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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
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von verdichteten Kohlepellets mit verbesserter Festigkeit und Abrieb-
bzw. Verschleißbeständigkeit.
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In der mitanhängigen Patentanmeldlung AU-24294/84 der Anmelderin und
der Zusatzanmeldung dazu, PG 9283, eingereicht am 14. Februar 1985, wird ein Verfahren
zur Veredelung bzw. Aufbereitung von Braunkohle zu härteren, relativ dichteren Formen
eines festen Brennstoffs mit kleineren Restwassergehalten und beträchtlich erhöhtem
Heizwert bzw. Brennwert pro Einheitsgewicht offenbart. Das offenbarte Verfahren
besitzt wichtige technische und wirtschaftliche Vorteile gegenüber den bekannten
Brikettier- und Sonnentrocknungsverfahren zur Braunkohleveredelung.
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Im wesentlichen beinhaltet das Verfahren der mitanhängigen Anmeldung
drei Stufen: 1. Die erste Stufe ist eine Zerreib- bzw. Verreibstufe, worin die Kohle
hauptsächlich Scherkräften, im Unterschied zu Schleifkräften, ausgesetzt wird.
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Dies wird in einer Misch- oder Knetvorrichtung oder einer anderen
Maschine, welche die weichen Materialien durch Scherkräfte anstelle von Brechen
oder Abschleifen verkleinern kann, erreicht.
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2. Die zweite Stufe beinhaltet eine Verdichtung der nassen plastischen
Masse, die in der ersten Stufe hergestellt wurde,durch Extrusion in Pellets in einer
Extrudier- oder ähnlichen Verdichtungseinrichtung.
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3. In der dritten Stufe des vorstehenden Verfahrens werden die extrudierten
Pellets bei oder nahe bei Umgebungstemperatur getrocknet, je-
doch
vorzugsweise nicht notwendigerweise mit Hilfe eines Luft flusses, um den entwickelten
Wasserdampf zu entfernen.
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Es wird angenommen, daß in dem Verdichtungsverfahren ein Mechanismus
einer chemischen Brückenbindungsbildung abläuft. Dies beruht auf der Irreversibilität
gegenüber einer Dispersion in Wasser, dem geänderten Verhalten gegenüber Lösungsmittelextraktion,
Änderungen in dem Pyrolyseverhalten, der Empfindlichkeit des Verfahrens gegenüber
dem pH und gelösten Spezies in dem wässrigen Medium, als auch bemerkenswerten Änderungen
in den spektralen Eigenschaften der verdichteten Feststoffe. Alle diese Faktoren
deuten auf die Entwicklung stark kovalenter und elektrostatischer Bindungen zwischen
den Kohleteilchen und insbesondere darauf, daß diese Bindungen entstehen, indem
kleine Moleküle und polyvalente Ionen zwischen reaktiven Stellen auf benachbarten
Seiten der Kohleteilchen Brücken bilden. Eine analoge, jedoch nicht identische Situation
für eine der Bindungsarten ist die, in der Formaldehyd Brücken zwischen Phenolen
bildet und in Wärme aushärtende Phenol-Formaldehydharze erzeugt werden.
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In der vorstehenden mitanhängigen Anmeldung wurde die Beteiligung
der molekularen Spezies in der Kohlestruktur beim Bindungsverfahren bei einer natürlichen
Säureionisation - typischerweise Phenole und/oder Carbonsäuren - erwähnt. Die Reaktivität
von kovalenten Bindungen in solchen Spezies ist von dem Ionisationszustand der Säuregruppen
abhängig, welcher bei Erhöhung der Acidität des Mediums abnimmt und umgekehrt.
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Es wurde gefunden, daß Alkali - und Erdalkalicarbonate (trotz der
relativen Unlöslichkeit der letzteren) vergleichsweise wirksame Zusätze für die
meisten Kohlearten sind, um deren Bindungsfestigkeit zu erhöhen.
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Dies läßt vermuten, daß zusätzlich zu der Alkalinität
dieser
Zusätze das Carbonation oder eine davon abgeleitete wässrige Spezies eine wichtige
Rolle in dem Bindungsverfahren spielt. Mögliche Spezies sind diejenigen, die in
den folgenden Gleichgewichten eingeschlossen sind:
Kohlendioxid ist natürlich ein fester Bestandteil aller Kohlearten, so daß die Wirkung
aufgrund des zugegebenen Carbonats zusätzlich zu der natürlich vorhandenen erfolgt.
