DE4121765C2 - Verfahren zur selektiven Regenerierbehandlung von Giesserei-Altsanden - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Regenerierbehandlung von Gießerei-Altsanden für die Wiederver­ wendung anstelle von Neusand, wobei

• - in einer ersten Stufe eine Trennung von Sand und Knollen, Zer­ kleinerung der Knollen und Ausscheidung von Fremdstoffen mit­ tels mechanischer Mittel erfolgt,
• - in einer zweiten Stufe die Sandkörner zur Trennung von Antei­ len der Bindestoffe beschleunigt werden, um eine Scheuerwir­ kung der einzelnen Sandkörner untereinander zu erzeugen,
• - in einer dritten Verfahrensstufe eine Trennung zwischen großen und kleinen Körnern vorgenommen wird,

Die Stahl- und Eisengießereitechnik und hier besonders die Formtechnik bedient sich Ressourcen, die stark von den Erfor­ dernissen und Zwängen der Umweltverträglichkeit abhängen. Dazu gehört insbesondere der Formsand, mit dessen Hilfe die Model­ lierfähigkeit der Gußform bestimmt wird.

Man unterscheidet hier Natursande und daneben die synthetischen Sande. Letztere sind reine, in aller Regel gewaschene und klas­ sifizierte Quarzsande ohne jeglichen Zusatz von organischen und/oder anorganischen Beimengungen oder gar Verunreinigungen.

Diesen so reinen in seiner Kornzusammensetzung durch die Größe der Einzelkörner bestimmten Sand gilt es nun modellierbar zu ma­ chen und zwar mit Hilfe von genau abgestimmten und dosierten Zu­ schlagstoffen organischer wie anorganischer Natur.

Beim üblichen Formsandkreislauf einer Gießerei z. B. mit tonge­ bundenem Naßguß-Sand wird von dem an der Auspackstelle anfal­ lenden Altsand der größte Teil über eine Aufbereitungsanlage der Wiederverwendung in der Naßgußformerei zugeführt. Dieser Altsand ist ein Gemisch aus überwiegend tongebundenem Formsand und kleineren Anteilen von chemisch gebundenem Kernsand, der als Neusand über die Kernmacherei erstmals in den Kreislauf einge­ führt wurde. Im Altsand sind regelmäßig noch aktiver Bindeton (Bentonit) sowie kohlige Rückstände, insbesondere verkokter, poröser Kohlenstaub enthalten. Außerdem werden die Sandkörner bei mehrmaligem Umlauf zunehmend strukturell verändert, indem jeweils durch die Hitzeeinwirkung des Gießmetalls ein Teil des Bindetons totgebrannt wird und als keramische poröse Oberflä­ chenschicht auf den Quarzkörnern haften bleibt (sogenannte Ooli­ thisierung).

Es sind nun einige Verfahrenstechniken entwickelt und angewendet worden, die verbrauchte Zuschlagstoffe wie Bentonit und kohlige Rückstände von den Quarzkörnern trennen, um so wenigstens den in großen Mengen anfallenden Quarzsand einer neuerlichen Wiederverwendung zuzuführen. Diese Trennung von Quarzsand und verbrauchten Bindemitteln, etc. gelingt je nach Anwendungstechnik jedoch recht unterschiedlich in bezug auf die, die Einzelkörner noch umfangenden Reststoffe, deren prozentualer Anteil insgesamt durch Prüfverfahren ermittelt wird. Die ermittelten Parameter werden unter den Begriffen Glühverlust, Schlämmstoff, Siebana­ lyse und pH-Wertbestimmung zusammengefaßt und bestimmen in ih­ rer Gesamtheit die neuerliche Wiederverwendung des Sandes.

Aus der DE 39 03 604 ist ein Verfahren zur Regenerierung von Formsand bekannt, bei dem der staubförmig anfallende Harzanteil, auch wenn er Sandkörner oder Abrieb von Sandkörner enthält, exo­ therm verbrannt werden kann. Die dabei entstehenden Verbren­ nungsrückstände bestehen hauptsächlich aus Siliziumdioxid in Form von Schlacke und können ohne Schwierigkeiten deponiert wer­ den. Der staubförmige Harzanteil, der außer dem Harzabrieb der Sandkörner auch Sandkörner aufweist, gelangt über eine Do­ siereinrichtung mit Pufferwirkung in einen Wirbelschichtofen. Nach diesem Verfahren werden die kleinen Körner (Abrieb) zusam­ men mit dem Harzanteil thermisch behandelt, verbacken und die Rückstände deponiert.

