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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von staubfreien Granulaten
gleichmäßiger Korngröße aus Superphosphat oder Mehrnährstoffdüngemitteln auf Superphosphatbasis
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
von staubfreien Granulaten gleichmäßiger Korngröße aus Superphosphat oder Mehmährstoffdüngemitteln
auf Superphosphatbasis durch Beimischung von Bentonit.
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Es ist bekannt, pulverige oder feinkörnige Düngemittel zu granulieren,
um dadurch zu erreichen, daß auf dem Acker die Nährstoffe eine gewisse Zeit als
Reserve im Granulat verbleiben. Auch können Granahen beim Ausstreuen kaum vom Wind
weggeweht werden, wie dies bei pulverförmigen Düngemitteln der Fall ist. Aus diesem
Grunde wird granuliertes Superphosphat in gesteigertem Umfang verlangt.
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Man weiß, daß frisches Superphosphat ohne Zusatz von Wasser und daß
abgelagertes Superphosphat mit Wasserzusatz plastifiziert und granuliert werden
können. Die so erzeugten Granulate sind jedoch sehr klebrig, so daß sie die Eigenschaft
besitzen, sofort aneinanderzuhaften und bei längerer Ablagerung außerordentlich
stark zusammenzubacken. Beim Versand müssen sie daher wieder mühevoll zerkleinert
werden.
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Um diesem Zusammenbacken der Superphosphatgranulate wirksam entgegenzutreten,
wurde bereits versucht, die Granulate mit Stäubungsmitteln einzupudern. Es konnte
hierbei zwar ein geringer Erfolg festgestellt werden, doch ist dieses Verfahren
insbesondere zufolge der notwendigen anschließenden Trocknung unwirtschaftlich und
teuer. Auch wurde schon gefunden, daß das Zusammenbacken reduziert werden kann,
wenn dem Düngemittel ein schleimiger oder nicht kristallisierter Stoff beigefügt
wird, der die Eigenschaft hat, sich um jedes Korn in Form einer feinen Schutzhaut
zu legen. So wurde beispielsweise Ammoniumsulfonitrat einer Lösung von Ton in Wasser
zugefügt. Diese Verfahren konnten sich aber nicht durchsetzen, weil sie einen zusätzlichen
Arbeitsschritt erfordern und doch nur eine graduelle Verbesserung erreichen.
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Die größte Schwierigkeit besteht jedoch darin, das gleichmäßige Granulieren
von Superphosphat und dergleichen Düngemitteln technisch zu beherrschen. Man hat
versucht, Superphosphat nach den bekannten Verfahren zu plastifizieren, um daraufhin
das Düngemittel durch Siebe, Bohrungen oder dergleichen Öffnungen zu pressen und
die einzelnen Stränge in die gewünschten Längen abzuteilen. Es hat sich dabei aber
herausgestellt, daß bereits nach sehr kurzer Zeit eine Verstopfung der Düsen eintrat,
wodurch die Leistung der Granuliervorrichtung sehr schnell sank und die Vorrichtung
schließlich vollkommen stillgelegt werden mußte, um die Düsen zu reinigen. Besonders
nachteilig erwies sich dieses Verfahren, weil Arbeitsunterbrechungen unvermeidlich
waren. Das Düngemittel setzt sich in den Düsen so fest, daß es nicht mehr aus den
Düsen herausgepreßt werden konnte. Es war vielmehr notwendig, die Reinigung der
Düsen durch Ausbohrung vorzunehmen. Diese Arbeit nahm mehrere Tage in Anspruch.
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Eine technisch durchführbare bekannte Lösung zum Granulieren von
Superphosphat besteht darin, einzelne Superphosphatteilchen auf rotierenden Elementen,
wie z. B. Tellern oder Trommeln, zusammenzuführen und zu verdichten. Derartig hergestellte
Granulate besitzen jedoch außerordentlich unterschiedliche Korngrößen. Es wird aber
in der Praxis verlangt, daß die Superphosphatgranulate bestimmte gleichmäßige Korngrößen
besitzen müssen, um die beste Wirkung zu erzielen. Bei den bisherigen Granulierungsverfahren
ist es daher notwendig, die erzeugten Granulate abzusieben, um Granulate mit etwa
den gewünschten Korngrößen zu erhalten. Es entsteht dabei im allgemeinen ein sehr
erheblicher Produktionsrücklauf, weil nur ein Teil der erzeugten Granulate die gewünschten
Korngrößen besitzt. Überdies ist der Staubanteil durch Unterkorn bei den bisherigen
Herstellungsverfahren relativ hoch.
