Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung von verunreinigten Sanden

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren, mittels dessen verunreinigte Sande unter Verwendung einer Reinigungsflüssigkeit gerei- nigt werden können, und insbesondere damit, wie die Reinigungsflüssigkeit möglichst effizient verwendet werden kann. Dabei ist ein wichtiges Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung die Reinigung von Kernsanden, wie sie zur Erzeugung von Sandkernen für Metallgießereien verwendet werden. Aus Umweltgründen werden bereits Kernsande, bzw. aus diesen hergestellten Sandkerne verwendet, die mit anorganischen Bindern gebunden sind. Im Gegensatz dazu verwenden herkömmliche Verfahren organische Binder.

Unabhängig von der Art des verwendeten Binders wird bei der Kernherstellung ein Formstoff, ein so genannter „Kernsand" in ein Formwerkzeug befüllt, das einen Hohlraum besitzt, der die Form des zu erzeugenden Sandkerns besitzt. Um eine ausreichende schnelle und gleichmäßige Befüllung dieses Hohlraums zu erzielen, wird der Kernsand üblicherweise über eine Mehrzahl von verteilt angeordneten öffnungen, so genannten „Schussöffnungen", in das Formwerkzeug eingebracht. Dabei wird beim Befüllen in jede der Schussöffnungen eine Düse („Schussdüse") eingeführt, über die der Kernsand in den Hohlraum eingebracht wird. Dieses Einbringen geschieht üblicherweise unterstützt von Druckluft oder Druckgas mit hoher Geschwindigkeit, so dass man auch von Einschießen des Kernsandes spricht.

Der Kernsand selbst wird normalerweise innerhalb eines abgeschlossenen Volumens auf der dem Formwerkzeug abgewandten Seite der Schussdüse bevorratet, der so genannten „Schuss— Haube". Zum Einbringen des Kernsandes wird das Kernsandvo-

lumen plötzlich und für kurze Zeit (innerhalb von etwa 500 ms bis 800 ms) mit einem unter Druck stehenden Gas beaufschlagt, welches wiederum in einem Druckgasreservoir bevorratet wird. Durch den überdruck wird der Kernsand in da Formwerkzeug eingebracht, wobei der Kernsand vollständig vom Gas durchsetzt wird, so dass auch der Großteil des eingebrachten Gases durch den Kernsand hindurch und über die Schussdüsen in das Formwerkzeug strömt, aus welchem das Schussgas über Entlüftungsöffnungen entweichen kann.

Bei Verfahren mit organischen Bindematerialien wird üblicherweise trockene Luft als Schussgas verwendet, da diese Binder nach dem Einbringen des Kernsandes in das Formwerkzeug durch Zufügen eines aktivierenden Gases zum Aushärten gebracht werden. Die Verwendung dieses aktivierenden Gases sowie die Verwendung von organischen Bindern führt jedoch zu einer nicht zu vernachlässigenden Belastung des Arbeitsplatzes bzw. der Umwelt, so dass die Entwicklung von Kernsanden mit anorganischen Bindern, wie beispielsweise Was- serglas, vorangetrieben wurden. Anorganische Binder härten unter dem Einfluss von zugeführter Wärme aus, so dass auf ein aktivierendes, die Umwelt belastendes Gas verzichtet werden kann.

Die mit organischen Bindern gebundenen Sande werden, beispielsweise nach dem Cold-Box-Verfahren, üblicherweise durch thermische Nachbehandlung gereinigt, bei der der Sand auf Temperaturen von über 400 ⁰ C erhitzt werden muss. Dies ist energetisch äußerst ungünstig und führt damit zu einer Erhöhung der Gesamtkosten des Prozesses. Da die Prozessdurchsätze in der Regel relativ hoch sind, muss der thermisch nachbehandelte Sand oftmals sogar gekühlt werden, bevor er weiterverwendet werden kann. Ergänzend zur thermischen Behandlung sind weitere mechanische Trennverfahren üblich, wie beispielsweise die Siebung oder Windsichtung.

Bei den nunmehr favorisierten anorganischen Bindern kann eine thermische Nachbehandlung prinzipiell auch zum Erfolg führen, jedoch wäre dann ein chemischer Zusatz notwendig, um den Sand verarbeitbar zu halten. Die chemischen Zusätze erfordern jedoch eine extrem hohe Temperatur der thermischen Nachbehandlung, die mindestens 900 ⁰ C betragen muss. Dies würde die Kosten der Reinigung gegenüber den Kosten für organische Binder bis zur Unwirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöhen, da organische Binder bereits bei Temperaturen um 400 ⁰ C entfernt werden können.