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Von den bekannten Hauptspezies in Braunkohlearten, wie durch Pyrolyse-Gaschromatographie
und andere Verfahren gezeigt, sind die Phenole und insbesondere die Polyhydroxyphenole
wahrscheinlich die reaktivsten gegenüber Kohlendioxid oder verwandten molekularen
Spezies bei üblichen Temperaturen und Drucken in einem wässrigen Medium.
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Eine bedeutende Reaktion dabei ist die, in der Kohlendioxid an einer
elektrophilen Substitution in einer aktivierten Position an dem Benzolring des Phenols
teilnimmt. Dies ist folgender Reaktionstyp:
Druck ist erforderlich, um die Umsetzung mit Monohydroxyphenol zu erreichen; wenn
jedoch die Aktivierung der Ringpositionen mit zwei oder drei Hydroxylgruppen verstärkt
wird, wie in den Polyhydroxyphenolen, dann läuft die Umsetzung unter gewöhnlichen
Bedingungen ab. Die Elektronendichten an verschiedenen Ringpositionen in
Hydrochinon,
Resorcin und Catechol zeigen dies:
Von diesen drei Dihydroxyphenolen ist Resorcin offensichtlich das reaktivste gegenüber
einer elektrophilen Substitution, da es drei Positionen mit sehr hohen Elektronendichten
besitzt. Eine Carboxylierung mit Kohlendioxid ergibt die folgenden zwei Resorcylsäuren:
Im allgemeinen werden die Elektronendichten an den Ringpositionen der Phenole durch
den Ionisationszustand der Hydroxylgruppen bemerkenswert beeinflußt.
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Wenn der pH des Mediums steigt, kommen die Hydroxylgruppen einer Ionisation
näher und der elektronische Ladungsfluß zu dem Benzolring steigt entsprechend. Eine
Erhöhung des pHs begünstigt deshalb eine elektrophile Substitution an geeigneten
Ringpositionen.
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Wenn die durch das Verfahren der mitanhängigen Anmeldung behandelte
Braunkohle in ihrem nassen plastischen Zustand ist, besteht sie aus vielen kleinen
Fragmenten, dispergiert in einer wässrigen Phase, wobei jedes Fragment frisch gespaltene
Flächen mit exponierten Phenolen besitzt, welche mit dem Hauptpolymergerüst der
Kohle verbunden werden. Wenn die Kohleflächen in enger Nachbarschaft sind, könnte
die elektrophile Substitution durch Kohlendioxid ein Phenolpaar, eines auf jeder
Seite, beinhalten, was eine Brückenstruktur ergibt anstelle einer Carbonsäuregruppe,
welche nur mit einem
Ring verbunden ist. Die Reaktion kann wie folgt
dargestellt werden:
| H OH OH |
| II ou OH O OH |
| Kohle t Kohle Kohl u - Ot ohle |
| + c + - CEI + H2 |
| II |
| OH HO |
Wenn die Kohleseiten nicht eng genug zueinander liegen, kann dennoch eine Reaktion
eintreten; es wird jedoch erwartet, daß dies eine Inaktivierung der phenolischen
Seiten ohne Erreichung einer Verdichtungsbindung ergibt.
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In den verschiedenen Kohlearten liegt immer ausreichend Kohlendioxid
vor, um eine wesentliche Reaktion ablaufen zu lassen. Das wässrige Medium ist wichtig
in dem plastischen Zustand der Kohle, um die Brückenbindung zu erleichtern, wie
bei anderen chemischen Reaktionen die Lösungsmittel.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, sowohl die Geschwindigkeit
als auch das Ausmaß der Verdichtung von Braunkohle zu erhöhen. Erfindungsgemäß wird
dies durch sorgfältige Auswahl und kontrollierte Verwendung von Zusätzen erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung von Zusätzen
zur Veredelung von Braunkohle, welche gemäß der mitanhängigen Patentanmeldung 24294/84
behandelt worden ist.
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Die Braunkohle kann ebenfalls durch das Verfahren, welches kürzere
Behandlungszeiten verwendet, wie in der vorstehend genannten Zusatzanmeldung PG
9283 beschrieben, einschließlich eines Verfahrens, worin die Kohle Scherkräften
und einem Extrudieren auf kontinuierliche Weise, beispielsweise in einer Sigma-Knetmaschine
HKS 50, hergestellt durch Janke und Kunkel GmbH & Co.