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Mit der Erfindung ist es gelungen, Granulate aus Superphosphat oder
aus Superphosphat-Mehrnähr-
stoffdüngemitteln herzustellen, die
die eingangs erwähnten technischen Schwierigkeiten nicht aufweisen uqd die eine
aßerurdentlich große gleichmäßige Korndaß der Staubanteil nennenswert gemäße Verfahren
besteht darin da zu ber ein sonstiger montmorillonithaltider Ton in Mengen von etwa
0,5 bis 2 2°/o mit den Düngemitteln innig vermischt wird und die Plastifizierung
und Granulierung des Gemisches ohne Feuchtigkeitszugabe unmittelbar darauf mit Hilfe
eines Walzenpaares durchgeführt wird, welches das Gemisch zu e4pem' ndförmigen Strang
verformt und diesen Strang «p die Bohrungen eines Hohlzylindermantels von innen
nach außen preßt, wo die Preßlinge mittels Abstreifer abgenommen werden.
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Als vorteilhaft hat sich die Verwendung von Natriumbentonit erwiesen.
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Es ist zwar bekannt, phosphathaltige Düngemittel mit bestimmten Mengen
von Bentonit und Dampf zu behandeln, wobei Bentonit dazu dienen soll, die Spannung
der Grenzfläche der zu granulierenden Teilchen zu erhöhen. Dabei soll der Dampf
den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt geben und die Feuchtigkeit gleichmäßig im Gemenge
verteilen. Derartige Granulate müssen nach erfolgter Granulierung in einem Trockner
getrocknet werden, um durch die Trocknung den Überschuß an Feuchtigkeit zu beseitigen.
Die Beimengung von Bentonit soll dabei in einer Größenordnung von 1/4 bis 1/Ilo
erfolgen.
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Während bei diesem vorbekannten Verfahren die Beimengung von Bentonit
nur bis 0,5 °/c beträgt, wird erfindungsgemäß als Beimengung eine Menge von 0,5
bis 2 0/o Bentonit verwendet. Während bisher die Zugabe von Dampf notwendig war,
wird nach der Erfindung die Zugabe von Feuchtigkeit vermieden.
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Schließlich kommt das erfindungsgemäße Verfahren ohne die bisher notwendige
Trocknung aus.
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Bei einem anderen vorbekannten Verfahren wird ebenfalls das Beifügen
von Bentonit zum Thomasmehl vorgeschlagen. Die Menge des zugesetzten Bentonits beträgt
hierbei jedoch zwischen 5 und 10 ovo Darüber hinaus tritt beim Thomasmehl nicht
die gleiche nachteilige Wirkung ein wie bei Superphosphatdüngemitteln, bei denen
das Granulieren wegen des Zusammenbackens der Granulate außerordentlich schwierig
ist.
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Durch die Erfindung ist erkannt worden, daß bei einer ganz bestimmten
Menge der Betonitzugabe ein Zustand erreicht wird, der für kurze Zeit ausreicht,
ohne Wasserzugabe eine günstige Granulierung durchzuführen, deren Granulate auch
später nicht mehr aneinanderhaften. Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß diese Wirkung
oberhalb einer Beimengung von 2 und unterhalb von 0,5°lo sehr stark abnimmt, so
daß in diesem Bereich praktisch nicht mehr ge arbeitet werden kann. Da die vorbekannten
Verfahren die Verwendung von Bentonit in Mengen, die in diesem ausgeschlossenen
Bereich liegen, vorschlagen, ist gleichsam ersichtlich, daß die Wirkung der Erfindung
bisher nicht hatte erzielt werden können.
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Weiterhin ist es bekannt, ein Gemenge bereits im plastischen Zustand
in die Trommel einzuführen und alsdann durch die Zylinderwandung hindurchzudrücken.
Wollte man jedoch versuchen, superphosphathaltige Düngemittel auf diese Weise zu
granulieren, so würde ohne die Lehre der Erfindung kein Erfolg festzustellen sein.
