PL247178B1

PL247178B1 - Method of producing agglomerate from waste tannery shavings

Info

Publication number: PL247178B1
Application number: PL444744A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Olejnik; Remigiusz Modrzewski; Andrzej Obraniak; Katarzyna Ławińska; Andrzej Rostocki
Original assignee: Politechnika Lodzka; Siec Badawcza Lukasiewicz – Lodzki Instytut Tech
Priority date: 2023-05-04
Filing date: 2023-05-04
Publication date: 2025-05-26
Also published as: PL444744A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania aglomeratu ze strużyn garbarskich, w drodze aglomeracji w granulatorze talerzowym o działaniu okresowym, z użyciem wody do jego nawilżania podczas granulacji, z wykorzystaniem bentonitu, który polega na tym, że jako materiał sypki, z którego wytwarza się aglomerat stosuje się odpadowe strużyny z chromowych i bezchromowych procesów garbarskich oraz bentonit, przy czym najpierw do granulatora wprowadza się strużyny, a w następnej kolejności bentonit. Mieszanie złoża następuje podczas obrotów talerza przez czas 2 — 5 minut. Granulację prowadzi się w czasie 5 — 20 minut z równoczesnym natryskiwaniem granulowanego złoża wodą o temperaturze 10°C — 70°C. Następnie po zaprzestaniu nawilżania kontynuuje się granulację w czasie kolejnych 3 — 10 minut.The subject of the application is a method of producing an agglomerate from tanning shavings by agglomeration in a periodic plate granulator, using water for its moistening during granulation, using bentonite, which consists in using waste shavings from chromium and chromium-free tanning processes and bentonite as the bulk material from which the agglomerate is produced, whereby shavings are first introduced into the granulator, and then bentonite. The bed is mixed during the rotation of the plate for 2-5 minutes. Granulation is carried out for 5-20 minutes with simultaneous spraying of the granulated bed with water at a temperature of 10°C-70°C. Then, after stopping moistening, granulation is continued for another 3-10 minutes.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób aglomeracji strużyn odpadowych z chromowych i bezchromowych procesów garbarskich. Rozwiązanie według wynalazku umożliwia wytworzenie materiału, który może być wykorzystany m.in. w budownictwie jako doskonały materiał do izolacji cieplnych.The subject of the invention is a method of agglomerating waste shavings from chromium and chromium-free tanning processes. The solution according to the invention enables the production of a material that can be used, among others, in construction as an excellent material for thermal insulation.

Znane są sposoby przetwarzania odpadowych strużyn garbarskich w celu ponownego wykorzystania, zmniejszenia ich uciążliwości środowiskowej oraz zmiany ich właściwości fizycznych w wyniku zastosowanej technologii. Strużyny garbarskie są produktem odpadowym z przemysłu garbarskiego, powstałym po procesie właściwego garbowania, odpornym na degradację biologiczną. Możliwe kierunki przetwarzania, utylizacji oraz recyklingu odpadów garbarskich to produkcja skóry wtórnej, materiałów włóknistych, hydrolizatów białkowych, kompostowanie, rolnictwo (nawozy), obróbka termiczna i składowanie.There are known methods of processing waste tanning shavings for the purpose of reuse, reducing their environmental impact and changing their physical properties as a result of the applied technology. Tanning shavings are a waste product from the tanning industry, created after the actual tanning process, resistant to biological degradation. Possible directions of processing, disposal and recycling of tanning waste are the production of secondary leather, fibrous materials, protein hydrolysates, composting, agriculture (fertilizers), thermal treatment and storage.

Całkowita zawartość substancji organicznej w suchej masie strużyn garbarskich wynosi 85-90%, zaś stała pozostałość po spaleniu 7,8-8% masy początkowej strużyn.The total content of organic matter in the dry mass of tanning shavings is 85-90%, while the solid residue after combustion is 7.8-8% of the initial mass of the shavings.

