DE2007809C3

DE2007809C3 - Verfahren zur Herstellung von Kügelchen

Info

Publication number: DE2007809C3
Application number: DE2007809A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Friedrichsfeld GmbH Steinzeug und Kunststoffwerke
Current assignee: Friatec AG
Priority date: 1970-02-20
Filing date: 1970-02-20
Publication date: 1975-02-27
Also published as: GB1351803A; DE2007809A1; FR2080675B1; DE2007809B2; NL7100739A; BE763208A; FR2080675A1

Description

äußeren Zonen des Kügelchens wählt. Ein weiterer eines Al₂O₃-Pulvers mit einem mittleren Teilchen-Punkt, der auf die Kombination des guten Misch- durchmesser von 1 um und einer Feuchtigkeit von effektes mit der vielseitigen Bewegung der Kügelchen 2 Gewichtsprozent wurden, wie vorher beschrieben, unter allseitigem Druck zurückzuführen ist, ist die in einem 2000 cm⁸ fassenden PVC-Behälter mit Möglichkeit, eine vorgebildete Konifraktion ohae 5 90 Umdrehungen pro Minute getaumelt. Nach 50 Stun-Zusatz eines Feinanteiles auf einen bestimmten den enthielt der Behälter 96 Gewichtsprozent einer Kugeldurchmesser zu reduzieren, wobei die Abwei- einzigen Kugerfraktion und 4 Gewichtsprozent Feinchung von diesem Durchmesser äußerst gering, bei- anteil. Die Kügelchen hatten einen mittleren Durchspielsweise geringer ist als 1,4%. messer von 277,16 μπι (Mittelwert aus 64 Kugeln)

Das erfindungsgeinäSe Verfahren hat insbesondere io bei einer Streuung von 1,39%, entsprechend einem bei keramischen Pulvern, die eine gewisse natürliche Fehler des Mittelwertes von 0,17%. Die größte AbFeuchtigkeit besif*"-n, den Vorteil, daß auch ohne weienung eines Kugeldurchmessers vom Mittelwert Zusatz eines Bindemittels eine Agglomeration mög- betrug 3,6%. Die Einstellung einer einzigen Kugellich ist. größe ist darauf zurückzuführen, daß größere Agglo-

Durch kontinuierliche Zugabe des Feinaateils kann xs merate infolge einer höheren Koordinationszahl abdie Kugeldurchmesserverteilung weiter eingeengt und geschliffen werden und kleinere das abgetragene Madie Festigkeit noch erhöht werden. terial aufsammeln.

Zur Erläuterung der vielseitigen Anwendbarkeit . .

des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen im folgen- Beispiel 4

den sieben Beispiele angeführt werden: ao UO₂-Pulver mit einem mittleren Teilchendurch-

_R . I₁ messer von 3,6 μπι wurde 30 Minuten in einer PIa-

ü e ι s ρ ι e l l netenkugelmühle naß gemahlen. Von der getrockne-

In einem zylindrischen, 500 cm³ fassenden PVC- ten und gemörserten Masse wurden 200 g einer Frak-Behälter wurden 100 g Al₂O₃-Pulver mit einer Feuch- tion von 315 μΐη in einem 500 cm³ fassenden PVC-tigkeit von 2,5 Gewichtsprozent in der beschriebenen »5 Behälter bei 80 Umdrehungen pro Minute getaumelt. Weise getaumelt. Das Al₂O₃-Pulver, dessen Teilchen Nach 6 Stunden besaßen 70 Gewichtsprozent der geeinen mittleren Durchmesser von 2,5 μπι hatte, ent- bildeten Kügelchen einen Durchmesser von 500 bis hielt natürlich vorgebildete, unregelmäßige Agelo- 800 μΐη. Der Rest hatte Durchmesser unter 500 μΐη. merate bis zu einem Durchmesser von 200 μπι. Ein . .

