DD251468A3

DD251468A3 - Verfahren zur Rückgewinnung von hochkorundhaltigen gebrannten Abprodukten

Info

Publication number: DD251468A3
Authority: DD
Publication date: 1987-11-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Rueckgewinnung der genannten Abprodukte, wie sie bei der Produktion hochwertiger Erzeugnisse nach dem Sintern oder einem Nachbearbeitungs- und Sortierprozess anfallen, wenn die geometrischen Toleranzen, die Sinterverdichtung, die Oberflaechenqualitaet oder andere funktionelle Parameter nicht den Anforderungen genuegen. Ziel der Erfindung ist es, die bereits gebrannten hochkorundhaltigen Abprodukte fuer die Herstellung hochwertiger Erzeugnisse durch einen Thermoschockprozess und anschliessendes Mahlen wieder nutzbar zu machen. Erfindungsgemaess erfolgt dies, indem das aus dem Thermoschockprozess gewonnene stueckige Gut auf eine Restfeuchte von 0,05% getrocknet und danach in einer Trommelmuehle unter stufenweiser Zugabe von Wasser als Desagglomerationsmedium, wobei die Wasserzugaben in Abhaengigkeit vom erreichten Mahlfortschritt erfolgen, trocken feinzerkleinert wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von hochkorundhaltigen, gebrannten Abprodukten durch einen Thermoschockprozeß und anschließendes Mahlen. Derartige Abprodukte fallen bei der Produktion von hochwertigen Erzeugnissen nach dem Sintern oder einem Nachbearbeitungs- und Sotierprozeß an, wenn die geometrischen Toleranzen, die Sinterverdichtung, die Oberflächenqualität oder andere funktioneile Parameter nicht den gestellten Anforderungen genügen. Durch das Verfahren lassen sich die genannten Abprodukte zu Keramikpulvern wieder aufarbeiten, deren Korngröße, Korngrößenverteilung und physikalisch-chemischer Oberflächenzustand den Plastifizierungs- und Formgebungsprozessen optimal angepaßt werden kann. Das Verfahren ist deshalb für die Elektrotechnik/Elektronik z. B. bei der Herstellung von Isolations- und Gehäusebauteilen oder im Maschinenbau z.B. bei Verschleiß- und Konstruktionskeramiken von Bedeutung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bisher werden die in nahezu jedem keramischen Fertigungsprozeß anfallenden Abprodukte verworfen oder einem minderwertigen Verwendungszweck zugeführt, obwohl sie eine definierte chemische Zusammensetzung aufweisen und zu ihrer Herstellung hochwertige synthetische Rohstoffe eingesetzt wurden. Nun ist es zwar bekannt, Glattbrandbruch als Magerungsmittel bei der Masseaufbereitung einzusetzen. Der Zusatz erfolgt jedoch nur in Anteilen von wenigen Prozent zur Masse. Damit soll das Schwindungsverhalten der Masse beeinflußt werden (DE 2943273; 1227821; 2522289). Der Glattbrandbruch wird hierbei durch Brecher und die üblichen Mahlaggregate grob und danach feinstzerkleinert, bis das Kornspektrum zusammen mit den übrigen Rohstoffen für einen optimalen Masseaufbau geeignet ist. Für die Feinzerkleinerung dieser Materialien sowie von Oxiden, Silikaten u.a. Materialien werden gemäß bestehendem Stand der Technik speziell ausgekleidete Trommelmühlen (z.B. Gummi-, Silex-Auskleidung) eingesetzt. Bei Trockenmahlungen werden entsprechende organische Mahlhilfsmittel (z. B. Ölsäure, Stearinsäure, Stearate, Amine) zur Vermeidung der Reagglomeration und des Anbackens von Mahlgut angewendet

Der Verwendung dieser Mahlhilfsmittel haften folgende Nachteile an:

— Je nach anzuwendender Formgebungstechnologie können sie bei der nachfolgenden Plastifizierung negativen Einfluß auf das gewünschte Theologische Verhalten haben und müßten durch einen Glühprozeß oberhalb 600⁰C wieder entfernt werden.

— Bei Verwendung von Ölsäure hat der Restfeuchtegehalt des Mahlgutes einen starken Einfluß auf deren Wirksamkeit und auf das Zerkleinerungsverhalten (mangelnde Reproduzierbarkeit des Zerkleinerungsergebnisses). Außerdem sind Zersetzungsreaktionen dieses Mediums während der Zerkleinerung nicht auszuschließen.

— Unter Beachtung der beim Zerkleinerungsprozeß auftretenden Temperaturen kann durch diese Medien ein erhöhter Verschleiß der Gummiauskleidung hervorgerufen werden.