Strużyny charakteryzują się wieloma niekorzystnymi właściwościami fizycznymi m.in. bardzo małą gęstością nasypową. Zajmują dużą objętość, co utrudnia ich magazynowanie i transport. Posiadają nieregularne, kłaczkowate kształty, co powoduje ich zbijanie się w większe fragmenty i utrudnia wysypywanie z pojemników oraz ewentualne dozowanie i załadunek. Rozwiązaniem tych problemów byłoby nadanie strużynom regularnych, sferycznych kształtów i utworzenie w ten sposób sypkiego złoża. Efekt ten można uzyskać podczas bezciśnieniowej aglomeracji talerzowej.The shavings are characterized by many unfavorable physical properties, including a very low bulk density. They take up a large volume, which makes their storage and transport difficult. They have irregular, flocculated shapes, which causes them to clump into larger fragments and makes pouring them out of containers and possible dosing and loading difficult. The solution to these problems would be to give the shavings regular, spherical shapes and thus create a loose deposit. This effect can be achieved during pressureless plate agglomeration.

Znany jest sposób wytwarzania granul z przesianych strużyn garbarskich opisany w opisach patentowych PL236818, PL236819, PL238882 oraz PL23888, polegający na talerzowej aglomeracji w trybie okresowym mieszaniny strużyn garbarskich i takich sypkich materiałów mineralnych jak dolomit, kreda, gips i mączką wapienna, w którym na cyrkulującą w obracającym się talerzu granulatora mieszaninę dostarcza się za pomocą dysz wodny roztwór szkła wodnego, co inicjuje powstawanie granul w skład których wchodzą strużyny, materiał mineralny oraz szkło wodne.There is a known method of producing granules from sifted tanning shavings described in patent descriptions PL236818, PL236819, PL238882 and PL23888, which consists in periodic plate agglomeration of a mixture of tanning shavings and such loose mineral materials as dolomite, chalk, gypsum and limestone flour, in which an aqueous solution of water glass is supplied by means of nozzles to the mixture circulating in the rotating granulator plate, which initiates the formation of granules consisting of shavings, mineral material and water glass.

Znany jest również sposób granulacji strużyn garbarskich opisany w zgłoszeniach patentowych P.431102, P.431101, P.431100 i P.431099, w których okresowej granulacji talerzowej podlegała wcześniej utworzona w innym aparacie wilgotna mieszanina składająca się z przesianych strużyn garbarskich, materiału mineralnego (mączka wapienna, mączka kredowa, mączka dolomitowa, gips) i roztworu szkła wodnego. We wszystkich omawianych przypadkach granulację prowadzono w celu uzyskanie produktu, który mógłby być wykorzystany w przemyśle obuwniczym.There is also a known method of granulation of tanning shavings described in patent applications P.431102, P.431101, P.431100 and P.431099, in which a moist mixture previously created in another device, consisting of sieved tanning shavings, mineral material (limestone flour, chalk flour, dolomite flour, gypsum) and water glass solution, was subjected to periodic plate granulation. In all the cases discussed, granulation was carried out in order to obtain a product that could be used in the footwear industry.

W wypadku aplikacji granulatu, w skład którego wchodziłyby odpadowe, przesiane strużyny garbarskie, jako wypełnienia izolującego w przemyśle budowlanym konieczne jest zastosowanie jako składnika powstających aglomeratów innych materiałów mineralnych niż użyte w patentach PL236818, PL236819, PL238882 oraz PL238881 i zgłoszeniach patentowych P.431102, P.431101, P.431100 i P.431099. Materiały te stosowane jako dodatek do strużyn muszą umożliwiać powstawanie granul, które charakteryzowałyby się dużo większą wytrzymałością mechaniczną.In the case of application of granulate, which would include waste, screened tannery shavings, as an insulating filling in the construction industry, it is necessary to use as a component of the resulting agglomerates other mineral materials than those used in patents PL236818, PL236819, PL238882 and PL238881 and patent applications P.431102, P.431101, P.431100 and P.431099. These materials used as an additive to shavings must enable the formation of granules that would be characterized by much greater mechanical strength.