Stattdessen werden alternative Wasch- bzw. Reinigungsverfahren vorgeschlagen, die verunreinigten Sand unter Verwendung einer Reinigungsflüssigkeit säubern bzw. waschen können. Dabei sind wiederum Aspekte der Wirtschaftlichkeit und der Umweltverträglichkeit zu berücksichtigen. Das heißt insbesondere, dass anfallendes Abwasser bzw. anfallende, aus dem Prozess auszuschleu- sende Reinigungsflüssigkeit keine Umweltunverträglichkeit aufweisen darf. Darüber hinaus sollte die Menge des anfallenden Abwassers bzw. der anfallenden Reinigungsflüssigkeit möglichst gering sein, um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu erhöhen. Insbesondere Verfahren, die keinen Kreislauf bilden, bei denen also sämtliche Reinigungsflüssigkeit nach einmaliger Anwendung als Abwasser anfällt, sind sowohl im Hinblick auf die Kosten als auch im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit nachteilhaft.

Bei der Sandwäsche unter Zuhilfenahme einer Flüssigkeit wird typischerweise eine Suspension zwischen dem Sand und der Flüssigkeit gebildet, d. h. die makroskopischen Sandteilchen befinden sich in einer mit Flüssigkeit gesättigten Umgebung und können so mit einem Flüssigkeitsstrom oder durch mechanische Antriebe gefördert oder bewegt werden. In diesem Aggregatszustand lassen sie sich darüber hinaus mit fluidischen Verfahren

reinigen, beispielsweise wenn die Suspension verdünnt wird, um diese einem Hydro-Zyklon zuzuführen. Ein Hydro-Zyklon ähnelt vom Funktionsprinzip her einer Zentrifuge, wobei der Hydro-Zyklon für kontinuierlichen Betrieb konstruiert ist. Die in verdünnter Suspensionen vorliegenden Teilchen werden im Hydro-Zyklon in einer Art künstlichen Wirbel getrennt, wobei die leichteren Teilchen in einer um das Zentrum des Zyklons rotierenden Flüssigkeit nicht so stark nach außen getrieben werden wie die schwereren Teilchen. Beim Zyklon wird das Wasser sowohl am Rand eines den Zyklon begrenzenden Zylinders oder Kegels als auch in der Mitte des Zyklons abgesaugt, so dass sich eine Trennung der in der Suspension befindlichen leichten und schwe- ren Teilchen erreichen lässt. Das System hat eine hohe Dynamik, d. h. die Flüssigkeit durchströmt den Zyklon mit hohen Tangentialgeschwindigkeiten, die durch ein tangentiales Einschließen der verdünnten Suspension in den Zyklon mit hohen Drücken erreicht werden. Dies bedingt unweigerlich, dass pro Zeiteinheit eine große Menge Flüssigkeit verwendet werden muss. Ein Hydrozyk- lon verbraucht also eine große Menge Flüssigkeit pro Zeiteinheit .

Verwendet werden könnten auch von der Suspension durchströmte Siebe, diese sind jedoch zur Kernsandwaschung nur bedingt geeignet, da die Verunreinigungen, die in den Kernsanden auftreten, wie beispielsweise metallischer Abrieb oder mikroskopische Metallteilchen aus dem Gussprozess, in etwa die Dimension der Sandkörner haben, so dass eine zuverlässige Trennung und Aufbrei- tung des Sandes allein durch Siebe nicht erreicht werden kann.

ähnliches gilt für Filter, wie Planfilter oder Pfannenfilter, wenn diese als alleinige Filterinstrumente verwendet werden sollen.

Prinzipiell können beispielsweise auch mehrere identi ^¬ sche Reinigungsvorrichtungen hintereinander angebracht werden, beispielsweise mehrere Hydro-Zyklone. Dies kann die Reinheit des Endprodukts, also den Grad der Säube- rung, erhöhen. Jedoch wird dadurch das Problem des Reinigungsflüssigkeitsverbrauchs nicht gelöst.

