DE102007013212B4

DE102007013212B4 - Verfahren zur Herstellung fester Gegenstände aus nassem synthetischen Gips sowie Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens

Info

Publication number: DE102007013212B4
Application number: DE200710013212
Authority: DE
Inventors: Eberhard W. Neumann; Claus Bech
Original assignee: Giant Cement Co; Koppern Equipment Inc
Current assignee: Giant Cement Co; Koppern Equipment Inc
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: DE102007013212A1; US7776150B2; US20070216068A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung fester Gegenstände aus nassem synthetischen Gips, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte:
a) Bereitstellung von synthetischem Gips in einer eine pastöse Konsistenz aufweisenden Form,
b) Zugabe eines hydraulisch aktiven Additivs in Form von Bypass-Staub zu dem Gips, um eine hydraulisch exotherme Reaktion in Gang zu setzen und um das Wasser in dem Gips zu verdampfen,
c) Fortsetzen der Reaktion bis das Wasser soweit reduziert ist, dass die Mischung durch Verdichten oder Verpressen formbar ist, und
d) Formen des Gipses durch Verdichten oder Verpressen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung fester Gegenstände aus nassem synthetischem Gips nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
In einem Patent mit dem Titel „Process for the Manufacture of Lump Calcium Sulfate", das am 06. November 1979 für Huller et al. als US-Patent Nr. 4,173,610 A erteilt wurde, ist ein Verfahren zur Herstellung von Kalziumsulfat-Pellets aus feinst zerteiltem, natürlichem oder synthetischem Kalziumsulfat beschrieben, wo der freie Wasseranteil des Kalziumsulfats ungefähr 0,5 bis 4% beträgt und dann das fein zerteilte Kalziumsulfat in einer Walzenpresse zwischen 0 und 60°C verpresst wird.
In einem anderen Patent mit dem Titel „Process for Producing Gypsum Flake from Flue Gas Desulfurization", das am 08. November 1994 für Roth et al. unter der US-Patent Nr. 5,362,471 A erteilt wurde, werden Flocken oder Chips aus Gips aus pulverisiertem Gips erzeugt, dessen Feuchtigkeitsgehalt angepasst wird und bei dem dann der Gips verdichtet bzw. verpresst und in eine Blatt- bzw. Plattenform gewalzt wird.
Im US-Patent Nr. 6,471,767 B1 , das am 29. Oktober 2002 für Konczak erteilt wurde, wird nasser synthetischer Gipsabfall entwässert, in dem er unter Wasserabgabe durch einen Extruder gepresst wird. Die Entwässerung wird unterstützt durch das Anlegen eines Vakuums an den Extruder. Dieses Verfahren produziert synthetischen Gipsstein und erfordert komplizierte Extrusions- und Vakuumvorgänge, die einen hohen Energieverbrauch zur Folge haben.
Aus der DE 103 04 772 B4 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers bekannt, bei dem nasser Gips aus einer Rauchgasentschwefelungsanlage einem Entwässerungsschritt unterworfen wird, anschließend diesem nassen Gips trockene Steinkohlenflugasche sowie Zement als Additive beigemischt werden. Der Wassergehalt des so gewonnenen Gemisches wird anschließend durch Zugabe von Wasser auf 10 Gew.-% auf 15 Gew.-% eingestellt und das Gemisch zur Bildung des Formkörpers verpresst. Dieser Formkörper kann als Rohstoff für die Zementindustrie verwendet werden.
Weiter ist aus der DE 197 81 419 T1 ein Formling sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung bekannt. Die Vorrichtung zur Herstellung von Formlingen umfasst einen Mischer zur Bildung eines Gemisches und eine Walzenpresse. Ferner ist ein Sieb vorgesehen, mittels dem von den Formlingen abfallende Feinteile aufgenommen und zurückgeführt werden können. Der Formling selbst ist ein Gemisch aus körnigen oder pulverförmigen glasbildenden Rohstoffen, anorganischem Bindemittel und Wasser, wobei als Bindemittel Klinkerzement verwendet wird und der Formling eine Rohdichte aufweist, die wenigstens 90% der theoretischen maximalen Materialdichte des trockenen Gemisches beträgt.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von festen Gegenständen aus nassem, synthetischem Gips zu schaffen, das auf einfache und energiesparende Weise durchführbar ist und mit dem einfach handhabbare Gipsformteile hergestellt werden können. Eine weitere Aufgabe wird darin gesehen, die Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens gelöst mit dem Anspruch 1. Bezüglich der Verwendung wird diese Aufgabe gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Gemäß Anspruch 1 weist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung fester Gegenstände aus nassem synthetischem Gips die folgenden Verfahrensschritte auf:

a) Bereitstellung von synthetischem Gips in einer eine pastöse Konsistenz aufweisenden Form,
b) Zugabe eines hydraulisch aktivem Additivs in Form von Bypass-Staub zu dem Gips, um eine hydraulisch exotherme Reaktion in Gang zu setzen und um das Wasser in dem Gips zu verdampfen,
c) Fortsetzende Reaktion bis das Wasser so weit reduziert ist, dass die Mischung durch Verdichten oder Verpressen formbar ist, und
d) Formen des Gipses durch Verdichten oder Verpressen.

Aufgrund der hydraulischen Reaktion mit dem Bypass-Staub kann die Reaktionswärme verwendet werden, um den Gips so zu trocknen, dass dieser eine formbare Konsistenz aufweist, so dass der Gips dann in eine feste Form geformt werden kann. Der Wasserverbrauch aufgrund der hydraulischen Reaktion und die Reaktionswärme sind somit diejenigen Maßnahmen, die verwendet werden, um den Gips so zu trocknen, dass dieser eine formbare Konsis tenz aufweist. Das bedeutet, dass die Mischung aus Gips und Agens, obwohl das aktive Agens bei der Zugabe zum Gips eine erhöhte Temperatur aufweisen kann, nicht erhitzt wird.
Das hydraulisch aktive Additiv ist ein By-Pass-Staub oder zirkulierender bzw. in Umlauf gebrachter Zementofenstaub eines Zementklinker-Drehofens, dem gemäß einer weiteren Ausführungsform Zement oder Löschkalk bzw. Kalziumoxid CaO zugesetzt sein kann.
Ein weiteres bevorzugtes Merkmal der Erfindung ist ferner, dass die Mischung aus synthetischem Gips und hydraulisch aktivem Additiv für eine vorgegebene Verweildauer oder Verweilzeit zurückgehalten wird, um es dem Oberflächenwasser zu ermöglichen, aufgrund der Wärme der hydraulischen Reaktion in ausreichendem Maße zu verdampfen, wobei dem Verfahren keine weitere Wärme von außen zugeführt wird. Die Mischung des synthetischen Gipses und des hydraulisch aktiven Additivs kann im gemischten Zustand innerhalb oder außerhalb eines Mischers, wie z. B. einer Mischmühle bzw. Kollermühle, zurückgehalten werden. Die Verweilzeit ist bevorzugt größer als in etwa 5 Minuten und liegt bevorzugt zwischen 5 und 20 Minuten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst diese das Kompaktieren der Mischung aus synthetischem Gips und hydraulisch aktivem Additiv mittels geeigneter Kompaktiervorrichtungen, wie z. B. Walzenpressen oder Brikettiermaschinen. Die Presskräfte in der z. B. Brikettiermaschine oder ganz allgemein bei der Formgebung bzw. beim Verpressen liegen vorzugsweise oberhalb von 20 kN/cm, höchst bevorzugt zwischen 35 und 75 kN/cm².
Die dem Verwendungsanspruch 8 zugrundeliegende Vorrichtung umfasst folgende Merkmale:

a) Einen Mischer für das Herstellen und Zurückhalten einer Mischung von synthetischem Gips und wenigstens einem hydraulisch aktiven Additiv,
b) eine Presse zum Verdichten und Formgeben der Mischung,
c) ein Sieb, um die erhaltenen Formteile aufzunehmen und diesen anhaftende, nicht verpresste Feinteile abzutrennen, und
d) Einrichtungen, die die Feinteile zurück zur Presse führen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei die beigefügte Zeichnung nur eine bevorzugte Ausführungsform darstellt und den Erfindungsgegenstand in keinster Weise limitiert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Verfahrensführung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Anordnung der Vorrichtungsbestandteile sowie den Materialfluss zeigt.
Bezug nehmend auf die 1 ist dort schematisch ein System 1 dargestellt, mittels dem die Verfahrensführung nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann. Das Verfahren beginnt bei Bezugszeichen 2, wo synthetischer Gips und ein hydraulisch aktives Additiv über eine Leitung 3 einem Mischer 4 zugeführt werden. Die hydraulische Reaktion, die exotherm ist, beginnt sobald der Gips und das Additiv miteinander in Berührung kommen und wird so lange in dem Mischer fortgeführt bzw. aufrechterhalten, als die Komponenten vermischt werden. Es kann vorteilhaft sein, das Additiv mit einer erhöhten Temperatur zuzuführen, um die Reaktion zu beschleunigen. Der synthetische Gips wird bevorzugt bereitgestellt von einer Rauchgasentschwefelung eines Kraftwerks, während das hydraulische Additiv Staub aus einem By-Pass eines Zementofens ist, insbesondere von einem Zementklinker-Drehofen. Der synthetische Gips aus einem Rauchgasentschwefelungsverfahren wird in einer nassen, pastösen Form bereitgestellt. Die hydraulische Reaktion bewirkt einen Temperaturanstieg der Mischung, so dass die Wärme die Oberflächenwasserkonzentration der Mischung auf einen Wert reduziert, der die Bildung von stabilen Briketten oder Platten oder dergleichen erlaubt. Der Mischer kann z. B. durch eine Mischmühle bzw. Kollermühle, eine Paddelmühle oder eine ähnliche Vorrichtung gebildet sein.
Während des Mischvorgangs erreicht das Material aufgrund der exothermen hydraulischen Reaktion eine Temperatur von ungefähr 87,8°C. Bei dieser Temperatur verdampft das Wasser aus der Mischung, so dass für die Mischung eine Entlüftung vorgesehen werden muss.
Falls ein Additiv mit einer niedrigeren hydraulischen Reaktivität in der Mischung verwendet wird, sollte die Mischung auf einem langsam vorwärts bewegten Förderband oder einer ähnlichen Transfereinrichtung für eine vorbestimmte Zeit zurückgehalten werden, um die Verweilzeit für die hydraulische Reaktion zu erhöhen und die daraus resultierende Wasserverdampfung stattfinden zu lassen, bevor die Mischung dem nächsten Verfahrensschritt zugeführt wird, wo die Mischung über eine Fördereinrichtung, die mittels der Linie 10 dargestellt ist, der formgebenden bzw. verpressenden Walzenmühle zugeführt wird, falls der Feuchtigkeitsgehalt einen vorgegebenen Wert erreicht hat, der eine formbare Konsistenz zur Verfügung stellt. Eine solche Konsistenz kann von einem Fachmann auf einfache Weise festgestellt werden. Die Walzenmühle bzw. -presse 9 übt einen solchen Druck auf die Mischung zwischen bevorzugt zwei gegenläufigen Walzen aus, der ausreichend hoch ist, um stabile, insbesondere formstabile Briketts oder Blättchen oder dergleichen zu erzeugen. Bevorzugt beträgt die Presskraft mehr als 20 kN/cm und höchst bevorzugt liegt diese zwischen 35 und 75 kN/cm².
Eine Leitung 6 vom Mischer 4 und eine Leitung 15 von der Walzenpresse 9, die gestrichelt gezeigt sind, führen Staub, der in den entsprechenden Bauteilen erzeugt worden ist, zu einem Staubsammler 7, der es ermöglicht, dass die Feuchtigkeit über einen Entlüfter 8 und über eine Entlüftungsleitung 5 in die Umgebung entweichen kann.
Das verdichtete bzw. geformte Mischgut wird als nächstes von der Mischerleitung mittels einer Fördereinrichtung, die mit 11 bezeichnet ist, zu einem Vibrationssieb 13 weitergeleitet. Versuche haben gezeigt, dass nicht sämtliches Material in dem Walzenwerk 9 als Beispiel für einen Verdichter, verdichtet oder brikettiert wird, so dass das Vibrationssieb 13 verwendet wird, um die unbehandelten oder nicht angehafteten Feinteile von dem verpressten Material zu trennen. Dieses Feinzeug wird dem Walzenwerk über die Leitung 12 wieder zugeführt.
Das verdichtete bzw. geformte Material, welches das Sieb 13 verlässt, wird einem Förderband 17 zugeführt, wie dies mit Bezugspfeil 16 schematisch dargestellt ist. Die fertig hergestellten Briketts, die durch die Linie 18 schematisch dargestellt sind, können nun zwischengespeichert werden und bei Bedarf aus dem Speicher für eine nachfolgende Verwendung, wie z. B. die Zementherstellung, entnommen werden. Wie bereits zuvor erwähnt, geht mit der Verwendung von reinem synthetischem Gips in seiner pastösen oder anderen Form ein schwieriges Handhabungs- und Zudosierungsproblem einher, mit dem Ergebnis, dass die Menge des Kalziumsulfats nicht beständig ist. Mit dem vorliegenden Verfahren, wird der synthetische Gips in einen festen Zustand umgewandelt, wo er in bekannten Gewichtsmengen fertig vorbereitet ist, um mit Zementklinkern vermischt zu werden, die bereitgestellt werden, um ein beständiges Zementendprodukt herzustellen. Das Verfahren erfordert nicht die Verwendung eines Extruders zum Entwässern und Verdichten, sondern nutzt vielmehr die Reaktion der hydraulischen Additive aus, die durch den By-Pass-Staub oder zirkulierenden Staub eines Zementklinker-Drehofens, sowie gegebenenfalls zusätzlich durch Zement, durch Löschkalk, durch dolomithaltigen Löschkalk oder eine beliebige Mischung eines oder mehrer dieser Stoffe gebildet sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die synthetische Gipspaste aus einem Rauchgasentschwefelungsprozess mit über einen By-Pass abgezogenem Staub von einem Zementklinker-Drehofen bei einer Temperatur zwischen 121,1°C bis 204,4°C vermischt. Diese Mischung wird einer Mischmühle zudosiert und gemischt sowie für eine vorgegebene Verweilzeit zurückgehalten, um es der Feuchtigkeit, insbesondere dem Oberflächenwasser, zu erlauben, aufgrund der hydraulischen Reaktion zwischen dem Gips und dem Zementofenstaub zu verdampfen. Die Verweilzeit liegt bevorzugt zwischen 5 und 20 Minuten und wenn das Oberflächenwasser in ausreichender Weise verdampft ist und eine formbare Konsistenz erreicht ist, dann wird die Mischung einer Pressvorrichtung, insbesondere einer Walzenpresse zugeführt und einer Verdichtungskraft zwischen 35 bis 75 kN/cm² unterworfen, um Briketts zu produzieren. Einmal geformt, werden die Briketts entfernt und in einen Speicher verbracht. Sie sind nunmehr fertig für die Verwendung in einem Zementherstellungsverfahren. Die bevorzugte Ausstattung, die das System, wie es in der 1 dargestellt ist, bildet, weist eine Mischmühle auf, die dem Fachmann wohlbekannt ist, eine Walzenpresse, die Briketts oder Platten produziert und die ebenfalls allgemein bekannt ist, ebenso wie ein Sieb, insbesondere ein Vibrationssieb. Die in der 1 dargestellte Ausgestaltung der Anlage stellt die bevorzugte Ausführungsform dar.