Celem wynalazku było zatem opracowanie sposobu wytwarzania aglomeratu z odpadowych strużyn garbarskich, dzięki któremu uzyskuje się sypkie aglomerowane złoże ziarniste o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej.The aim of the invention was therefore to develop a method for producing an agglomerate from waste tannery shavings, thanks to which a loose agglomerated granular bed with increased mechanical strength is obtained.

Sposób aglomeracji strużyn garbarskich w drodze granulacji w granulatorze talerzowym o działaniu okresowym, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako materiał sypki, stosuje się przesiane strużyny z chromowych i bezchromowych procesów garbarskich o wilgotności do 65% i o uziarnieniu do 12,5 mm oraz bentonit o wilgotności mniejszej od 0,05 i o uziarnieniu do 0,5 mm. Przy czym najpierw do granulatora wprowadza się strużyny w takiej ilości, aby stosunek objętości wprowadzonych strużyn do objętości talerza granulatora był równy 0,15-0,3. Następnie wprowadza się bentonit w ilości takiej, aby stosunek masy bentonitu do masy strużyn wynosił 1-3. Miesza się oba składniki przy szybkości obrotowej talerza granulatora 10-20 obrotów/minutę w czasie 2-5 minut, po czym przez 5-20 minut prowadzi się granulację strużyn z równoczesnym natryskiwaniem granulowanego złoża wodą o temperaturze 10-70°C, wprowadzaną w postaci kropel o średnicy 0,1-5 mm lub w postaci strugi, pod ciśnieniem 10-40 kPa w ilości 500-1500 g na 1000 g złoża. Po zakończeniu nawilżania prowadzi się dalszą aglomerację podczas obrotów talerza przez czas 3-10 minut, po czym transportuje się uzyskane aglomeraty do suszenia w temperaturze 50-65°C.The method of agglomeration of tanning shavings by granulation in a periodic plate granulator, according to the invention, is characterized in that the bulk material used is sieved shavings from chromium and chromium-free tanning processes with moisture content of up to 65% and grain size of up to 12.5 mm, and bentonite with moisture content of less than 0.05 and grain size of up to 0.5 mm. At first, shavings are introduced into the granulator in such an amount that the ratio of the volume of the introduced shavings to the volume of the granulator plate is equal to 0.15-0.3. Then, bentonite is introduced in such an amount that the ratio of the mass of bentonite to the mass of shavings is 1-3. Both components are mixed at a granulator plate rotation speed of 10-20 rpm for 2-5 minutes, then shavings are granulated for 5-20 minutes while the granulated bed is simultaneously sprayed with water at a temperature of 10-70°C, introduced in the form of drops with a diameter of 0.1-5 mm or in the form of a stream, under a pressure of 10-40 kPa in the amount of 500-1500 g per 1000 g of bed. After the moistening is completed, further agglomeration is carried out while the plate rotates for 3-10 minutes, after which the obtained agglomerates are transported for drying at a temperature of 50-65°C.

W sposobie granulacji jako materiał mineralny zastosowano bentonit odlewniczy. Łączenie strużyn z bentonitem w procesie granulacji talerzowej daje trwały i bezpieczny materiał, który może być wykorzystany w budownictwie jako doskonały materiał do izolacji cieplnych. Same strużyny są bowiem dobrym izolatorem ciepła, a w granulacie zawierającym dodatkowo duże ilości powietrza międzyziarnowego, jeszcze te właściwości izolacyjne rosną. Zastosowanie bentonitu w wyniku wysokiej zawartości w jego składzie montmorillonitu powoduje uzyskanie granul o dużej wytrzymałości na ściskanie.In the granulation method, foundry bentonite was used as the mineral material. Combining shavings with bentonite in the plate granulation process produces a durable and safe material that can be used in construction as an excellent material for thermal insulation. The shavings themselves are a good heat insulator, and in granulate containing additionally large amounts of intergranular air, these insulating properties increase even more. The use of bentonite due to the high content of montmorillonite in its composition results in granules with high compressive strength.