Generell ist es vorteilhaft, um eine bessere Reinigungswirkung zu erhalten, eine Mehrzahl von Reinigungs- schritten durchzuführen, wobei jeder Reinigungsschritt beispielsweise auf spezifische physikalische Unterschiede der zu trennenden Teilchen sensitiv ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konzept durch Reinigung von verunreinigten Sanden zur Verfügung zu stellen, mittels dessen Sande unter Zuhilfenahme einer Reinigungsflüssigkeit bei geringem Reinigungsflüssigkeitsverbrauch gereinigt werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Waschvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass verunreinigte Sande mittels einer Reinigungsflüssigkeit ressourcenschonend gereinigt werden können, wenn zwei auf unterschiedlichen Reinigungsprinzipien basierende Reinigungsstufen sequentiell verwendet werden, die unterschiedliche Verunreinigungen entfernen können und deren Reinigungsmittelbedarf pro Zeiteinheit ähnlich ist, so dass zur Reinigung verwendete Reinigungsflüssigkeit der nachgelagerten Reinigungsstufe als Reinigungsflüssigkeit für die vorgelagerte Reinigungsstufe verwendet werden kann.

Es wurde erkannt, dass unter der obigen Voraussetzung die bereits zur Reinigung in der nachgelagerten Reinigungsstufe verwendete Reinigungsflüssigkeit im Prinzip

vollständig zur Reinigung des Sandes in der vorgelagerten Reinigungsstufe verwendet werden kann. Neben dem näherungsweise identischen Verbrauch von Reinigungsmittel je Zeiteinheit der beiden sequentiell betriebenen Reinigungsstufen ist darüber hinaus vorteilhaft, wenn die weiter verwendete Reinigungsflüssigkeit Partikel, die von der vorgelagerten Reinigungsstufe entfernt werden sollen in lediglich geringer Konzentration enthält.

Die Anordnung der Reinigungsstufen ist daher bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen derart gewählt, dass als vorgelagerte Reinigungsstufe eine Aufstromklassierer verwendet wird, an dessen Klassierein- gang eine Suspension des verunreinigten Sandes und der Reinigungsflüssigkeit eingefüllt wird. Der Aufstromklassierer trennt dabei Feinstpartikel aus der Sandsuspension, deren Sinkgeschwindigkeit geringer ist als die Strömungsgeschwindigkeit der in Gegenstrom fließenden Reinigungsflüssigkeit. Die durch den Klassierer von Feinstpartikeln gereinigte klassierte Sandsuspension wird der zweiten Reinigungsstufe, einer Waschvorrichtung zum Waschen der Suspension des Sandes zugeführt. Diese verwendet zum Waschen ebenfalls Reini- gungsflüssigkeit und ein Waschprinzip, welches zu keiner Anreicherung feister Teilchen in der Reinigungsflüssigkeit führt. Da die der Waschvorrichtung zugeführte Sandsuspension bereits von feinsten Teilchen befreit ist, wird bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung eine Waschvorrichtung verwendet, deren Waschprinzip verhindert, dass solche feinsten Teilchen zusätzlich erzeugt werden oder sich in der Reinigungsflüssigkeit der Waschvorrichtung anreichern können.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird als Waschvorrichtung ein Paddclwäscher verwendet, bei dem die zu reinigende Sandsuspension im Gegenstromver- fahren entgegen eines Reinigungsflüssigkeitsstroms

mechanisch von Paddeln transportiert wird. Dabei wird bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ein mehrstufiger Paddelwäscher verwendet, also ein Paddelwäscher, der mehrere seriell angeordnete Paddel auf- weist. Durch die mechanische Bewegung der Suspension mit Paddeln wird eine hervorragende Durchmischung der Sandsuspension bzw. des zu reinigenden Sandes mit dem Reinigungsmittel erreicht, so dass die Reinigung auf einer großen effektiven Fläche stattfinden kann. Dies hat den Vorteil, dass zu einer Reinigung ein vergleichsweise geringer Volumenstrom von Reinigungsflüssigkeit erforderlich ist. Darüber hinaus verwendet ein Paddelwäscher nur langsam drehende mechanische Komponenten, so dass es kaum zu mechanischem Abrieb im Paddelwäscher selbst kommt, wie dies beispielsweise bei einer mit hoher Drehzahl drehenden Zentrifuge der Fall wäre. Eine Anreicherung der Reinigungsflüssigkeit mit feinsten Materialteilchen in Folge des Abriebs ist daher ausgeschlossen. Darüber hinaus verhindert die geringe Geschwindigkeit der verwendeten Paddel ein Zerkleinern bzw. Aufbrechen der Sandkristalle aufgrund mechanischer Einwirkungen, so dass auch aus dem zu reinigenden Sand selbst keine feinsten Teilchen abgeschieden werden, die eine vollständige Weiterverwendung der Reinigungsflüssigkeit des Paddelwäschers verhindern könnten.