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KG, IKA-Werk Biengen, ausgesetzt wird, veredelt werden.
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Ein breiter Bereich von Zusätzen ist geeignet und wirksam zur Verbesserung
der Geschwindigkeit und des Ausmaßes der Verdichtung, wie mittels Brechfestigkeit
und Abriebbeständigkeit des hergestellten verdichteten Materials gemessen wurde.
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Es sollte bemerkt werden, daß verschiedene Braunkohlearten verschiedene
Ansprechbarkeit auf Zusätze zeigen.
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Diese Ansprechbarkeiten sind unterschiedlich wegen der besonderen
Eigenschaften der Kohlearten, von denen die wichtigste wahrscheinlich der natürliche
pH-Wert einer bestimmten Kohle ist.
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Obwohl die durch verschiedene Zusätze erreichten Vorteile besonders
vorteilhaft bei Braunkohleveredelungsverfahren, wie in der vorstehenden mitanhängigen
Patentanmeldung offenbart, sind, können Vorteile durch diese Zusätze ebenfalls bei
anderen Braunkohleveredelungsverfahren, beispielsweise einem Verfahren, das durch
die State Electricity Commission von Victoria untersucht wird, welches die Herstellung
einer pumpbaren Kohleaufschlämmung, welche über mehrere Monate sonnengetrocknet
wird, beinhaltet, erwartet werden.
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Geeignete erfindungsgemäße Zusätze können im allgemeinen von folgender
Art sein: 1. Zusätze zur Erhöhung des pHs.
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2. Zusätze zur Verbesserung der Brückenbindung.
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3. Zusätze, welche eine elektrostatische Brückenbindungsfähigkeit
in Form von divalenten Kationen zur Verfügung stellen, wie sie in Magnesium- und
Calciumverbindungen vorliegen, beispielsweise gemäß der Formel
| Kohle O mm O t Kohle |
| Xg O)ftQ |
Die Zugabe von Kalk zu Torf während des Trocknens und Brikettierens
ist bekannt. Erfindungsgemäß wird Kalk nicht als Zusatz angesehen.
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Bevorzugte Zusätze sind Alkalimetallhydroxide, Ammoniumhydroxid ,
Alkalimetallcarbonate, die Oxide von unedlen Metallen und Ubergangsmetallen, Aldehyde
und bestimmte Carbonylverbindungen.
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Es wurde gefunden, daß Alkalimetallhydroxide, vorzugsweise im Bereich
von 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt im Bereich von 2 Gew.-%, die Festigkeit
und Abriebbeständigkeit von verdichteten Braunkohlepellets bemerkenswert erhöhen.
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Ammoniumhydroxid - eine schwache Base -, vorzugsweise im Bereich von
0,05 bis 5,0 Gew.-%, insbesondere bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2 Gew.-%, besitzt
ähnlich günstige Wirkungen wie Alkalimetallhydroxide. In diesem Fall wird nicht
nur die Acidität der Kohle neutralisiert mit den vorstehend beschriebenen Vorteilen,
sondern es ist auch möglich, daß die wässrige Ammoniakphase eine verstärkte Aktivität
solcher gelösten Spezies, bezogen auf Kohlendioxid, welche als Brückenmoleküle zwischen
Kohleteilchen tätig sind, liefert.
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Dieser Zusatz ist besonders vorteilhaft in Fällen, in denen die Endverwendung
der verdichteten Kohle den Zusatz von Metallionen ausschließt. Die Verwendung einer
Ammoniakgasatmosphäre während des Knetens der Kohle ist ebenfalls sehr vorteilhaft.
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Alkalimetallcarbonate, beispielsweise Natriumcarbonat, erhöhen ebenfalls
die Härtungsgeschwindigkeit, die Brechfestigkeit und die Abriebbeständigkeit der
Braunkohlepellets, wobei die zugegebenen Mengen vorzugsweise 0,05 bis 5,0 Gew.-%,
insbesondere bevorzugt 1 bis 2 Gew.-%, betragen. Dieser Zusatz hat eine zweifache
Wirkung, da er die Acidität der sauren Kohlearten ver-
ringert
und ebenfalls eine beträchtlich verstärkte Aktivität der wässrigen Spezies, bezogen
auf das Carbonation, zur Verfügung stellt, d. h.