Die modernen Formgebungsverfahren der technischen Keramikerfordern die Einstellung eines definierten Theologischen Verhaltens der keramischen Massen bzw. Schlicker, das aus einer gezielten Benetzung bzw. Belegung der Feststoifpartikel durch organische Plastifizierungshilfsmittel resultiert. Mit heterogenen Rohmassegemischen (z.B. Oxide, Silikate, Karbonate) lassen sich diese Verhältnisse nicht reproduzierbar einstellen, so daß der Plastifizierung und Formgebung ein Reaktionssinter- oder Glühprozeß mit nachfolgender Zerkleinerung vorgeschaltet werden muß. Als besonders schwierig erwies sich die Rückgewinnung von hochkorundhaltigen, gebrannten Abprodukten, weil die Zerkleinerungsproblematik bisher nicht beherrscht wurde. Von der Zementherstellung ist zwar das Thermoschock-Verfahren und eine sich daran anschließende mechanische Zerkleinerung bekannt (DD-PS 214370). Diese Verfahrensweise läßt sich aber nicht auf die Zerkleinerung von gebrannten, hochkorundhaltigen Abprodukten übertragen, weil diese eine hohe Härte besitzen und bei der Feinzerkleinerung in verstärktem Maße Agglomerate und Anbackungen auftreten. Der Einsatz der üblichen Desagglomerationsmedien führt zum chemischen Anlösen der Auskleidung der zur Zerkleinerung verwendeten gummierten Mahlaggregate, die sich während der Mahlung erwärmen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, bereits gebrannte, hochkorundhaltige Abprodukte für die Herstellung hochwertiger Erzeugnisse nutzbar zu machen, um auf diese Weise wertvolle Rohstoffe besser auszunutzen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Rückgewinnung von hochkorundhaltigen, gebrannten Abprodukten durch einen Thermoschockprozeß und anschließendes Mahlen zu entwickeln, wobei die Korngröße, Korngrößenverteilung und der physikalisch-chemische Oberflächenzustand des gewonnenen Keramikpulvers den Plastifizierungs- und Formgebungsprozessen optimal anpaßbar sein soll.

Erfindungsgemäß wird deshalb das aus dem Thermoschock^erfahren gewonnene stückige Gut auf eine Restfeuchte < 0,05% getrocknet und danach ohne vorherige Grobzerkleinerung in.einer Trommelmühle unter stufenweiser Zugabe von Wasser als Desagglomerationsmedium, wobei die Wasserzugaben in Abhängigkeit vom erreichten Mahlfortschritt erfolgen, trocken feinzerkleinert.

Zweckmäßigerweise glüht man die Abprodukte bei Temperaturen zwischen 1000 und 1 200°Cund schreckt sie danach in einem Wasserbad ab.

Das Glühen kann in einem indirekt beheizten Drehrohrofen erfolgen. Dabei müssen die Durchsatzmenge, Verweilzeit bei Maximaltemperatur, Durchlaufzeit von der Glühzone bis zurruQfenaustrag, die dem Wasserbad gleichzeitig zugeführte Materialmenge sowie deren Sinklänge im Wasserbad so optimiert werden, daß im zu zerkleinernden Sinterkörper eine maximale Mikrorißdichte erreicht wird. Die trockene Feinzerkleinerung erfolgt mit Wasser als Desagglomerationsmedium, wobei auch wasserhaltige oder wasserabgebende Stoffe möglich sind. Hierbei wird der Zerkleinerungsprozeß so ausgeführt, daß die beim Mahlen neugebildete Festkörperoberfläche maximal mitOH-Gruppen abgesättigt wird. In Anpassung an die jeweils während des Prozesses vorliegende Pulveroberfläche erfolgt die Wasserzugabe bzw. Zugabe einer äquivalenten Menge einer wasserabzugebenden Substanz stufenweise. Die Flüssigkeit wird außerhalb der Mühlein einem Gummibehälter mit ca. 500g Pulver homogen vermischt und erst danach dem Mahlgut zugesetzt. Dadurch wird die zwischenzeitliche Benetzung der Mahlkörper und Mühlenwand verhindert und eine homogene Verteilung erreicht.

Wird die Zerkleinerung so weit geführt, daß z. B. Korund-Primärkristallite gespalten werden, entstehen Grenzflächen mit mehr AI³⁺-lonen, als der normalen Koordination im Kristallinneren und der Ladungsneutralität entspricht.

Ein relativer Ladungsausgleich kann nur durch eine lonen-Umorientierung in den oberflächennahen Bereichen erfolgen, die zu amorpisierten Oberflächenschichten führt. Aus Pulvern, deren Oberflächen amorphisierte Zentren enthalten, können Massen für das Niederdruckwarmspritzgießen hergestellt werden, die sehr gute und stabile Verarbeitungseigenschaften besitzen.