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Mi der Erfindung wurde erkannt, daß die außerordentlich starke Plastifizierbarkeit
von Superphosphat der wesentliche Anlaß war, daß sich die Düsen bei den bekannten
Granulierverfahren nach kurzer Zeit verstopfen und das Granulieren eingestellt werden
mußte. Es kam im Sinne der Erfindung daher darauf an, die Plastifizierbarkeit von
Superphosphat durch Zugabe eines quellfähigen, jedoch nicht plastifizierbaren Stoffes
so zu reduzieren, daß in einem ausreichend groß bemessenen Zeitraum die nachteiligen
Eigenschaften des Superphosphats nicht wirksam werden können, so daß in diesem Zeitraum
das Granulieren vorgenommen werden kann. Die Beimengung von Bentonit muß erfindungsgemäß
die Aufgabe haben, den Wassergehalt des Superphosphatdüngemittels teilweise aufzunehmen,
um ihn zum Quellen zu bringen. Durch diese Aufquellung, die sich, im ganzen gesehen,
jedoch nicht in einer merkbaren Volumenvergrößerung äußert, wird es möglich gemacht,
das Düngemittel geschmeidig zu halten, so daß es leicht die Düsen passieren kann.
Wesentlich ist dabei, daß während dieses Quellprozesses das Granulat bereits die
Granulierungsvorrichtung verläßt. Sobald die einzelnen Granulate erzeugt worden
sind, beginnt im Granulat ein Schrumpfprozeß, bei dem sich die innere Struktur des
Granulats erheblich ändert. Während sich beim Quellen eine Vergrößerung der Dichte
zeigt, erhalten die einzelnen Superphosphatmoleküle während des Schrumpfprozesses
einen größeren Abstand voneinander, so daß das einzelne Granulat porös wird. Diese
Porosität wird im Sinne der Erfindung angestrebt, weil dadurch eine Beschleunigung
der Aufschlämmung des Granulats in der Bodenflüssigkeit gegeben ist.
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Die erfindungsgemäße Schrumpfwirkung besitzt aber auch für das technische
Granulierverfahren selbst einen besonderen Vorteil, da dieser Schrumpfung auch diejenigen
Düngemittelmengen unterliegen, die bei Arbeitspausen noch in den Düsen der Granuliervorrichtung
zurückbleiben. Während des Schrumpfens verringert sich der Durchmesser des einzelnen
Düngemittelstranges fast unmerklich.
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Darüber hinaus wird durch die entstehende Porosität die Oberfläche
des einzelnen Stranges stark unterbrochen, so daß sich der einzelne Strang innerhalb
der Düse von selbst lockert und nur eine geringe Reibung gegenüber der Düsenwandung
besitzt. Bei Wiederaufnahme der Granulierungsarbeiten braucht daher die einzelne
Düse nicht gereinigt zu werden, sondern es genügt, das frisch zubereitete Düngemittel
durch die Düsen zu drücken, wodurch die geschrumpften Stränge nach außen gedrückt
werden.
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Die erfindungsgemäße Bentonitbeimengung entzieht also dem Superphosphat
einen Teil des Wassergehaltes. Dadurch entsteht im Füllstoff der Quellprozeß. Sobald
der Quellprozeß beendet ist, wird wieder Wasser freigegeben, das jedoch verdunstet
und nicht wieder von Superphosphat aufgenommen wird. Durch diesen Prozeß hat das
granulierte Düngemittel die Plastifizierbarkeit von Superphosphat verloren, so daß
die Granulate auch nicht mehr zusammenbacken können und deshalb auch nicht mehr
mit Trennmitteln eingestäubt zu werden brauchen.
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Ein weiteres besonders vorteilhaftes Merkmal der erfindungsgemäß
hergestellten Düngemittelgranulate besteht darin, daß die Granulate im Durchmesser
äußerst genau und gleichmäßig hergestellt werden können, da der Schrumpfprozeß sich
vorwiegend in
einer Gefügeänderung äußert und lediglich eine kaum
spürbare Reduzierung des Granulatdurchmessers bedingt. Durch die Gefügeänderung
wird ein hartes und poröses Granulat erzeugt, welches sich gegenüber den bisher
bekannten Supeephosphatgranulaten ohne die erfindungsgemäße Beimengung von Bentonit
durch eine wesentlich erhöhte Druckfestigkeit auszeichnet. Es ist beispielsweise
festgestellt worden, daß sich bei der Überprüfung der Druckfestigkeit von gleich
großen Körpern aus dem erfindungsgemäß granulierten Düngemittel und dem vorbekannten
granulierten Düngemittel eine Druckfestigkeitserhöhung von etwa 20 bis 25 °/c ergab.