Bindemittel wurde nicht zugegeben. Nach 6Stun- 3<> Beispiel 5

den bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 80 Um- 60 g der ungesinterten Kügelchen (500 bis 800 μΐη)

drehungen pro Minute hatten sich Kügelchen vun aus Beispiel 4 wurden mit 40 g Al₂O₃ mit Agglomesehr guter Beschaffenheit gebildet, wobei 55% raten <63μπι und einer Feuchtigkeit von 2 Geeinen Durchmesser von 500 bis 800 μηι aufwiesen. Wichtsprozent in einem 500 cm^s fassenden PVC-Be-Der Feinanteil betrug 7%. Eine ähnliche Kugeldurch- 35 halter bei 80 Umdrehungen pro Minute getaumelt, messerverteilung erhielt man in einem 2000 cm³ fas- Nach 2 Stunden waren die UO₂-Kugeln mit einer etwa senden PVC-Behälter mit 400 g des oben beschrie- 100 μΐη dicken Al₂O₃-Schicht umhüllt. Anschließend benen Al₂O₃-Pulvers in 4 Stunden bei 80 Um- wurden die so beschichteten Teilchen bei 1600° C drehungen pro Minute. Die Dichte der Kügelchen 1 Stunde in einer H₂-Atmosphäre bei einem Druck mit mehr als 500 μπι Durchmesser betrug 2,3 g/cm³. 4° von 200 Torr gesintert. Auf Grund der größeren Ihre Druckfestigkeit lag bei etwa 10 g/mm². Die Zu- Packungsdichte der Al₂O₃-Schicht ergaben sich nach gäbe von 1 Gewichtsprozent Polyglycol verkürzte der Sinterung Al₂O_a-Hohlkugeln, in denen sich je unter sonst gleichen Bedingungen die Zeit zur Kugel- eine frei bewegliche UO₂-Kugel befand,
bildung um die Hälfte bei gleichzeitiger Erhöhung
der Dichte und Festigkeit. 45 B e i s ρ i e 1 6

^{B e}'^s P >^e' ² UO_?-Kügelchen aus Beispiel 4 wurden bei 1600° C

Al₂O₃-Pulver wurde 24 Stunden in einer Vibrations- und einem Druck von 200 Torr 1 Stunde in einer

kugelmühle mit 3 Gewichtsprozent Polyglycol naß H₂-Atmosphäre gesintert. Danach wurden sie wie in

vermischt. Anschließend wurde die pastenförmige 5° Beispiel 5 mit Al₂O₃ beschichtet. Nach einer weiteren

Masse 10 Stunden bei 150⁰C getrocknet und gemör- Sinterung unter gleichen Bedingungen erhielt man

sert. Nach einer isostatischen Verdichtung der so er- eine fest anliegende Al₂O₃-HuIIe um die UO₂-Kügel-

haltenen Granulate bei 6000 kp/cm² wurden durch chen.

erneutes Mörsern Kerne hergestellt, von denen 100g Beispiel 7

der Fraktion 200 bis 315 μπι mit 100 g Feinanteil 55

(<63 μηι) in der beschriebenen Weise in einem 4 kg eines Al₂O₃-Pulvers (99,8% Al₂O₃) mit einem

500 cm³ fassenden PV 'Z-Behälter bei 80 Umdrehun- mittleren Teilchendurchmesser von etwa 2,5 μπι,

gen pro Minute getaumelt wurden. Nach 6 Stunden einer aktiven Oberfläche von etwa 5,5 m²/g und einer

hatten sich fast vollkommene Kügelchen gebildet, wo- Feuchtigkeit von 0,5% wurden in der beschriebenen

bei 80 Gewichtsprozent einen Durchmesser zwischen ^6o Weise in einem 201 fassenden PVC-Behälter getau-

1000 bis 1250 μΐη besaßen. Die Kugeln, deren Dichte melt. Die Drehzahl des Behälters betrug 42 U/Min.

bei 2,4 g/cm³ lag, hatten eine Druckfestigkeit von Nach 5 Stunden hatten sich nahezu vollkommene Ku-

50 g/mm², ein 5fach höherer Wert als die Kugeln von geln mit einem Durchmesser von 1,5 bis 2 mm gebil-

Beispiel 1. det. Der Anteil an Kugeln mit einem Durchmesser

η ■ · ι , ⁶5 kleiner als 1,5 mm lag bei 5%.

^μ Als vorteilhaftes Bindemittel hat sich Polyäthylen-

100 g einer Fraktion von 200 bis 315 μΐη natürlich glycol erwiesen, welches naß zugesetzt wird. Es wird

vorgebildeter, unregelmäßig geformter Agglomerate in Wasser gelöst und dann in diesem dem pulver-

förmigen Rohmaterial beigegeben; verdunstet das Wasser, so bleibt das Polyäthylenglycol fein verteilt als Bindemittel im Rohmaterial.