Sposób według wynalazku umożliwia przetworzenie i zmianę właściwości fizycznych produktu odpadowego - strużyn garbarskich, często składowanego dotychczas na terenie zakładu garbarskiego i przekazywanego do utylizacji. Sposobem według wynalazku otrzymuje się sypkie aglomerowane złoże ziarniste, które łatwo magazynować, transportować i dozować, zawierające zarówno składniki mineralne jak i organiczne. Wprowadzanie do talerza suchego bentonitu ułatwia aglomerację drobnoziarnistych frakcji strużyn, co wraz z procesem suszenia zapewnia uzyskanie suchych na powierzchni zewnętrznej granul, które tworzą niezbrylające się złoże o sypkości, pozwalającej na swobodny transport aglomeratów do kolejnych operacji technologicznych. Przyłączenie się do granul suchego bentonitu obniża wilgotność tak uzyskanego granulatu, dzięki czemu obniżeniu ulegają koszty jego suszenia. Zastosowanie wody jako cieczy wiążącej obniża koszty procesu. Zastosowanie wody o wyższej temperaturze i tym samym mniejszej lepkości poprawia wiązanie się cząstek aglomeratu i daje produkt o wyższej wytrzymałości. Aglomeraty otrzymane sposobem według wynalazku charakteryzują się wysoką wytrzymałością mechaniczną i w skutek zastosowania jako surowca strużyn garbarskich oraz zjawisku porowatości wewnątrz granul mogą być używane w budownictwie jako izolacje termiczne.The method according to the invention enables processing and changing the physical properties of a waste product - tanning shavings, often stored on the premises of a tanning plant and transferred for disposal. The method according to the invention produces a loose agglomerated granular bed that is easy to store, transport and dose, containing both mineral and organic components. The introduction of dry bentonite into the plate facilitates the agglomeration of fine-grained fractions of shavings, which, together with the drying process, ensures obtaining granules that are dry on the external surface, which create a non-caking bed with a flowability that allows for free transport of agglomerates to subsequent technological operations. The addition of dry bentonite to the granules reduces the humidity of the granulate obtained in this way, thanks to which the costs of its drying are reduced. The use of water as a binding liquid reduces the costs of the process. The use of water with a higher temperature and thus lower viscosity improves the binding of agglomerate particles and gives a product with higher strength. The agglomerates obtained by the method according to the invention are characterized by high mechanical strength and, due to the use of tannery shavings as a raw material and the phenomenon of porosity inside the granules, they can be used in construction as thermal insulation.

Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady.The method according to the invention is illustrated by the following examples.

Przykład 1Example 1

W talerzu granulatora o działaniu okresowym umieszczono przesiane na sicie (wielkość oczek 12,5 mm) strużyny garbarskie o wilgotności równej 0,65 w ilości 600 g, przy czym stosunek objętości wprowadzonych strużyn do objętości talerza granulatora wynosił 0,15, po czym talerz granulatora wprawiono w ruch obrotowy z prędkością 10 obrotów/minutę. Następnie do talerza dosypano 1800 g bentonitu (stosunek masy bentonitu do masy strużyn wynosił 3) o ziarnach do 0,5 mm i wilgotności równej 0,01. Po wprawieniu materiału w granulatorze w ruch cyrkulacyjny mieszano oba składniki przez 2 minuty, a następnie zwilżano złoże przez 5 minut wodą o temperaturze 20°C, w ilości 1000 g na 1000 g złoża, wprowadzanym przez zraszacz kroplami o średnicy 4 mm, pod ciśnieniem 20 kPa. Średnica wylotowa zraszacza wynosiła 1,5 mm. Po zakończeniu nawilżania kontynuowano mieszanie złoża przez 3 minuty, aż utworzone w taki sposób aglomeraty uzyskały zagęszczoną strukturę i sferyczne kształty. Po wysuszeniu uzyskanego złoża w suszarce laboratoryjnej otrzymano aglomeraty o składzie granulometrycznym z zakresu 1-20 mm, niepylące się i niezbrylające, cechujące się dużą sypkością i odpornością na ściskanie (granul o średnicy 5 mm) przekraczającą 50 N.In the plate of a periodic granulator, 600 g of tannery shavings with a moisture content of 0.65 were placed, with the volume ratio of the shavings introduced to the volume of the granulator plate being 0.15, after which the granulator plate was set in rotation at a speed of 10 rpm. Then, 1800 g of bentonite (the mass ratio of bentonite to the mass of shavings was 3) with grains up to 0.5 mm and moisture content of 0.01 were poured into the plate. After the material had been set in a circulating motion in the granulator, both components were mixed for 2 minutes, and then the bed was moistened for 5 minutes with water at a temperature of 20°C, in the amount of 1000 g per 1000 g of bed, introduced by a sprinkler in drops with a diameter of 4 mm, under a pressure of 20 kPa. The outlet diameter of the sprinkler was 1.5 mm. After the completion of moistening, the bed was stirred for 3 minutes until the agglomerates formed in this way acquired a compacted structure and spherical shapes. After drying the obtained bed in a laboratory dryer, agglomerates with a granulometric composition in the range of 1-20 mm were obtained, non-dusting and non-caking, characterized by high flowability and resistance to compression (granules with a diameter of 5 mm) exceeding 50 N.