In der DE 31 03 030 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem der abgetrennte Feingutanteil mechanisch unter Zusatz von Wasser nachbehandelt und dann deponiert wird.

Die aufgeführten Sand-Qualitätsparameter stellen jeder für sich einen Gesamtwert einer bestimmten Sandprüfmenge dar. In der Pra­ xis wird jedoch der Sand in dem Zustand, wie er zur Regenerierung anfällt, in seiner Gesamtheit ohne Rücksicht auf seine Korngrößen-Zusammensetzung beurteilt.

Es entspricht somit dem Stand der Technik, daß zur Qualitäts­ beurteilung eines Sandes diese Parameter sich nicht aus dem Ein­ zelkorn bestimmter Größe beziehen, sondern auf den sich erge­ benden resultierenden Mittelwert der Prüfmenge. Nun ist es je­ doch so, daß die heutigen Mischverfahren und die dazu vorhan­ denen Apparaturen eine sehr gleichmäßige und homogene Binde­ mittelverteilung auf den Oberflächen der Sandkörner ermöglichen. Das heißt, die Bindemittelzugabe ist gewichts- und nicht oberflächenbezogen. Die anteiligen Oberflächen einer Prüfmenge Sand lassen es nun zu, daß die Bindemitteldosierungen sich nicht auf die Zahl kleiner oder größerer Körnungen bezieht, sondern auf die Gewichtsmenge schlechthin.

In der Praxis ist es jedoch so, daß gravimetrisch gleiche Prüf­ mengen Sand, nach größeren und kleineren Körnungen getrennt, recht unterschiedliche Oberflächen aufweisen.

Geht man davon aus, daß die Flächenbelastung mit Zuschlagstof­ fen größerer und kleinerer Körner gleich ist, bedeutet dies, daß ein Gramm z. B. großer Körnungen insgesamt weniger Binde­ stoffe aufweist, als die gleiche Vergleichsmenge kleiner Kör­ nungen auf Grund der größeren Oberflächenverhältnisse.

Die Gesamtheit des anfallenden zu regenerierenden Sandes in sei­ ner Gesamtheit, gleich mit welcher Systemtechnik auch immer be­ handelt wird, erfährt eine recht pauschale Reinigung in bezug auf Zeit und Energieeinbringung. Ein differenzierender Faktor bezüglich Zeit, Systemtechnik und somit Energieeinbringung wäre geboten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die vorlie­ gende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur Regenerierung von Gießerei-Altsanden vorzuschlagen, bei dem die Behandlung des Sandes selektiv auf Grund der Körnungsunterschiede erfolgt.

Damit soll ein einheitlicher Reinigungsgrad der Quarzkörner un­ abhängig von ihrer Größe erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Anspru­ ches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend näher be­ schrieben:
In einer ersten Verfahrensstufe erfolgt die mechanische Grund­ behandlung, wie Trennung von Sand und Knollen, zerkleinern der Knollen, Ausscheidung von Fremdstoffen wie Eisenteile, Holz-/ Glasreste und ähnliches. Eine Entstaubung, gegebenenfalls Trocknung des Sandes wie auch Kühlung so weit erforderlich, sind ebenfalls vorgesehen.

In einer zweiten Verfahrensstufe wird eine qualifizierte Be­ handlung der Sandmenge vorgenommen. Durch Reib- und Scheuerein­ wirkung, durch Entstaubung, Prallreinigung und gegebenenfalls thermische Behandlungstechnik wird der Sand weiter gereinigt. Dabei erfolgt die Trennung von verkokten, versinterten oder gar verbrannten Binderanteilen vom Quarzkorn. Die thermische Be­ handlungsstufe des Sandes sollte sehr einschränkend angewendet werden.

Nach dieser zweiten Verfahrensstufe erfolgt eine Prüfung des Sandes um die eingangs genannten Parameter Glühverlust, Schlämmstoffanteil und pH-Wert festzustellen und die Sieb­ analyse vorzunehmen.

Bis zu diesem Verfahrensschritt wird der Sand in seiner Gesamt­ heit behandelt, unabhängig von den darin enthaltenen Korngrößenanteilen. Die nachfolgende Tabelle zeigt jedoch, daß der re­ generierte Sand nach der beschriebenen ersten und zweiten Ver­ fahrensstufe in Abhängigkeit der Korngröße folgende Glühverlu­ ste und Schlämmstoffwerte aufweist.

Die ermittelten Werte belegen, daß mit zunehmender Korngröße bei gleicher Behandlungsdauer und Intensität die Werte immer besser werden, d. h. ein grober Sand ist reiner als ein klein­ körniger Sand. Da aber bei der heutigen Sandbeurteilung von ei­ nem jeweiligen Mischwert ausgegangen wird, ist der gute grobe Sand regelmäßig negativ beeinflußt vom kleinen oder feinen Sand.