Diese Vorgänge beziehen sich auf Mahlgutfeinheiten, die durch einen Bereich der spezifischen Oberfläche von 0,5-5 m²/g (BET-Wert) gekennzeichnet sind.

Sollen Pulver höherer spezifischer Oberfläche hergestellt werden, kann die Mahlung durch entsprechend großen Wasserzusatz als Naßmahlung fortgesetzt werden, wobei eine weitere Entschäumerzugabe und die Korrektur der Besatzverhältnisse erfolgt.

Ausführungsbeispiel

An Hand der Verarbeitung von Gehäuseschalensinterausfall zu einer Niederdruckwarmspritzgießmasse soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden.

Der Gehäuseschalensinterausfall wird in einem Drehrohrofen geglüht und anschließend in Wasser abgeschreckt.

Nach einer stufenweisen Zerkleinerung läßt sich das Mahlgut mittels Niederdruckwarmspritzgießen gemäß DD-PS 139397 weiterverarbeiten.

Als günstig erwiesen sich bspw. die folgenden Verfahrensparameter:

— Ausgangsmaterial: Gehäuseschalensinterausfall (plättchenförmig mit L=8...20mm, B= 6... 10mm, H= 1... 2mm) aus 95%iger AI₂O₃-Keramik.

— Thermoschockbehandlung: in einem elektrisch indirekt beheizten Drehrohrofen (Rohrlänge: 2500mm; Rohrdurchmesser: 200mm; Rohrneigung: 2=5 Grad; Drehzahl: 4,5U/min); Temperatur der Glühzone: 1100⁰C; Verweilzeit bei Maximaltemperatur: 5... 10min; Durchlaufzeit von der Glühzone bis zum Ofenaustrag: 3... 5s; Durchsatz: 80kg/h; Abschrecken in Wasser (T = 5O⁰C); Sinklänge im Wasserbad: 15cm; Verweilzeit im Wasserbad: 0,5... 1 min; Austrag aus dem Wasserbad mittels Sieb und nachfolgend Lufttrocknung.

— Zerkleinerung: 75I-Trommelmühle (Gummiauskleidung); Mahlkörper: Cylpebs (030...50mm; L = 30...50mm) aus gleichem Grundmaterial wie Aufgabegut; Mahlkörpermenge: 80kg;:Mahlgutmenge: 30kg; Mahlhilfsmittel: 10g H₂O (Belegung mitHydroxylionen) bis 30g H₂O (monomolekulare Belegung mit Wasser bei einer spezifischen Oberfläche von 2m²/g); Zugabe des Mahlhilfsmittels je zur Hälfte nach 16h und 32 h Mahldauer; Mühlendrehzahl: 40 U/min; Mahlkörperfüllungsgrad: 55%; Mahldauer: 40h; Mahlguttemperatur: 2O⁰C bis max. 6O⁰C; Mahlgutentnahme mittels Spezialvörrichtung gemäß DDR-Patentschrift 148303; durch die Absättigung der Oberflächanladungen verhält sich das Mahlgut beim Austrag wie ein Guides Material.

— Zerklein irungsergebnis: spezifische Oberfläche nach BET: 2,0m²/g; Kornform: regelloses, gegründetes Koi.i;

Mit diesem Verfahren läßt sich hochreines bzw. wie in diesem Falle chemisch definiertes vorsynthetisiertes A^Os-Material rückgewinnen und zu hochwertigen Produkten weiterverarbeiten. Auf diese Weise werden wertvolle Rohstoffe eingespart. Da es sich außerdem um bereits synthetisiertes KeramikmateriaJ.handelt, entfallen die ansonsten erforderlichen Reaktionssinteroder Glühprozesse und der damit verbundene Energieaufwand.

Claims

1. Verfahren zur Rückgewinnung von hochkorundhaltigen, gebrannten Abprodukten durch einen Thermoschockprozeß und anschließendes Mahlen, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Thermoschockverfahren gewonnene stückige Gut auf eine Restfeuchte <0,05% getrocknet und danach in einer Trommelmühle unter stufenweiser Zugabe von Wasser als Desagglomerationsmedium, wobei die Wasserzugaben in Abhängigkeit vom erreichten Mahlfortschritt erfolgen, trocken feinzerkleinert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des Desagglomerationsmediums in Form von wasserhaltigen oder wasserabgebenden Stoffen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenmahlung durch Zugabe von Wasser und eines Entschäumers als Naßmahlung fortgeführt wird.