Claims

Verfahren zur Herstellung fester Gegenstände aus nassem synthetischen Gips, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellung von synthetischem Gips in einer eine pastöse Konsistenz aufweisenden Form, b) Zugabe eines hydraulisch aktiven Additivs in Form von Bypass-Staub zu dem Gips, um eine hydraulisch exotherme Reaktion in Gang zu setzen und um das Wasser in dem Gips zu verdampfen, c) Fortsetzen der Reaktion bis das Wasser soweit reduziert ist, dass die Mischung durch Verdichten oder Verpressen formbar ist, und d) Formen des Gipses durch Verdichten oder Verpressen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als hydraulisch aktives Additiv Bypass-Staub aus einem Zementofen mit einer Temperatur im Bereich zwischen 121,1°C bis 204,4°C verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die exotherme Reaktion der Mischung aus synthetischem Gips und hydraulisch aktivem Additiv eine Reaktionszeit zwischen 5 und 20 Minuten vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung in einem Mischer zurückgehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem hydraulisch aktiven Additiv Löschkalk und/oder dolomithaitiger Löschkalk und/oder Zement zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtung und Formgebung unter Anwendung einer Presskraft von 35 bis 75 kN/cm² stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eine pastöse Konsistenz aufweisende synthetische Gips einem Rauchgasentschwefelungsprozess entnommen wird.
Verwendung einer Vorrichtung, umfassend a) einen Mischer für das Herstellen und Zurückhalten einer Mischung von synthetischem Gips und wenigstens einem hydraulisch aktiven Additiv, b) eine Presse zum Verdichten und Formgeben der Mischung, c) ein Sieb um die erhaltenen Formteile aufzunehmen und diesen anhaftende, nichtverpresste Feinteile abzutrennen, und d) Einrichtungen, die die Feinteile zurück zur Presse führen, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung verwendet wird, die eine Fördereinrichtung anfasst, mittels derer die gepressten Formteile weitertransportierbar werden.