Will man diese negative Beeinflussung eliminieren, dann hat hier eine Selektion zwischen großen und kleinen Körnern zu erfolgen. Somit wird in einer dritten Verfahrensstufe erfindungsgemäß die Sandmasse nach Korngrößen aufgeteilt und die kleinen Körner, die nachgewiesenermaßen einen höheren Schlämmstoffanteil und Glühverlust enthalten, einer weiteren Behandlung zugeführt, die eine intensive thermische Behandlung einschließen kann. Dabei kann die thermische Behandlung sowohl eine Temperaturerhöhung wie eine Temperatursenkung beinhalten. Bei einer Behandlung mit erhöhten Temperaturen geht man erfindungsgemäß nur soweit, bis die Binderschicht etc. gesprengt wird. Es erfolgt keine Verbrennung.

Es ist aber auch möglich, durch Temperatursenkung (Vereisung) bei minus 15 bis minus 20°C jene thermischen Spannungen in die umhüllenden Binder einzubringen, die eine Versprödung der um­ hüllenden Schicht ermöglichen. Danach kann die Sandmasse einer weiteren mechanischen Regenerierung zugeführt werden, so daß in dieser Verfahrensstufe die sogenannten "Schadstoff"-Panzer weg­ gesprengt werden können und ein nunmehr reines Korn resultiert.

Wenn die Reinigung der kleinen Körner abgeschlossen ist, werden diese der übrigen Sandmasse wieder zugegeben und im Sandkreis­ lauf weitergeleitet.

Beispiel

In einer vorbestimmten Menge eines zu regenerierenden Sandes wurde der Anteil an Binderstoffen von der körnigen Grundmasse getrennt. Anschließend wurde die vorgereinigte Sandmasse einer pneumatischen Behandlung unterzogen, bevor mit Hilfe eines Siebes eine Trennung zwischen großen und kleinen Körnern vor­ genommen wurde. Es hat sich gezeigt, daß ca. 25% der Sandmasse als Kleinkörner ausgeschieden wurden. Dabei ist unter Kleinkorn eine Körnung zu verstehen, bei der der Korndurchmesser 0,1 mm nicht überschreitet. Die ausgeschiedene Kleinkornmasse wurde während einer vorbestimmten Zeit auf einer Temperatur von ca. 300°C gehalten, etwa so lange, bis ausreichend thermische Span­ nungen im Schadstoffpanzer aufgebaut wurden, um eine Versprödung herbeizuführen. Die Wärmebehandlung wird unterbrochen, bevor sich ein Temperaturausgleich zwischen Kornmittelpunkt und Schadstoffhülle einstellt. Danach wird die so gereinigte Sand­ masse mechanisch weiterbehandelt, bis der Schadstoffpanzer von jedem Korn vollständig abgesprengt ist.

Das beschriebene Verfahrens ist besonders umweltfreundlich, weil im Gegensatz zu den bekannten thermischen Verfahren, keine Ver­ brennung erfolgt, so daß eine dadurch entstehende Umweltbe­ lastung entfällt.

Claims (7)

1. Verfahren zur selektiven Regenerierbehandlung von Gießerei- Altsanden für die Wiederverwendung anstelle von Neusand, wo­ bei

• - in einer ersten Stufe eine Trennung von Sand und Knollen, Zerkleinerung der Knollen und Ausscheidung von Fremdstoffen mittels mechanischer Mittel erfolgt,
• - in einer zweiten Stufe die Sandkörner zur Trennung von Anteilen der Bindestoffe beschleunigt werden, um eine Scheuerwirkung der einzelnen Sandkörner untereinander zu erzeugen,
• - in einer dritten Verfahrensstufe eine Trennung zwischen großen und kleinen Körnern vorgenommen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - in einer weiteren Verfahrensstufe die kleinen Körner thermisch nachbehandelt und diese der übrigen Sandmasse zur Wiederverwendung zugegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an­ schließend an die thermische Behandlung der kleinen Körner eine mechanische Nachbehandlung z. B. durch Waschen mit an­ schließender Trocknung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der thermischen Behandlung eine Temperaturerhöhung auf unge­ fähr 300°C erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung eine Unterkühlung der zu behandelnden Sandmenge auf minus 15 bis minus 20°C beinhaltet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung durch Sieben erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der zweiten Verfahrensstufe eine Prüfung des Sandes betreffend der Parameter Glühverlust, Schlämmstoffanteil und PH-Wert erfolgt.