Eine Abänderung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Hohlkügelchen aus einem keramischen Rohmaterial Kerne aus einer leicht verdampfbaren Substanz, insbesondere aus Harnstoff, eingesetzt werden, anschließend die mit dem Rohmaterial beschichteten Kerne einer Behandlung bei mittleren Temperaturen zur Ausdampfung der leicht verdampfbaren Substanz ausgesetzt und dann bei höheren Temperaturen gesintert werden.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.

Der zylindrische Behälter 2 ist um eine horizontale Drehachse 4 drehbar, die mit der Zylinderdiagonalen zusammenfällt. Der Winkel, den diese horizontale Drehachse 4 mit der Zylinderachse 6 einschließt, soll zwischen 10 und 50°, vorzugsweise zwischen 20 und 50°, betragen.

Die axiale Erstreckung α des zylindrischen Behälters ist etwa doppelt so groß wie sein Durchmesser b.

ίο Vorteilhaft ist die Innenwand des Behälters 2 mit einem Material ausgekleidet, welches die elektrostatische Aufladung des pulverförmigen Rohmaterials und damit seine Neigung zur Agglomeration begünstigt. Besonders bewährt hat es sich, die Innenwand

x5 des Behälters oder diesen selbst aus einem Kunststoff hoher Dielektrizitätskonstanten auszubilden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Kaskadenzoiie vor sich geht, entzogen, während die Patentansprüche: großen Kugeln weiterwachsen können. Dies wiederum führt am Ende zu einem großen Teilchendurch-

1. Verfahren zur Herstellung von Kügelchen messerspektrum.

aus einem pulverförmigen Rohmaterial und ge- 5 Bei dem bekannten wie auch bei dem erfindungsgebenenfalls einem Bindemittel in einem um eine gemäßen Verfahren können kugelige Teilchen enthorizontale Drehachse drehbaren zylindrischen weder durch keimbildende Agglomeration, durch Behälter, wobei vorzugsweise dem Rohmaterial Zugabe von Kernen zu einem Feinanteil oder durch Kerne zugegeben werden, dadurch geksnn- Abrundung von Kernen ohne zusätzlichen Feinanteil zeichnet, daß ein zylindrischer Behälter ein- io hergestellt werden. Im Falle der Trommel- und gesetzt wird, dessert Zylinderachse müt der Tellergranulation wird meist eine Flüssigkeit, beiDrehachse einen Winkel von 10 bis 50° ein- spielsweise Wasser, auf das pulverförmige Rohschließt, material aufgesprüht wogegen bei dem anderen ge-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- nannten Verfahren ein Bindemittel und Kerne zukennzeichnet, daß die Kerne isostatisch vorge- 15 gegeben werden sollten.

preßt worden sind. Nach bekannten Agglomerations-Verfahren her-

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gestellte Kügelchen haben den Nachteil, daß sie gekennzeichnet, daß als Bindemittel 3 Gewichts- einerseits eine geringe Grünfestigkeit aufweisen und prozent Polyäthylenglycol naß zugesetzt wird. andererseits in ihren äußeren Abmessungen (Durch-

4. Abänderung des Verfahrens nach An- ao messer und Form) für viele Zwecke zu ungleichspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur mäßig sind.

Herstellung von Hohlkügelchen aus einem kera- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

mischen Rohmaterial Kerne aus einer leicht ver- Verfahren anzugeben, um aus pulverförmigem Rohdampfbaren Substanz, insbesondere aus Harn- material besonders gleichmäßige Kugeln herzustellen, stoff eingesetzt werden, anschließend die mit dem 25 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch Rohmaterial beschichteten Kerne einer Behänd- gelöst, daß ein zylindrischer Behälter eingesetzt wird, lung bei mittleren Temperaturen zur Ausdamp- dessen Zylinderachse mit der Drehachse einen Winfung der leicht verdampfbaren Substanz ausge- kel von 10 bis 50 ' einschließt. Durch die durch das setzt und dann bei höheren Temperaturen gesin- Drehen des zylindrischen Behälters um seine horitert werden. 30 zontale Drehachse verursachte taumelnde Bewegung

wird das Pulverbett einer vielseitigen Bewegung aus-

gesetzt, wobei die Teilchen einerseits wie im Granulierteller lawinenartig abrollen und andererseits eine in der Richtung der Drehachse hin- und hergehende