Darüber hinaus kann ein Paddelwäscher mit geringen, jedoch variablen Reinigungsmittelmengen betrieben werden, da eine änderung der Reinigungsmittelmenge pro Zeiteinheit durch die Neigung der Paddelwäscheranordnung kompensiert werden kann, so dass sich die Reinigungseigenschaften nicht ändern, selbst wenn der Volumenstrom der Reinigungsflüssigkeit erhöht oder ernied- rigt wird. Insbesondere kann auf diese Art und Weise der Paddelwäscher mit Volumenströmen betrieben werden, die auch für den Betrieb des AufStromklassierers günstig sind, bzw. dem AufStromklassierer ermöglichen,

feine Verunreinigungen aus der Sandsuspension zuverlässig zu entfernen.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Waschvorrichtung zur Reinigung von mit anorganischen Bindern gebundenen Kernsanden einer Gießerei verwendet. Die durch das Handling der Kernsande auftretenden feinsten Verunreinigungen bestehen aus Materialien geringer Dichte, so dass diese vom Auf- Stromklassierer aus der Sandsuspension entfernt werden können, selbst wenn dieser mit einem geringen Volumenstrom, weil geringer Strömungsgeschwindigkeit im Gegenstrom betrieben werden kann. Die sequentielle Verwendung eines Aufstromklassierers und eines Paddelwäschers wirken also hinsichtlich der für ihren Betrieb erforderlichen Parameter zur Waschung von Sanden auf vorteilhafte Art und Weise derart zusammen, dass zum einen eine geringe Menge an Reinigungsflüssigkeit je Zeiteinheit verwendet werden kann, wobei zum anderen die vom Paddelwäscher verwendete Reinigungsflüssigkeit erneut zur Versorgung des Aufstromklassierers verwendet werden kann, ohne dass es zur Anreicherung von Verunreinigungen durch die Weiterverwendung der Reinigungsflüssigkeit kommt.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird als Reinigungsflüssigkeit Wasser verwendet, wobei die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzeptes dazu beiträgt, eine ökologisch vorteilhafte Reini- gung von Sand zu ermöglichen, da nur eine geringe Menge von Abwasser pro Zeiteinheit erzeugt wird, weil durch die Anordnung des Aufstromklassierers und der nachge- ordneten Waschvorrichtung die Reinigungsflüssigkeit im Prozess mehrfach verwendet werden kann.

Einige weitere äusführungsbeispielc der vorliegenden Erfindung enthalten einen Attritor, der zum erzeugen der Suspension aus verunreinigtem Sand und Reinigungs-

flüssigkeit dient. Dazu werden Reinigungsflüssigkeit und verunreinigter Sand in frei bestimmbaren Volumenverhältnissen einem mechanischen Rührwerk zugeführt, welches ein- oder mehrstufig sein kann, und welches die Suspension erzeugt. Dabei wird zusätzlich zum Erzeugen der Suspension durch die mechanische Reibung der Sandteilchen untereinander bereits eine Vorreinigung erzielt, indem eventuelle Verunreinigungen, die den Sandkörnern anhaften, auf mechanischem Wege teilweise entfernt werden. Im Falle von Kernsand ist dies beispielsweise das zur Bindung von Kernsanden verwendete anorganische Wasserglas, wie einige wasserlösliche Alkalisilikate bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird das Reinigungsmittel, das im Attritor zur Bildung der Suspension verwendet wird, der Waschvorrichtung an anderer Stelle im Prozess entnommen, es wird also kein frisches Reinigungsmittel verwendet, was den Verbrauch von Reinigungsmittel im Gesamtsystem weiter verringern kann.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann mit dem Reinigungsmittel der Waschvorrichtung die Suspension nach dem Attritor oder vor dem Aufstromklassierer verdünnt werden, um den zuverlässigen Betrieb des AufStromklassierers zu ermöglichen, der eine gewisse Mindestverdünnung des zu klassierenden Materials voraussetzt. Auch hier wird, durch die Weiterverwendung der Reinigungsflüssigkeit der Waschvor- richtung auf besondere Effizienz hinsichtlich des Reinigungsflüssigkeitsverbrauchs geachtet .