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Erdalkalihydroxide besitzen eine ähnliche Wirkung wie die vorstehend
erwähnten Zusätze, wenn sie vorzugsweise in Konzentrationen von 1 bis 5 Gew.-% zugegeben
werden. Dies gilt ebenfalls für Erdalkalicarbonate (entweder ausgefällte oder natürliche),
wobei in diesem Fall der Konzentrationsbereich vorzugsweise 1 bis 20 Gew.-% beträgt.
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Fein zerteilte Magnesium- und Calciumhydroxide sind sehr wirksame
Zusätze mit einer zweifachen Wirkung. Der pH der sauren Kohlearten wird vorteilhaft
erhöht, während die divalenten Kationen elektrostatische Brückenbindungen unter
Verwendung von sauren (einschließlich phenolischen) Gruppen an benachbarten Kohleteilchen
bilden.
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Feingemahlener, natürlicher Magnesit und Calcit, obwohl sie relativ
unlöslich sind, sind ebenfalls wirksame Zusätze. Sie bewirken eine Neutralisation
der in einigen Kohlearten vorliegenden Säuren, stellen Magnesium- und Calciumionen
für die elektrostatische Brückenbindung zur Verfügung und liefern eine weitere Zufuhr
von Kohlendioxidspezies in Lösung.
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Einfache Aldehyde und andere kleine Moleküle von Carbonylverbindungen
in Verbindung mit verschiedenen Basen verbessern ebenfalls die Härtungsgeschwindigkeit,
die Festigkeit und die Abriebbeständigkeit der verdichteten Braunkohlepellets, wobei
die Konzentration des Zusatzes vorzugsweise im Bereich von 1 bis 5 Gew.-% liegt.
Be-
vorzugte Aldehyde sind Formaldehyd und Acetaldehyd, insbesondere
das erstere.
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In diesem Fall sollten kleine Moleküle von Carbonylverbindungen in
der Lage sein, Kohlendioxid bei der Bereitstellung von Brückenbindungen zwischen
den Kohleteilchen zu ergänzen. Die Wirksamkeit ist eine Funktion des pHs, welcher
die Aktivität des Polyhydroxyphenols gegenüber einer elektrophilen Substitution
bestimmt.
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Andere geeignete Carbonylverbindungen sind Harnstoff und Formamid.
Basen zur Verwendung mit diesen Zusätzen schließen die Alkalihydroxide und Ammoniumhydroxid
ein. = wexamethylefltetramill, Hexamin(abgeleitet von Formaldehyd und Ammoniumhydroxid)
verbessert die Härtungsgeschwindigkeit, die Festigkeit und Abriebbeständigkeit der
verdichteten Braunkohlepellets, wobei die Zugabemengen vorzugsweise bei 1 bis 5
% liegen.
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Hexamin, welches bei Hydrolyse langsam Ammoniumhydroxid und Formaldehyd
ergibt, sollte sowohl eine Neutralisierungswirkung als auch eine Zufuhr von Brückenmolekülen
zur Verfügung stellen:
Unedle Metall- und Ubergangsmetalloxide können ebenfalls als Zusätze, vorzugsweise
im Bereich von 5 bis 70 Gew.-%, verwendet werden und ergeben getrocknete Produkte,
welche oft harte, dunkle, glasartige Feststoffe sind und in einigen Fällen einen
beträchtlichen Anstieg der Festigkeit, verglichen mit der ursprünglichen Kohle,
aufweisen.
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Die folgenden Beispiele erläutern bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung. Dabei beziehen sich alle
Prozentangaben auf das Trockengewicht.
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Beispiel 1 (Alkalimetallhydroxide) Loy-Yang-Kohle vom mittel-dunklen
Lithotyp besitzt einen pH von 3,2 in nassem, plastischem Zustand, und es ist zu
erwarten, daß sie für eine Basenzugabe besonders geeignet ist. 200 g dieser Kohle
wurden 5 h in einem Sigma-Kneter mit 2 Gew.-% zugegebenem Natriumhydroxid zerrieben.
Die erhaltene plastische Masse (pH 5,7) wurde in einem handbetriebenen Schneckenextruder
extrudiert, um Stangen mit einem Durchmesser von 3 mm herzustellen, welche in Längen
von 5 mm geschnitten wurden und eine Woche in ruhiger Luft bei 20 OC getrocknet
wurden. Druckfestigkeitsmessungen an den getrockneten, zylindrischen Pellets ergaben
durchschnittliche Werte von 48 MPa. Demgegenüber ergaben Pellets, welche unter identischen
Bedingungen, jedoch ohne Zugabe von Natriumhydroxid, hergestellt wurden, eine durchschnittliche
Festigkeit von 11 MPa.