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her- 35 Bewegung machen. Auf diese Weise wird die beim stellung von Kügelchen aus einem pulverförmigen Verfahren der deutschen Patentschrift 914 847 aufRohmaterial und gegebenenfalls einem Bindemittel tretende inerte Zone vermieden und das gesamte in einem um eine horizontale Drehachse drehbaren pulverförmige Material ausgezeichnet gemischt, so zylindrischen Behälter, wobei vorzugsweise dem Roh- daß sich der Einbau zusätzlicher Mischelemente ermaterial Kerne zugegeben werden. 40 übrigt. Die Kugeln wachsen sehr gleichmäßig und

Insbesondere sollen gemäß der Erfindung Kugel- werden sehr gut abgerundet. Die Unterschiede in chen mit einer¹ Durchmesser von 100 bis 3000 μΐη den Durchmessern der hergestellten Kugeln sind aus pulverförmigen Substanzen hergestellt werden, außerordentlich gering, und bei der Herstellung be- und es sollen derart hergestellte Kügelchen mit an- schichteter Kugeln, wobei vorgebildete Kugeln zu deren pulverförmigen Substanzen beschichtet werden. 45 dem pulverförmigen Rohmaterial zugegeben werden, Derartige Kügelchen verwendet man beispielsweise wird eine gleichmäßige Hüllschicht erzielt. Ein weials Brennelemente von Kernreaktoren, als Katalysa- terer Vorteil des Verfahren besteht darin, daß durch toren oder Katalysatorträger sowie als Körper mit die taumelnde Rotation ein höherere hydrostatischer definierter Porosität (Fließbett, Filter). Druck im Kugelbett (Pulverbett) erzeugt wird, der

Die Herstellung von Kügelchen aus Pulvern er- 50 wiederum eine bessere Verdichtung der Kügelchen folgte bisher durch Granulation in horizontal rotie- und somit eine höhere Festigkeit nach sich zieht. Die renden Trommeln, in schräg stehenden Granulier- erreichte Festigkeit ist auch sehr einheitlich, da tellern (ähnlich dem Naßpelletesieren in der erz- schwächere, beispielsweise durch Aufbau um einen aufbereitenden Industrie) sowie durch Agglomeration länglichen Kern entstandenen Kügelchen infolge des auf vibrierenden oder kreisenden Tellern, die auf 55 hohen quasi-hydrostatischen Druckes und der Viel-Geräte aufgebracht sind, wie sie zum Vibrierpolieren zahl von Kollisionen zerbrechen und so wieder dem bzw. Rotationssieben verwendet werden. Aus der pulverförmigen Rohmaterial zugeführt werden,
deutschen Patentschrift 914847 beispielsweise ist ein Die Dichteunterschiede innerhalb der nach dem

Verfahren bekannt, bei welchem eine horizontale erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kügel-Drehtrommel mit etwa horizontaler Drehachse zur 60 chen sind relativ gering. Es kann jedoch vorkommen, Granulation benutzt wird. Bei einem derartigen be- daß der innerste Bereich der Kügelchen ein gerinkannten Verfahren tritt eine »inerte« Zone bei geres spezifisches Gewicht hat. Dies wird vorteilhaft gleichzeitiger Entmischung der Teilchen auf; kleinere dadurch vermieden, daß man dem pulverförmigen Teilchen, also der Feinanteil, haufen sich in einem Rohmaterial isostatisch vorgepreßte Kerne zugibt, mittleren Bereich des Teilchenbetts an, in dem fast 63 Man kann auf diese Weise praktisch völlig homogene keine Relativbewegung der Einzelpartikel mehr statt- Kügelchen erhalten, wenn man das spezifische Gefindet. Dadurch werden kleinere Kugeln dem Agglo- wicht der dem pulverförmigen Rohmaterial zugegebemerationsprozeß, der im wesentlichen in der äußeren nen Kerne gleich dem spezifischen Gewicht in den