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Es hat sich aber auch gezeigt, daß durch die Zugabe der erfindungsgemäßen
Beimengung von Bentonit wesentliche chemische Vorteile erzielt werden können. So
wurde beispielsweise festgestellt, daß durch die erfindungsgemäße Beimengung von
Bentonit und durch das Pressen des Düngemittels der Anteil an ammoncitratlöslicher
Phosphorsäure sofort um etwa 1 °/o steigt. Weiterhin hat es sich erwiesen, daß durch
die erfindungsgemäße Zugabe von Bentonit die wasserlösliche Phosphorsäure im Düngemittel
nicht angegriffen wird. Wie bereits erwähnt, erfolgt durch das erfindungsgemäße
Verfahren eine Re duzierung des Wassergehaltes im Superphosphat um etwa 2°/o. Auch
hat sich gezeigt, daß der Gehalt an freier Säure im Superphosphat nach der Plastifizierung
sofort um etwa 2 0/o zurückgeht.
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Im Sinne der Erfindung wurde weiterhin erkannt, daß zur Erzielung
unterschiedlich langer Auflösungszeiten der Granulate der Gehalt an Betonit im Düngemittel
innerhalb der anget,ebenenZusatzmengenvariiert werden kann, dergestalt, daß bei
kurzer Auflösungszeit der Gehalt an Bentonit niedrig und bei langer Auflösungszeit
der Gehalt hoch bemessen wird. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt
sich also eine Proportionalität zwischen der zugefügten Bentonitmenge einerseits
und der Löslichkeit des granulierten Düngemittels andererseits.
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Es wurde beispielsweise festgestellt, daß die Löslichkeit einer bestimmten
Menge Superphosphatgranalien in einer bestimmten Menge Wasser unter gleichmäßiger
Ausschüttelung, beispielsweise 10 g SuperphosphatgranulatemitBentonitzusatz in 500
ccm Wasser, folgendes Ergebnis im Vergleich zu den bisherigen ohne Bentonit hergestellten
Tellergranulaten brachte:
| Granulat Aufschlämm- |
| Durchmesser zeit |
| mm Minuten |
| Tellergranulat . .. 1 bis 5 510 |
| Preßgranulate mit |
| 12/o Bentonit . . .. 3,3 90 |
| Preßgranulate mit |
| 1,52/o Bentonit . .. 3,3 120 |
| Preßgranulate mit |
| 20/o Bentonit . . . 3,3 165 |
Die raschere Löslichkeit wird durch die Porosität der Bentonit-Superphosphat-Granulate
hervorgerufen.
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Im Sinne der Erfindung hat es sich schließlich als vorteilhaft erwiesen,
den Zeitraum zwischen der
Bentonitzugabe und der Granulierung geringer als 1 Stunde
zu bemessen. Wählt man hingegen den Zeitraum größer, so besteht die Gefahr, daß
im noch nicht granulierten Düngemittel der Schrumpfprozeß bereits beginnt, so daß
danach die Granulierung wesentlich erschwert wird. Ebenso erweist es sich als vorteilhaft,
die Beimengung nicht wesentlich über 2 ovo zu steigern, da sonst dem Superphosphat
zuviel Wasser entzogen wird, was zu einer schlechteren Plastifizierbarkeit des Düngemittels
führen würde.
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Wie die Zeichnung zeigt, wird das Düngemittel nach erfolgter Zugabe
des Bentonits mit Hilfe von Walzen 1, 2 in eine Bandform 3 gepreßt und anschließend
sofort durch düsenartige Bohrungen 4 eines Hohlzylindermantels 5 hindurchgepreßt.
Ein wesentlicher Gegenstand der Erfindung ist ferner die Granuliervorrichtung, bei
der innerhalb eines rotierenden Hohlzylinders 5 mindestens ein Walzenpaar 1, 2 angeordnet
ist, dessen eine Walze 1 die Innenwand des Hohlzylinders 5 berührt. Die Walzenpaare
1, 2 sind erfindungsgemäß so gelagert, daß das Düngemittel 6 aus einem oberhalb
der Walzen 1, 2 befindlichen Vorratsbehälter 7 zwischen die Walzen 1, 2 gelangt,
zu einem Band 3 gepreßt und gegen die Zylinderinnenwand 5 gefördert wird, welche
das Band 3 in Richtung der einzelnen tangierenden Walzen 1 mitnimmt, wo das gepreßte
Düngemittel 3 durch im Zylindermantel 5 vorgesehene Bohrungen 4 nach außen durchgedrückt
wird.
