Herstellung von Mischungen aus Feststoffen und thermoplastischen Bindemitteln
Es ist bekannt, dass die Einwirkung von Wasser unter gewissen Umständen die Qualität von bituminösen Mischungen verbessert, und zwar sowohl durch bessere Umhüllung der Festteilchen als auch durch Erzielung einer gleichmässigeren Verteilung der Bindemittelfilme auf den Oberflächen der Festteilchen, was den Wirkungsgrad des Bindemittels und die Verklebung der Festteilchen miteinander erhöht.
Zur Herbeiführung dieser Wirkung des Wassers wurden im allgemeinen folgende Wege beschritten: Anwendung von wässerigen Bitumenemulsionen, Zusatz von Haftmitteln (Netzmitteln) zum Bitumen und Einleitung von Dampf in bituminöse Gemische.
Die Anwendung von Bitumenemulsionen erhöht die Kosten und führt nicht immer zu den gewünschten Resultaten. Auch der Zusatz von Netzmitteln verteuert das Mischverfahren und erfordert einen zusätzlichen Arbeitsgang zum Einmischen des Netzmittels in das Bitumen.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet bituminöser Mischungen ist die Brikettiertechnik. Der bei der Herstellung von Briketts immer angewendete Dampf wirkt durch das aus ihm kondensierte Wasser. Diese Wirkung des Wassers beruht darauf, dass es die Grenzflächenspannung (Oberflächenspannung) des Bindemittels (Pech) verringert und seine Ausbreitung durch Spreiten begünstigt, wodurch der Wirkungsgrad des Bindemittels erhöht wird (Spreiteffekt). Näheres über diese Vorgänge ist u. a. in der Arbeit Grenzflächenvorgänge am System Wasser - bituminöse Bindemittel , veröffentlicht in der Zeitschrift Bitumen, Teere, Asphalte, Peche , 1954, Seiten 103 bis 107, und 1955, Seiten 12 bis 20, zu finden.
Sehr deutlich wird diese Wirkung des Wassers bei der Brikettherstellung, wo es schon seit langer Zeit bekannt ist, dass Dampfzugabe zum Kohle-Pech Gemisch eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Pechs und damit eine Verringerung des Pechzusatzes bewirkt. Es hat sich aber gezeigt, dass das kondensierte Wasser in Form von Porenwinkelwasser zu Klumpenbildung von noch unbitumierten Teilchen führen kann, die eine vollständige Bituminierung der Oberfläche aller Festteilchen verhindert.
Eine wirksamere Art der Vermischung von Festteilchen mit Bitumen, welche die individuelle Umhüllung auch kleinerer Teilchen mit dünnen Bitumenfilmen ermöglicht, besteht darin, dass der Knetvorgang ausgeschaltet wird und die Festteilchen im vor übergehenden Schwebezustand mit zerstäubtem Bitumen vermischt werden (Impact-Verfahren).
Es hat sich auch dabei gezeigt, dass die Wirkung des Bindemittels unter gewissen Umständen durch die Einwirkung von Wasser auf das Mischgut verbessert werden kann. Zur besonders wirksamen Ausnutzung des Spreiteffektes muss hierbei jedoch angestrebt werden, dass Wasser (Dampf) und Pech gleichzeitig auf jedes einzelne Festteilchen treffen, damit die Spreitung schon erfolgt, bevor so viel Wasser zugegen ist, dass mehrere Kohleteilchen durch Porenwinkelwasser kapillar zusammengeballt werden, weil innerhalb der Zusammenballungen eine Bindemittelumhüllung der Einzelteilchen nicht stattfinden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass dem unter hohem Druck stehenden, heissflüssigen Bindemittel überhitztes Wasser unter hohem Druck zugesetzt wird, und die Mischung beider Komponenten unter Druck auf das Mischgut gesprüht wird. Dies wird zweckmässig dadurch erreicht, dass ca. 1750 heisses Pech unter einem Druck von ca. 20 atü Sprühdüsen zugeleitet wird, und kurz vor den Düsen in die Heisspechleitung überhitztes Wasser von ebenfalls 1750 und ca.
21 atü in das Bitumen eingedrückt wird.
Die derart erzeugte Wasser-Pech-Emulsion wird am besten mit einer Sprühdüse zerstäubt. Unmittelbar nach Austritt aus der Düse wird das in der Emul sion enthaltene überhitzte Wasser zum Teil in Dampfform übergehen, und die Dampfbläschen können mit dem Pechtröpfchen einen Schaum bilden, der aus besonders dünnen Pechhäutchen besteht. Das restliche, jetzt durch die Teilverdampfung auf 1000 abgekühlte Wasser trifft dann in Form kleinster Tröpfchen mit dem Pechschaum und gegebenenfalls verbliebenen Pechtröpfchen zusammen auf die getrockneten und zweckmässig auf ca. 95-100 erhitzten Festteilchen im Mischtrog. Die verbliebenen Pechtröpfchen können so leicht auf den mit Wasser benetzten Festteilchen spreiten.