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die von der Waschvorrichtung gewaschene Sandsuspension mittels einer Entfeuchtungseinrichtung getrocknet, um im Ergebnis einen trockenen, gereinigten Sand zu erhalten. Dabei wird bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die von der

Entfeuchtungseinrichtung gewonnene Reinigungsflüssigkeit der Waschvorrichtung zugeführt, die diese zum Waschen des Sandes verwendet, so dass auch hier auf eine konsequente Führung der Reinigungsflüssigkeit im Gegenstrom zum zu reinigenden Material geachtet wird.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Reinigungsmittelzuführung, also die Einspeisung von frischem, noch nicht benutzten Reinigungsmittel in die Waschvorrichtung, , so dass diese durch die darauf folgende Weiterverwendung im Gegenstrom mehrfach verwendet werden kann.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erfolgt die Reinigungsmittelzuführung alternativ oder zusätzlich am Materialeingang einer Entfeuchtungseinrichtung, so dass innerhalb der Entfeuchtungseinrichtung (beispielsweise einer Schubzentrifuge) ein störungsfreier Materialtransport gewährleistet ist. Die aus der Entfeuchtung wiedergewonnene Reinigungsflüssigkeit kann dann im Gegenstrom, beispielsweise zur Versorgung der Waschvorrichtung, weiter verwendet werden.

Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird neu zugeführte Reinigungsflüssigkeit vor dem Einbringen in die Waschvorrichtung auf Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur erwärmt, was die Reinigungsleistung erhöht, da wasserlösliche Komponen- ten bzw. Verunreinigungen schneller in Lösung gehen. Dadurch kann, obwohl zur Erwärmung der Reinigungsflüssigkeit Energie aufzuwenden ist, die Gesamtenergiebilanz dennoch positiv sein, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Reinigungsflüssigkeit im Gegenstrom dadurch verringert werden kann, was zu einer weiteren Verringerung des Bedarfs an Reinigungsflüssigkeit führt.

Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden, Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen, erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Waschvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Waschvorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Waschvorrichtung zur Reinigung von verunreinigtem Sand;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Waschvorrichtung zur Reinigung von verunreinigtem Sand; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Reinigen von verunreinigtem Sand.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Waschvorrichtung zur Reinigung von verunreinigtem Sand 10, welches einen AufStromklassierer 12 und einen Paddelwä- scher 14 umfasst.

Der AufStromklassierer 12 wird durch ein mit Reinigungsflüssigkeit gefülltes Behältnis 16 gebildet, welches einen Klassiereinbau 18 aufweist. Der Klassier- einbau wird durch eine Trennwand 20 teilweise vom restlichen Volumen des Behältnisses 16 getrennt und besteht im Wesentlichen aus einem überlauf 22 und einem Einbau 24, der kontrolliertes Einbringen der Suspension des verunreinigten Sandes in den Klassiereinbau 18 ermöglicht. Der AufStromklassierer 12 hat ferner einen Reinigungsmitteleingang 26 und einen Kiassierausgang 28, durch den die Sandsuspension nach der Klassierung (Befreiung von Schwebeteilchen) entnommen werden kann.

Die Zuführung von Reinigungsflüssigkeit geschieht dabei auf der dem Klassiereinbau 18 abgewandeten Seite der Trennwand 20, so dass sich innerhalb des Gefäßes die zur Klassierung erforderlichen Strömungsverhältnisse einstellen. Abhängig von der zugegebenen Menge von Reinigungsflüssigkeit je Zeiteinheit über den Reini- gungsflüssigkeitseingang 26 bildet sich im Klassiereinbau 18 eine nach oben gerichtete Strömung aus, so dass durch den Ablauf 22 permanent Reinigungsflüssigkeit abfließt. Die Strömungsgeschwindigkeit wird nun so eingestellt, dass diese höher ist als die Sinkgeschwindigkeit der zu trennenden Teilchen in der Reinigungsflüssigkeit. Während der Sand, dessen Sinkgeschwindigkeit höher ist als die eingestellte Strömungsgeschwindigkeit, an den Boden des Behältnisses 16 sinkt und dort über den Klassierausgang 28 entnommen werden kann, werden die Feinstaubteilchen und sonstigen leichten Verunreinigungen über den Ablauf 22 kontrolliert abgeführt. Werden von der Waschvorrichtung 10 Kernsande, die mit anorganischen Binder gebunden sind, gereinigt, kann die über den Ablauf 22 abfließende Reinigungsflüssigkeit wegen der ökologischen Unbedenklichkeit des verwendeten Binder (beispielsweise Wasserglas) auch in die öffentliche