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Morwell-Kohle besitzt einen natürlichen pH von etwa 5,4. Bei der Behandlung,
wie vorstehend für die Loy-Yang-Kohle beschrieben, unter Zugabe von 2 % Natriumhydroxid,
härtete das erhaltene Material schnell und war schwierig zu extrudieren. Eine Wiederholung
des Versuchs mit einer Zugabe von 2 % Wasser und einer Verringerung der Knetzeit
von 5 auf 1,5 h ermöglichte ein Extrudieren vor Pellets, welche nach Trocknen eine
durchschnittliche Druckfestigkeit von 41 MPa besaßen.
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Pellets ohne Zugabe ergaben eine durchschnittliche Druckfestigkeit
von 29 MPa.
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Maddingley-Kohle besitzt einen natürlichen pH von 7,1.
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Pellets, die daraus durch die gleiche Behandlung, wie vorstehend für
die Loy-Yang-Kohle beschrieben, erhalten wurden, zeigten eine geringe Verbesserung
der
Druckfestigkeit verglichen mit Pellets, welche kein zugegebenes
Natriumhydroxid enthielten.
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Beispiel 2 (Ammoniumhydroxid) 200 g Loy-Yang -Kohle vom mittel-dunklen
Lithotyp (natürlicher pH 3,2 in nassem plastischem Zustand) wurde 5 h in einem Sigma-Kneter
mit 1 % wäßrigem Ammoniak (spez. Gewicht 0,880) als Zusatz zerrieben. Der pH wurde
durch diese Behandlung auf 6,2 erhöht. Dann wurden Pellets (Durchmesser 10 mm, Länge
10 mm) durch Extrusion mit einem handbetriebenen Schneckenextruder hergestellt und
in ruhiger Luft bei 20 "C eine Woche getrocknet. Diese Pellets ergaben eine durchschnittliche
Druckfestigkeit von 35 MPa, verglichen mit ähnlichen Pellets, welche ohne Zusatz
hergestellt worden waren, die eine durchschnittliche Druckfestigkeit von 5 MPa besaßen.
Kleinere Pellets (Durchmesser 3 mm, Länge 5 mm bei der Extrusion) ergaben sogar
größere Druckfestikeiten, wobei die durchschnittliche Druckfestigkeit für das Material
bei l%iger Ammoniumhydroxidzugabe bei 63 MPa lag. Ähnliche Pellets ohne Zusatz ergaben
eine durchschnittliche Druckfestigkeit von 11 MPa.
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Die erhöhte Druckfestigkeit von Pellets mit kleinerem Durchmesser,
verglichen mit denen eines größeren Durchmessers, kann auf den beträchtlich größeren
Druck, welcher sich in der Extrusionsvorrichtung entwickelt, wenn die Düse mit großem
Durchmesser durch eine Düse mit einem kleineren Durchmesser ersetzt wird, zurückzuführen
sein.
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200 g Morwell-Kohle (N 3372 vom dunklen Lithotyp) mit einem pH von
4,0 ergab beim Kneten in einer Atmosphäre eines Ammoniakgases eine Erhöhung des
pHs auf 7,6. Das Härten erfolgte jedoch sehr schnell, und die plastische Masse wurde
zu steif zum Extrudieren. In der Knetma-
schine wurde eine beträchtliche
Wärme entwickelt, welche nicht nur die ursprüngliche Kohlestruktur aufbrach, sondern
auch neue Strukturen zerstörte, die sich beim Fortschreiten des Verdichtungsverfahrens
bildeten.
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Beispiel 3 (Alkalimetallcarbonate) 200 g Loy-Yang-Kohle vom mittel-dunklen
Lithotyp (pH 3,4) wurden 5 h in einem Sigma-Kneter unter Zugabe von 0,2 Gew.-% Natriumcarbonat
geknetet. Das Produkt wurde in einem handbetriebenen Schneckenextruder extrudiert,
um Pellets mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Länge von 5 mm zu ergeben, welche
bei 20 OC eine Woche luftgetrocknet wurden. Die durchschnittliche Druckfestigkeit
der Pellets betrug 19 MPa, verglichen mit einem Wert von 11 MPa für Pellets ohne
Zusatz. Bei Pellets, welche unter ähnlichen Bedingungen mit 0,4% Na2C03-Zugabe hergestellt
worden waren, lag der Durchschnittswert bei 33 MPa.