Przykład 2Example 2

W talerzu granulatora o działaniu okresowym umieszczono przesiane na sicie (wielkość oczek 5 mm) strużyny garbarskie o wilgotności równej 0,65 w ilości 800 g, przy czym stosunek objętości wprowadzonych strużyn do objętości talerza granulatora wynosił 0,2, po czym talerz granulatora wprawiono w ruch obrotowy z prędkością 15 obrotów/minutę. Następnie do talerza dosypano 1600 g bentonitu (stosunek masy bentonitu do masy strużyn wynosił 2) o ziarnach mniejszych niż 0,25 mm i wilgotności równej 0,05. Po wprawieniu materiału w granulatorze w ruch cyrkulacyjny mieszano oba składniki przez 5 minut, a następnie zwilżano złoże przez 12 minut wodą o temperaturze 50°C, w ilości 500 g na 1000 g złoża, wprowadzanym przez zraszacz kroplami o średnicy z zakresu 0,1-5 mm, pod ciśnieniem 40 kPa. Średnica wylotowa zraszacza wynosiła 1,5 mm. Po zakończeniu nawilżania kontynuowano mieszanie złoża przez 10 minut, aż utworzone w taki sposób aglomeraty uzyskały zagęszczoną strukturę i sferyczne kształty. Po wysuszeniu uzyskanego złoża w suszarce laboratoryjnej otrzymano aglomeraty o składzie granulometrycznym z zakresu 1-12,5 mm, niepylące się i niezbrylające, cechujące się dużą sypkością i odpornością na ściskanie (granul o średnicy 5 mm) przekraczającą 80 N.In the plate of a periodic granulator, 800 g of tannery shavings with a moisture content of 0.65 were placed, with the volume ratio of the shavings introduced to the volume of the granulator plate being 0.2, after which the granulator plate was set in rotation at a speed of 15 rpm. Then, 1600 g of bentonite (the mass ratio of bentonite to the mass of shavings was 2) with grains smaller than 0.25 mm and moisture content of 0.05 was poured into the plate. After the material was set in a circulating motion in the granulator, both components were mixed for 5 minutes, and then the bed was moistened for 12 minutes with water at a temperature of 50°C, in the amount of 500 g per 1000 g of bed, introduced through a sprinkler in drops with a diameter of 0.1-5 mm, under a pressure of 40 kPa. The outlet diameter of the sprinkler was 1.5 mm. After the moistening was completed, the bed was continued to be mixed for 10 minutes, until the agglomerates formed in this way obtained a dense structure and spherical shapes. After drying the obtained bed in a laboratory dryer, agglomerates with a granulometric composition in the range of 1-12.5 mm were obtained, non-dusty and non-caking, characterized by high flowability and resistance to compression (granules with a diameter of 5 mm) exceeding 80 N.