Da hierbei die Wassertröpfchen unmittelbar zusammen mit Dampf und Pech auf die Festteilchen auftreffen, besteht kaum die Gefahr, dass mehrere Teilchen durch Porenwinkeiwasser zu Klumpen zusammengeballt werden, bevor sie mit Pech in Berührung kommen. Es wird hier also eine weitgehende Umhallung der Festteilchen mit feinsten Pechfilmen ermöglicht.
Bei der bisher üblichen Zugabe des gesamten Wassers in Dampfform muss das Festgut erheblich unter der I Kondensafionstemperatur gehalten werden, damit die gesamte Dampfmenge kondensieren kann und damit aktionsfähig wird, ohne dass durch die freiwerdende Kondensationswärme das Festgut über 1000 erwärmt wird, weil sonst eine weitere Dampfkondensation nicht mehr stattfinden kann. Beim er findungsgemässen Verfahren erfolgt die Zugabe der Hauptwassermenge in flüssiger Form. Dies erlaubt von Anfang an eine höhere Temperatur der Festteilchen. Dadurch wird das Pech beim Auftreffen auf die Festteilchen nicht so stark abgekühlt und übt seine Wirkung in entsprechend flüssigerem Zustand aus.
Da die Durchführung des Verfahrens die Anwendung hohen Druckes verlangt, so erscheint es zweckmässig, das Verfahren in Verbindung mit dem oben erwähnten Mischprozess durchzuführen, in welchem das Festgut in einen vorübergehenden Schwebezustand versetzt und das unter hohem Druck stehende flüssige Bindemittel auf diese Schwebezone aufge stäubt l. wird. Beim erfindungsgemässen Vorgehen er- folgt dann die Zerstäubung des ebenfalls unter hohem Druck stehenden Gemisches aus Bindemittel und überhitztem Wasser.
Als Beispiel für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird nachfolgend seine Verwendung für die Kohlenbrikettierung an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert, die einen Quer sclmitt durch eine Anlage zur Herstellung von pressfertigem Brikettiergut darstellt.
Die getrocknete und auf etwa 950 erwärmte Feinkohle wird in einem besonderen Mischbehälter 1 mit Hilfe von auf gegenläufig rotierenden Wellen 2 befestigten Wurfschaufeln 3 hochgewirbelt, so dass sich eine Schwebezone 4 von Festteilchen bildet. In Druckdüsen 5 wird ein Gemisch gebildet, von etwa gleichen Teilen Pech von ca. 1750 bei etwa 20 atü Druck und überhitztem Wasser, von etwa gleicher Temperatur unter einem Druck von etwa 21 atü. Das heisse Pech fliesst durch die Leitung 6 zu den Düsen 5, und kurz vor den Düsen wird durch die Leitung 7 überhitztes Wasser in die Heisspechleitung eingedrückt. In die Leitung 7 ist ein Rückschlagventil 8 und ein Abschlussventil 9 eingebaut.
Das Gemisch wird auf die Schwebezone 4 der Festteilchen gesprüht, und zwar in einer Menge, dass das pressfertige Brikettiergut etwa 4 Gew. % Pech und etwa 4 Gew. % Wasser enthält.
Das beschriebene Verfahren kann u. a. auch verwendet werden zur Erzbrikettierung, zur Herstellung von bituminösen Strassenbaumassen, Bodenbelägen, Platten usw.
Gegenüber der bei den üblichen Mischverfahren angewendeten, getrennten Pech- und Dampfzugabe weist das erfindungsgemässe Verfahren noch folgende Vorteile auf: Die Zugabe des Wassers nicht in Dampf-, sondern in flüssiger Form erlaubt die Einbringung von kapillaraktiven Zusätzen zum Wasser, mit denen die Schaumbildung und die Spreitneigung verbessert und die Benetzung und Füllung der Poren (z. B. in Kohleteilchen) durch das Wasser begünstigt werden kann. Bei der Zugabe des Wassers in Dampfform wird dagegen praktisch destilliertes Wasser zugegeben. Es müssen in diesem Falle eventuelle Zusätze in das Bindemittel eingemischt werden, was viel umständlicher ist.
Als thermoplastische Bindemittel eignen sich bituminöse Bindemittel, z. B. alle Arten Asphalte und Erdölrückstände, ferner Produkte aus der Teerdestillation wie Teer und Teerpech. Ferner eignen sich Paraffine, Harze, Kunststoffe usw.
Production of mixtures of solids and thermoplastic binders
It is known that the action of water improves the quality of bituminous mixtures under certain circumstances, both by better coating the solid particles and by achieving a more even distribution of the binder films on the surfaces of the solid particles, which improves the efficiency of the binder and the adhesion of solid particles increased together.
In order to bring about this effect of the water, the following methods were generally used: application of aqueous bitumen emulsions, addition of adhesives (wetting agents) to the bitumen and introduction of steam into bituminous mixtures.
The use of bitumen emulsions increases costs and does not always lead to the desired results. The addition of wetting agents also makes the mixing process more expensive and requires an additional work step for mixing the wetting agent into the bitumen.