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Maddingley-Kohle besitzt einen natürlichen pH von etwa 7,1. Wenn Pellets
mit einem Durchmesser von 3 mm unter Verwendung der vorstehenden Bedingungen, jedoch
mit 2% Natriumcarbonatzugabe, hergestellt wurden, betrug die durchschnittliche Druckfestigkeit
38 MPa, verglichen mit 29 MPa für Pellets ohne Zusatz.
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Beispiel 4 (Erdalkalihydroxide) 200 g Loy-Yang-Kohle vom mittel-dunklen
Lithotyp wurde in einem Sigma-Kneter 5 h mit 5 Gew.-% feinem, ausgefälltem Magnesiumhydroxid
geknetet. Das Produkt wurde in einem handbetriebenen Schneckenextruder extrudiert,
um Pellets mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Länge von 5 mm zu ergeben, welche
in ruhiger Luft bei 20 OC eine Woche getrocknet wurden. Die durchschnitt-
liche
Druckfestigkeit betrug 61 MPa, verglichen mit 11 MPa für ähnliche Pellets, welche
keinen Zusatz enthielten. Wenn Calciumhydroxid als Zusatz verwendet wurde, betrugen
die durchschnittlichen Druckfestigkeiten 39 und 65 MPa für Pellets, welche 2 % und
5 % Calciumhydroxid enthielten.
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Beispiel 5 (Erdalkalicarbonate) 200 g Loy-Yang-Kohle vom mittel-dunklen
Lithotyp wurde in einem Sigma-Kneter 5 h mit 5 Gew.-% feinem Magnesit geknetet.
Die extrudierten Pellets (3 x 5 mm) ergaben nach Trocknen in ruhiger Luft bei 20
OC über eine Woche eine durchschnittliche Druckfestigkeit von 20 MPa. Demgegenüber
besaßen ähnliche Pellets ohne Magnesitzusatz eine durchschnittliche Druckfestigkeit
von 11 MPa.
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200 g Morwell-Kohle (H 1317 Bohrung, pH 4,6) wurden durch das vorstehende
Verfahren in verdichtete Pellets mit 10 mm Durchmesser (bei der Extrusion) umgewandelt.
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Diese Pellets ergaben eine durchschnittliche Druckfestigkeit von 23
MPa. Wenn ähnliche Pellets durch Kneten der Kohle mit 20 % an feinem, ausgefälltem
Magnesiumcarbonat hergestellt wurden, lag die durchschnittliche Druckfestigkeit
bei 36 MPa.
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Ähnliche Versuche wurden mit Morwell-Kohle einer N 3372 Bohrung durchgeführt.
In zwei getrennten Versuchen wurden jeweils 5 z feiner Magnesit und feiner Calcit
als Zusätze verwendet, und Pellets mit einem Durchmesser von 10 mm wurden extrudiert.
Die getrockneten Pellets ergaben in beiden Fällen eine durchschnittliche Druckfestigkeit
von 39 MPa. Demgegenüber ergaben ähnliche Pellets ohne Zusatz einen Durchschnittswert
von 22 MPa.
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Beispiel 6 (Formaldehyd und andere einfache Aldehyde) In den folgenden
Versuchen wurden die in den Beispielen 1 bis 5 beschriebenen Verfahrensmaßnahmen
verwendet (d.
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h. Kneten, Extrusion zur Herstellung von Pellets von entweder 3 oder
10 mm Durchmesser, gefolgt von Lufttrocknen).
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Loy-Yang -Kohle vom mittel-dunklen Lithotyp (pH 3,2) ergab Pellets
mit einer durchschnittlichen Druckfestigkeit von 5 und 11 MPa, jeweils für 10 mm
und 3 mm Pellets. Eine Zugabe von 2 % Natriumhydroxid während des Mischens erhöhte
diese Werte auf 18 bzw. 48 MPa.
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Weitere Proben, in denen 5 % Formaldehyd zugegeben wurde, als auch
2 % Natriumhydroxid, erhöhten diese Werte auf 32 bzw. 60 MPa. Die letzteren Mischungen
härteten sehr schnell, und in einigen Fällen war es unmöglich, sie zu extrudieren.