Die Sandsuspension, die dem Klassierausgang 28 entnommen wird, wird durch eine geeignete Fördereinrichtung einer Materialzuführung 30 des Paddelwäschers 14 zugeführt, so dass diese im Paddelwäscher auf ein erstes Paddel 32a einer Mehrzahl von Paddeln 32a - 32e gelangt, die sequentiell angeordnet sind, um die Sandsuspension entgegen der Schwerkraft und entgegen der Strömungsrichtung der Reinigungsflüssigkeit zu transportieren. Die Sandsuspension wird sukzessive in unter- schiedliche, den jeweiligen Paddeln 32a - 32e zugeordneten Pfannen, deren Radius dem Radius der Paddel entspricht, befördert. Vom letzten Förderpaddel 32e wird die Sandsuspension in den Materialausgang 32 des

Paddelwäschers 14 befördert. Die Zugabe der Reinigungsflüssigkeit erfolgt durch einen Reinigungsflüssigkeits- eingang 34 des Paddelwäschers 14, so dass die Reinigungsflüssigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft entgegen dem Strom der Sandsuspension von dem Förderpaddel 32e zum Förderpaddel 32a fließt, um an einem Reinigungsflüssigkeitsausgang 36 den Paddelwäscher 14 wieder zu verlassen. Zu den frei einstellenden Parametern des Paddelwäschers 14 gehören dabei zum einen die Menge zugeführten Materials pro Zeiteinheit, die Menge zugeführter Reinigungsflüssigkeit pro Zeiteinheit und die Steigung der Förderstrecke, also derjenige Winkel, der von einer Verbindungslinie zwischen den Achsen der Paddel 32a - 32e und einer gedachten, in Richtung der Schwerkraft verlaufenden Linie, eingeschlossen wird.

Um die Reinigung des Sandes möglichst ressourcenschonend durchzuführen, ist der Reinigungsflüssigkeitsausgang 36 des Paddelwäschers 14 mit dem Reinigungsmit- teleingang 26 des AufStromklassierers 12 derart verbunden, dass die beim Waschen verwendete Reinigungsflüssigkeit des Paddelwäschers 14 zumindest teilweise in den AufStromklassierer 12 gelangen kann. Dabei kann prinzipiell die gesamte Menge der Reinigungsflüssig- keit, die am Reinigungsflüssigkeitsausgang 36 des Paddelwäschers 14 erhalten wird, an den Reinigungsflüs- sigkeitseingang 26 des AufStromklassierers 12 weitergeleitet werden, da der Reinigungsmittelverbrauch des AufStromklassierers und des Paddelwäschers so angepasst werden können, dass dieser näherungsweise identisch ist. Die Verwendung des Paddelwäschers als Waschvorrichtung hat hierbei den Vorteil, dass diese mit vergleichsweise geringen Mengen an Reinigungsflüssigkeit betrieben werden kann, was in Synergie mit der Verwen- düng des AufStromklassierers dazu führt, dass nur eine äußerst geringe Menge neuer Reinigungsflüssigkeit je zu reinigendem Kilogramm Sand hinzugegeben werden muss. Die Menge frischer Reinigungsflüssigkeit pro Kilogramm

Sand, kann dabei beispielsweise so gering sein, dass diese in einem Intervall zwischen 0,5 l/kg und 4 l/kg liegt. Dies ist nur möglich, wenn die hintereinander betriebenen Waschvorrichtungen so betrieben werden können, dass sie bei optimaler Reinigungswirkung mit einer ähnlichen Menge von Flüssigkeit betrieben werden können .

