RHEWUM Hochleistungs-Siebmaschinen für die Kali-Industrie

K‌alium ist ein wesentlicher Baustein des Lebens. Zusammen mit Stickstoff und Phosphor ist Kalium der dritte essentielle Pflanzennährstoff und ein wesentlicher Bestandteil des Pflanzen- und Tierlebens – es unterstützt Pflanzenwachstum, Enzymtätigkeit, Proteinbildung, Photosynthese, Atmung und die verbesserte Aufnahme von Nährstoffen. Fast 95 % allen produzierten Kaliums wird als Düngemittel genutzt [1].

Ein vielseitiges Mineral

Weltweit gibt es zahlreiche kaliumhaltige Vorkommen sowohl als Chlorid-, Sulfat- als auch Nitratverbindungen. Die chloridhaltige Form spielt die größte Rolle in der Industrie. Kalium gibt es in unterschiedlichen Verbindungen, z.B. mit Natrium, Magnesium und Calcium (Tabelle 1).

Kalium-Gewinnung

Kalium-Vorkommen, die sich in festen Lagen und Tiefen von bis zu 1400 m befinden, werden durch mechanisierte Methoden des Untertage-Bergbaus extrahiert. Wenn eine unterirdische Extraktion aufgrund der Tiefe der Ablagerungen nicht mehr durchführbar ist und/oder wenn Wasserzustromprobleme den herkömmlichen unterirdischen Bergbau behindern, wird das Aussohlen von Salzstöcken eingesetzt. Solar-Eindampfung von Sole, die natürliches Kalium enthält, ist die dritte Methode der Gewinnung.

Siebtechnologien in der Kali-Industrie

Im Verarbeitungsprozess werden an den unterschiedlichsten Stellen Siebmaschinen benötigt. Beginnend bei der Gewinnung wird das aus den Minen abgebaute Mineral zunächst gebrochen und anschließend vorklassiert. Im weiteren Verlauf werden die Siebmaschinen in der Kompaktierung, der Granulatsiebung sowie der Verladung eingesetzt. Zudem findet man Siebmaschinen in der Nassaufbereitung, d.h. der Nassklassierung sowie der Entwässerung (Tabelle 2). Da Siebmaschinen im Vergleich zu Brechern einen erheblich geringeren Energiebedarf haben, können sie so, neben der reinen Erzeugung von verkaufsfähigem Produkt, auch Brechstufen entlasten (selektives Brechen) und damit eine kostenintensive Übermahlung vermeiden [4].

Bei den eingesetzten Siebmaschinen handelt es sich in der Regel um Vibrations- und direkt erregte Siebmaschinen. Vibrationssiebe werden für hohe Leistungen bei mittleren bis groben Trennschnitten eingesetzt. Bei kritischen Produkteigenschaften und Trennungen unterhalb von 3 mm zeigen direkt erregte Siebmaschinen ihre Stärken.

Eine Sonderform von Vibrationssiebmaschinen stellen Doppelfrequenz (DF)-Siebe dar. Das Antriebsprinzip der DF-Maschine basiert auf der Verwendung von zwei Unwuchtmotoren mit unterschiedlichen Drehzahlen, welche im Ein- und Auslauf montiert sind. Das Aufgabegut wird im Einlaufbereich durch die größere Amplitude aufgelockert und größenmäßig sortiert (Segregation). Im Auslaufbereich werden kleinere Schwingweiten erzeugt, die die Siebgenauigkeit erhöhen, indem sie Grenzkorn effektiv abtrennen (Bild 1). Durch Ändern der Drehrichtung der Motoren kann die Fördergeschwindigkeit und damit die Siebleistung sowie die Trennschärfe gezielt beeinflusst werden. Bedingt durch dieses Antriebsprinzip konnte im Vergleich zu konventioneller Siebtechnologie eine kompakte Siebeinheit geschaffen werden.

Diese Siebmaschine besteht aus einem schwingenden Innenteil und einem statischen Gehäuse, welches feste Anschlüsse ohne störanfällige flexible Verbindungen und geringere schwingende Massen erlaubt. Zusammen mit den außerhalb liegenden Antrieben ist auch eine Hochtemperatursiebung bis zu 600 °C problemlos möglich. Die geschraubte Konstruktion erlaubt unerreicht lange Betriebszeiten und einen sehr wartungsfreundlichen Betrieb, der sich in der Praxis bewährt hat (Bild 2).

So arbeiten beispielsweise nach der ersten und zweiten Brechstufe zwei Linien dieser Technologie für eine Leistung von 1600 t/h. Die Vortrennung bei 40 mm erfolgt auf einem Rost – auf der Siebmaschine wird anschließend bei 25 mm, 12,5 mm und 5 mm getrennt (Aufmacherbild). Die Trennung bei 1 mm erfolgt auf den weiter unten beschriebenen direkt erregten Siebmaschinen der Bauart WAU.

DF-Siebe bei kompaktiertem KCL

Ein weiterer Einsatzbereich für DF-Siebmaschinen sind Produktionssiebe in der Kompaktierung. Pulverförmiges Produkt gelangt zusammen mit Bindemittel in Walzenpressen. Die so produzierten Schülpen werden anschließend gebrochen und gesiebt. Üblicherweise befindet sich in den gebrochenen Schülpen nur etwa 15 – 23 % Gutkorn der Fraktion 2 – 4 mm. Dieses gilt es mit möglichst hoher Leistung und genau definierten Fehlkornwerten abzusieben.