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Man hat es zwar technisch in der Hand, das Düngemittel von außen
durch die Zylinderwandung hindurchzupressen. Dabei besteht aber die Schwierigkeit,
die in großer Menge anfallenden Granulate aus dem Zylinder abzuführen. Aus diesem
Grunde wird die Zuführung der angerichteten Düngemittelmasse in den Innenraum des
Zylinders vorgenommen und im Innenraum die Plastifizierung und sofort anschließend
die Granulierung durchgeführt.
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Es besteht hierbei die Möglichkeit, das einzelne Plastifizierungswalzenpaar
1, 2 im unteren Teil des Zylinderinnenraumes vorzusehen, wobei die mit dem ZylinderS
tangierende Walze 1 etwas tiefer als die andere Walze liegt. Der Zylinder 5 und
die tangierende Walze 1 besitzen die gleiche Drehrichtung, so daß das Düngemittelband
3, das von den Plastifizierungswalzen 1, 2 erzeugt und gefördert wird, von der Zylinderinnenwand
5 mitgenommen und in den Zwischenraum zwischen Zylinderinnenwand und tangierender
Plastifizierungswalze gefördert wird. Diese tangierende Plastifizierungswalze drückt
sodann das plastifizierte Düngemittel durch die Öffnungen 4 im Zylindermantel 5.
Je nach der Geschwindigkeit des Zylinders 5 oder/und der Plastifizierungswalzen
1, 2 ragen die einzelnen Stränge 8 des durch die Düsen 4 gedrückten Düngemittels
eine genau definierte Strecke über die Außenwand des Zylindermantels 5 hinaus, wo
sie von einem Abstreifer 9 abgedrückt und auf Lager genommen werden.
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Nach einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung wird
die Drehzahl des Zylinders 5 oder/ und des Walzenpaares 1, 2 vornehmlich stufenlos
geregelt. Nach einer weiteren Ausführungsform ist beim Abstellen der Maschine im
Inneren des Zylinders 5 ein Abstreifer 10 vorgesehen, der das an der Innenwandung
des Zylinders 5 anliegende Düngemittel ab streift. Hierbei kann dieser Innenabstreifer
10 so angeordnet sein, daß das abgestreifte Düngemittel wieder zu denPlastifizierungswalzen
1, 2 gelangt.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Staubanteil bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren kaum spürbar ist.
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Er liegt unter 0,25 ovo und stellt lediglich den Abrieb dar. Darüber
hinaus sind die einzelnen Granulate von so gleichmäßiger Korngröße, daß sie nicht
mehr abgesiebt zu werden brauchen.
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Um eine Änderung des Durchmessers der Granulate herbeiführen zu können,
empfiehlt es sich erfindungsgemäß schließlich, die Düsen im Zylinder in Form besonderer
Büchsen, vornehmlich aus gebrannten keramischen Stoffen, auszubilden, die in vorbereitete
Bohrungen des Zylinders eingedrückt werden Wenn eine Düse schadhaft ist, braucht
somit nicht der gesamte Zylinder ausgetauscht zu werden, sondern es genügt, eine
neue Düse einzusetzen.
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Darüber hinaus kann mit Hilfe dieser Düsen der Hohlzylinder umgerüstet
werden. Dieses gelingt dadurch, daß sämtliche keramischen Düsen einen gleichen Außendurdhmesser,
jedoch unterschiedliche Innendurchmesser besitzen, so daß lediglich durch Auswechslung
der Düsen mit unterschiedlichen Durchmessern die Umrüstung durchgeführt zu werden
braucht. Überdies empfiehlt es sich, die einzelne Düse austrittsseitig mit einer
konischen Erweiterung, insbesosndere mit einer Ansenkung zu versehen.
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Schließlich ist im Sinne der Erfindung zu erwähnen, daß die chemische
Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Beimengung von Bentonit in weiten Grenzen
variiert werden kann. Es hat sich im besonderen auch die Verwendung von Montmorillonit
oder anderem montmorillonithaltigen Ton als vorteilhaft erwiesen. Im Sinne der Erfindung
sind aber auch diejenigen Beimengungsstoffe geeignet, mit deren Hilfe es möglich
ist, die Plastifizierbarkeit von Superphosphat zu reduzieren und während des Granulierens
eine Quellung herbeizuführen, um anschließend eine Schrumpfung zu bewirken, mit
deren Hilfe es möglich ist, das geschrumpfte Düngemittel aus den Düsen des Granulierzylinders
herauszudrücken.