Diese Produkte nahmen die Form von sehr zähen, harzartigen Feststoffen an.
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Wenn Formaldehyd durch Acetaldehyd ersetzt wurde, betrugen die durchschnittlichen
Druckfestigkeiten 22 bzw.
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51 MPa für 10 mm bzw. 3 mm Pellets.
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Die neutrale Maddingley-Kohle (pH 7,1) erforderte keine pH-Einstellung,
wenn Aldehyde als Zusätze verwendet wurden. Beispielsweise wurde gefunden, daß bei
1 % Formaldehyd allein die durchschnittliche Brechfestigkeit von 3 mm Pellets bei
46 MPa lag, während sie 29 MPa bei Pellets ohne Zusatz betrug.
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Als alternative Messung der Festigkeit der verdichteten Kohlearten
wurde ein Abriebtest durchgeführt, worin eine 5-g-Probe der Pellets in 30 ml Wasser
16000mal in einem geschlossenen 250-ml-Zylinder geschleudert bzw.
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gedreht wurde. Loy-Yang-Kohle vom mittel-dunklen Lithotyp ergaben
eine Wiedergewinnung von nur 9 % der Fragmente größer als 1 mm. Bei Zugabe von 2
% Natrium-
hydroxid erhöhte sich die Wiedergewinnung der Fragmente
größer als 1 mm auf 81 %, und bei weiterer Zugabe von 5 % Formaldehyd erhöhte sich
die Wiedergewinnung auf 96 %. Die entsprechenden Werte für Morwell-Kohle betrugen
79, 86 und 91 %.
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Beispiel 7 (Hexamin) Das Reagens Hexamin ergibt bei Hydrolyse langsam
Ammoniumhydroxid und Formaldehyd und sollte deshalb sowohl eine Neutralisationswirkung
als auch eine Zufuhr von Brückenmolekülen liefern. Die Versuche wurden mit Loy Yang
mittel-dunkler Kohle unter Verwendung der in den Beispielen 1 bis 6 beschriebenen
Verfahren mit 5 % Hexamin als Zusatz durchgeführt. Der Zusatz verursachte eine Erhöhung
des pHs der Mischungen von 3,2 auf 5,1 und eine Erhöhung der durchschnittlichen
Druckfestigkeit der 3 mm-Pellets von 11 auf 29 MPa. Die Abriebbeständigkeit der
verdichteten Pellets wurde ebenfalls stark erhöht, von einer 9%igen Wiedergewinnung
der Fragmente größer als 1 mm auf eine 68%ige Wiedergewinnung.
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Beispiel 8 (Unedle Metall- und Übergangsmetalloxide) Es hat sich gezeigt,
daß es möglich ist, recht hohe Mengen bestimmter, fein zerteilter Metalloxide in
Braunkohlearten während der Verdichtungsverfahren, wie sie in den Beispielen 1 bis
7 beschrieben sind, einzuarbeiten. Die getrockneten Produkte sind oft harte, dunkle,
glasartige Feststoffe, und in einigen Fällen zeigen sie eine beträchtliche Erhöhung
ihrer Festigkeit, verglichen mit der ursprünglichen Kohle.
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Morwell-Kohle (N 3372) (pH 3,8) mit 20 % zusätzlichem Wasser ergab
Pellets (10 mm Durchmesser) mit einer
Druckfestigkeit von etwa
21 MPa. Bei Zugabe von 10 % Kobaltoxid erhöhte sich die Festigkeit auf etwa 25 MPa
und erhöhte sich weiter auf etwa 31 MPa bei Pyrolyse auf 500 OC in einer inerten
Atmosphäre. Die Kohle allein zeigt keinen Anstieg in ihrer Festigkeit bei Pyrolyse.
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Loy Yang (dunkle) Kohle (pH 3,2) ergab Pellets ( 3 mm Durchmesser)
mit einer Druckfestigkeit von etwa 11 MPa.
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Mit 10 % CuO ergaben die getrockneten Pellets eine Druckfestigkeit
von etwa 47 MPa.
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Loy Yang (dunkle) Kohle mit 10 % feinem Fe203 ergab Druckfestigkeiten
von etwa 22 MPa (Pellets mit einem Durchmesser von 3 mm). Weitere Proben, die 30,
50 und 75 % Fe203 enthielten, ergaben alle harte, kohärente Pellets, was zeigt,
daß die Bindung immer noch wirksam ist trotz der großen Anteile an anorganischem
Material.