Verladesiebung von kompaktiertem KCL

Auch als Verladesieb hat sich diese Technologie weltweit bei nahezu allen namhaften Produzenten bewährt. Ein französischer Kunde verlangte, vor der Verladung den Staubgehalt von kompaktiertem KCL nahezu 10 % auf ca. 0,5 % zu verringern, sowie Agglomerate ab 5 mm abzuscheiden. Für eine Aufgabeleistung von 300 – 350 t/h wurde eine 3-Deck-Doppelfrequenz-Siebmaschine gewählt. Die Aufgabe erfolgt über eine integrierte, mitschwingende Verteilvorrichtung – sie ermöglicht kompakte Einbaumaße und bedarf keinerlei Wartung.

Direkt erregte Siebmaschinen

Für feinere Trennungen unterhalb von 2 mm bis hin zu 0,16 mm finden direkt erregte Siebmaschinen ihren Einsatz. Sie eignen sich für exakte Trennungen bei hohen Durchsatzleistungen.

Bei diesem Maschinentyp handelt es sich um Wurfsiebe mit direkter Erregung der Siebgewebe. Das Siebaggregat ist statisch. So sind feste Anschlüsse bei Ein- und Auslässen möglich. Außerhalb des Siebgehäuses erregen robuste Vibratoren Schwingungen, die über Schwingachsen in das Siebgewebe übertragen werden (Bild 3). Durch die hochfrequente Erregung wird das Siebgut rechtwinklig vom Siebgewebe abgeworfen – die Neigung des Gewebes bestimmt den Transport. Auf dem Siebgewebe findet eine Dünnschichtsiebung bei hoher Siebgutgeschwindigkeit statt. Ein einstellbarer Abreinigungszyklus ermöglicht zuverlässig, eventuelles Steckkorn zu vermeiden. Aufgrund der geringen bewegten Massen (nur die Gewebe vibrieren) werden hohe Beschleunigungen am Siebbelag erreicht. Diese helfen, Haftkräfte bei feuchtem oder klebrigem Material (z.B. Rollgranulat) zu überwinden.

In verschiedenen industriellen Einsätzen ist diese Siebtechnologie sowohl in der Vorsiebung, der Kristallisatsiebung (cold crystallisation process), in der Flotation sowie der Entstaubung eingesetzt. Dank des zuvor beschriebenen Funktionsprinzips des statischen Siebgehäuses werden nahezu keine dynamischen Schwingungen in das Gebäude übertragen. Das erlaubt Einsätze selbst in großen Gebäudehöhen und ermöglicht Leistungssteigerungen in existierenden Gebäuden problemlos.

Risiko Kondensatbildung

Bei diskontinuierlichem Betrieb oder langen Stillstandzeiten kann es zu unerwünschter Kondensatbildung durch feuchtes Aufgabematerial kommen. Für diesen Fall werden häufig Heizregister vorgesehen, welche die Temperatur im Siebraum oberhalb des Taupunktes halten. Die Heizregister werden entweder auf der Abdeckung der Siebmaschine oder auf dem statischen Gehäuse der Verteilvorrichtung angebracht.

Nass-Klassierung

Eine Nass-Klassierung von Kalium erfordert – wie bei anderen Materialien auch – kurze Sieblängen, da mit dem Abscheiden der Flüssigkeit keine Klassierung mehr möglich ist. Unter Zuhilfenahme einer Doppel-Aufgabe innerhalb einer Maschine sind kompakte Baueinheiten mit hohen Siebleistungen möglich.

Entwässerung

Entwässerungssiebe, ausgeführt als Linearschwinger dienen dem Entfeuchten von Produkten aus nassen Sortierverfahren wie der Flotation sowie der Rückgewinnung der Prozessflüssigkeit. Im Gegensatz zu herkömmlichen Siebmaschinen arbeitet sie mit einem ansteigenden Siebbelag. Dadurch ergeben sich eine wesentlich größere Schichthöhe und eine verbesserte Fest-Flüssig-Trennung. Antriebe mit hohen Drehzahlen werden eingesetzt, um den Entwässerungseffekt zu steigern (Bild 4).

Prozess-Optimierung

Abhängig vom eingesetzten Prozess zur Erzeugung der Verkaufskörnungen, treten teilweise erhebliche Schwankungen bedingt durch die Unterschiede des mineralischen Rohstoffes auf. Erhöhte Kreislaufmengen reduzieren den Produktausstoß. Einer Online-Partikelgrößenmessung kommt in diesem Zusammenhang eine große Bedeutung zu. Ein Teilstrom der erzeugten Körnung wird über einen Probennehmer in das Analysegerät, den SizeChecker, geleitet. Eine Förderrinne transportiert das Produkt zu einer Erkennungseinheit, in der das Produkt im freien Fall optisch vermessen wird (Bild 5). Es werden die Kornverteilung sowie langfristige Trends der Kornverteilung in Verbindung mit vorher definierten Grenzwerten registriert. Über einen angeschlossenen Schaltschrank werden Steuersignale an externe Regelorgane geleitet (Bild 6) [5].