P rzy kła d 3Example 3

W talerzu granulatora o działaniu okresowym umieszczono przesiane na sicie (wielkość oczek 4 mm) strużyny garbarskie o wilgotności równej 5% w ilości 1200 g, przy czym stosunek objętości wprowadzonych strużyn do objętości talerza granulatora wynosił 0,3, po czym talerz granulatora wprawiono w ruch obrotowy z prędkością 20 obrotów/minutę. Następnie do talerza dosypano 1200 g bentonitu (stosunek masy bentonitu do masy strużyn wynosił 1) o ziarnach mniejszych niż 0,25 mm i wilgotności równej 0,02. Po wprawieniu materiału w granulatorze w ruch cyrkulacyjny mieszano oba składniki przez 5 minut, a następnie zwilżano złoże przez 20 minut wodą o temperaturze 70°C, w ilości 1500 g na 1000 g złoża, wprowadzanym przez zraszacz strugą, pod ciśnieniem 35 kPa. Średnica wylotowa zraszacza wynosiła 1,5 mm. Po zakończeniu nawilżania kontynuowano mieszanie złoża przez 6 minut, aż utworzone w taki sposób aglomeraty uzyskały zagęszczoną strukturę i sferyczne kształty. Po wysuszeniu uzyskanego złoża w suszarce laboratoryjnej w temperaturze 65°C otrzymano aglomeraty o składzie granulometrycznym z zakresu 1-12,5 mm, niepylące się i niezbrylające, cechujące się dużą sypkością i odpornością na ściskanie (granul o średnicy 5 mm) przekraczającą 100 N.In the plate of a periodic granulator, 1200 g of tannery shavings with a moisture content of 5%, sifted on a sieve (mesh size 4 mm), were placed, whereby the volume ratio of the shavings introduced to the volume of the granulator plate was 0.3, after which the granulator plate was set in rotation at a speed of 20 rpm. Then, 1200 g of bentonite (the mass ratio of bentonite to the mass of shavings was 1) with grains smaller than 0.25 mm and moisture content of 0.02 was poured into the plate. After the material was set in a circulating motion in the granulator, both components were mixed for 5 minutes, and then the bed was moistened for 20 minutes with water at a temperature of 70°C, in the amount of 1500 g per 1000 g of bed, introduced through a sprinkler in a stream, under a pressure of 35 kPa. The outlet diameter of the sprinkler was 1.5 mm. After the completion of moistening, the bed was stirred for 6 minutes until the agglomerates formed in this way acquired a compacted structure and spherical shapes. After drying the obtained bed in a laboratory dryer at 65°C, agglomerates with a granulometric composition in the range of 1-12.5 mm were obtained, non-dusting and non-caking, characterized by high flowability and resistance to compression (granules with a diameter of 5 mm) exceeding 100 N.

Claims

1. A method of producing an agglomerate from waste tanning shavings by agglomeration in a periodic plate granulator, characterized in that waste shavings from chromium and chromium-free tanning processes, with moisture content of up to 65% and grain size of up to 12.5 mm, and bentonite with moisture content of less than 0.05 and grain size of up to 0.5 mm are used as the bulk material from which the agglomerate is produced, wherein first shavings are introduced into the granulator in such an amount that the ratio of the volume of the introduced shavings to the volume of the granulator plate is equal to 0.15-0.3, then bentonite is introduced in such an amount that the mass ratio of bentonite to shavings is 1-3, after which they are mixed for 2-5 minutes and the agglomeration of the above-mentioned mixture is carried out at a rotational speed of the granulator plate of 10-20 revolutions/minute during 5-20 minutes while simultaneously spraying the granulated bed with water at a temperature of 10-70°C, introduced in the form of drops with a diameter of 0.1-5 mm or in the form of a stream, under a pressure of 10-40 kPa in the amount of 500-1500 g per 1000 g of bed, then after the completion of wetting, agglomeration is continued for another 3-10 minutes.