Briquetting technology is an important field of application for bituminous mixtures. The steam, which is always used in the production of briquettes, works through the water that condenses from it. This effect of the water is based on the fact that it reduces the interfacial tension (surface tension) of the binder (pitch) and promotes its spreading by spreading, which increases the efficiency of the binder (spreading effect). More information about these processes is u. a. in the work interface processes on the system water - bituminous binders, published in the magazine Bitumen, Teere, Asphalt, Peche, 1954, pages 103 to 107, and 1955, pages 12 to 20, to be found.
This effect of the water becomes very clear in the production of briquettes, where it has been known for a long time that the addition of steam to the coal-pitch mixture causes an increase in the efficiency of the pitch and thus a reduction in the addition of pitch. It has been shown, however, that the condensed water in the form of pore angle water can lead to the formation of lumps of particles that have not yet been bituminized, which prevents complete bituminization of the surface of all solid particles.
A more effective way of mixing solid particles with bitumen, which enables even smaller particles to be individually coated with thin bitumen films, is to switch off the kneading process and mix the solid particles with atomized bitumen in a temporary state of suspension (impact process).
It has also been shown that the action of the binder can be improved under certain circumstances by the action of water on the mix. For particularly effective use of the spreading effect, however, the aim must be that water (steam) and pitch hit each individual solid particle at the same time, so that the spreading takes place before there is so much water that several coal particles are capillary agglomerated by pore angle water, because within Due to the agglomeration, the individual particles cannot be coated with binding agent.
The method according to the invention is characterized in that superheated water is added under high pressure to the hot liquid binder which is under high pressure, and the mixture of the two components is sprayed onto the material to be mixed under pressure. This is expediently achieved by feeding approx. 1750 hot pitch under a pressure of approx. 20 atmospheric spray nozzles, and shortly before the nozzles into the hot pitch line superheated water of 1750 and approx.
21 atü is pressed into the bitumen.
The water-pitch emulsion produced in this way is best atomized with a spray nozzle. Immediately after exiting the nozzle, the superheated water contained in the emul sion will partially change into vapor form, and the steam bubbles can form a foam with the pitch droplets, which consists of particularly thin pitch skins. The remaining water, now cooled to 1000 by the partial evaporation, meets in the form of tiny droplets with the pitch foam and any remaining pitch droplets together with the dried and expediently heated solid particles in the mixing trough to approx. 95-100. The remaining pitch droplets can easily spread onto the water-wetted solid particles.
Since the water droplets impinge directly on the solid particles together with steam and pitch, there is hardly any risk that several particles will be agglomerated into lumps by pore angle water before they come into contact with the pitch. This enables the solid particles to be largely surrounded by the finest pitch films.
With the usual addition of all water in vapor form, the solid material must be kept well below the condensation temperature so that the entire amount of steam can condense and thus become active without the solid material being heated to over 1000 due to the heat of condensation released, because otherwise further steam condensation can no longer take place. When he inventive method, the main amount of water is added in liquid form. This allows the solid particles to have a higher temperature right from the start. As a result, the pitch is not cooled down so much when it hits the solid particles and it exerts its effect in a correspondingly more liquid state.
Since the implementation of the process requires the use of high pressure, it seems appropriate to carry out the process in conjunction with the above-mentioned mixing process, in which the solid material is temporarily suspended and the liquid binder, which is under high pressure, is dusted onto this suspension zone . becomes. In the procedure according to the invention, the mixture of binder and superheated water, which is also under high pressure, is then atomized.
As an example of the implementation of the method according to the invention, its use for coal briquetting is explained below with reference to the accompanying drawing, which shows a cross-section through a plant for the production of briquetting material ready for pressing.
The dried and heated to about 950 fine coal is whirled up in a special mixing container 1 with the aid of throwing blades 3 attached to counter-rotating shafts 2, so that a floating zone 4 of solid particles is formed. In pressure nozzles 5 a mixture is formed, of approximately equal parts of pitch of about 1750 at about 20 atmospheres pressure and superheated water of approximately the same temperature under a pressure of about 21 atmospheres. The hot pitch flows through the line 6 to the nozzles 5, and just before the nozzles, superheated water is pressed through the line 7 into the hot pitch line. A check valve 8 and a shut-off valve 9 are installed in the line 7.
The mixture is sprayed onto the floating zone 4 of the solid particles in an amount such that the briquetting material ready for pressing contains about 4% by weight of pitch and about 4% by weight of water.
The method described can u. a. are also used for ore briquetting, for the production of bituminous road construction compounds, floor coverings, slabs, etc.
Compared to the separate addition of pitch and steam used in conventional mixing processes, the process according to the invention also has the following advantages: The addition of the water not in steam but in liquid form allows capillary-active additives to be introduced to the water, with which the foam formation and the The tendency to spread is improved and the wetting and filling of the pores (e.g. in coal particles) can be promoted by the water. In contrast, when water is added in vapor form, practically distilled water is added. In this case, any additives must be mixed into the binder, which is much more laborious.
Bituminous binders are suitable as thermoplastic binders, e.g. B. all types of asphalt and petroleum residues, also products from tar distillation such as tar and tar pitch. Paraffins, resins, plastics, etc. are also suitable.