,2 mm, ist.
41. Abrasivstrahlschneidverfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das gebrauchte Abrasivmittel wieder in den konventionellen Prozessstrom des AufSchlussrückstandes bei der Titandioxidherstellung zurückgeführt wird.
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