Würde statt des Paddelwäschers 14 ein Hydrozyklon verwendet werden, ließe sich der synergetische Effekt beispielsweise nicht erzielen, da der Hydrozyklon aufgrund der hohen erforderlichen Strömungsgeschwindigkeiten einen hohen Minimalbedarf an Reinigungsflüssigkeit aufweist, so dass die für Hydrozyklon verwendete Reinigungsflüssigkeit nicht vollständig als Speisung für den AufStromklassierer verwendet werden kann, da dieser mit den hohen vom Hydrozyklon zur Verfügung gestellten Mengen an Reinigungsflüssigkeit nicht zur Trennung von Sand und Feinstaub bzw. Feinstteilchen verwendet werden kann. Ein Großteil der Reinigungsflüssigkeit müsste also als Abwasser abgeführt werden, was die Gesamt-öko-Bilanz des Verfahrens wesentlich verschlechtern würde. Prinzipiell könnte zwar ein Teil der vom Hydrozyklon verwendeten Reinigungsflüssigkeit an dessen eigenen Eingang zurückgeführt werden, allerdings ergäbe sich dann zwangsläufig eine Anreicherung der vom Hydrozyklon nicht entfernbaren Verunreinigungen im Kreislauf bzw. in der Reinigungsflüssigkeit, die zu einer Verschlechterung des Gesamtergebnisses bzw. der Reinheit des durch die Vorrichtung gewaschenen Sandes führen kann.

Darüber hinaus hat die in Fig. 1 gezeigte Kombination eines AufStromklassierers 12 und eines Paddelwäschers 14 den Vorteil, dass die Sandwaschung bzw. die Regeneration des Sandes mittels Verfahren erreicht wird, die nur eine äußerst geringe mechanische Beanspruchung des zu reinigenden Sandes verursachen. Daher wird nur wenig

Sand als Ausschuss produziert, beispielsweise durch mechanisches Zerkleinern der Sandkörner unterhalb die minimal geforderte Korngrenze, so dass mit einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung Sand-Recycling- Quoten von 90 % oder sogar von 95 % und darüber erzielt werden können.

Fig. 2 zeigt anhand eines Blockdiagramms schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Waschvorrichtung 10 zur Reinigung von verunreinigtem Sand bei, der einem Aufstromklassierer 12 an einem Klassiereingang 25 in Form einer Suspension des verunreinigten Sandes und einer Reinigungsflüssigkeit zuführt wird. Der Aufstromklas- sierer weist ferner einen Reinigungsmitteleingang 26 auf, an dem das Reinigungsmittel in den Aufstromklas- sierer eingebracht wird.

Das an einem Klassierausgang 28 erhaltene, vorgereinigte Material, die klassierte Sandsuspension, wird einer Waschvorrichtung zum Waschen der Sandsuspension 14 über eine Materialzuführung 30 zugeführt. Die Waschvorrichtung 14 weist ferner einen Reinigungsflüssigkeitsein- gang 34 auf, über den die Waschvorrichtung 14 mit Reinigungsflüssigkeit versorgt wird. Ein Reinigungs- flüssigkeitsausgang 36 der Waschvorrichtung ist mit dem Reinigungsflüssigkeitseingang 26 des Aufstromklassie- rers 12 derart verbunden, dass die beim Waschen verwendete Reinigungsflüssigkeit der Waschvorrichtung 14 zumindest teilweise an den Reinigungsflüssigkeitsein- gang 26 des AufStromklassierers 12 gelangt, um die verbrauchte Reinigungsflüssigkeitsmenge so gering wie möglich zu halten.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Waschvorrichtung zur Reinigung von verunreinigtem Sand 10 im Kontext des gesamten Prozess-Zyklus, wie er in einer Gießerei zur Aufbereitung von Kernsanden durchlaufen wird. Dabei wird der Kernsand zunächst in einem Sandbunker gelagert

bzw. vorrätig gehalten, wie es dem Prozessschritt 50 zu entnehmen ist. Bei der Kernsandmischung 52 wird der bereits recycelte Kernsand mit eventuell erforderlichem neuen Sand, den Bindern und eventuell erforderlichen, optionalen Aktivatoren vermischt, um ein Kernsandgemisch zu erhalten, das sich zur Produktion von Sandkernen eignet, die nach herkömmlichen Verfahren in einem Produktionsschritt 54 hergestellt werden. Nach einem Gießprozess 56 werden die im Inneren der Gussteile befindlichen Sandkerne zerkleinert und in einem Entkernschritt 58 aus dem Gussstück entfernt. Dazu kann das Gussstück beispielsweise in Vibration versetzt werden, so dass die im Inneren befindlichen Sandkerne teilweise aufbrechen und aus den Gussteil durch Schüt- teln oder durch Auswaschen entfernt werden können. In einem Zerkleinerungsschritt 60 werden diese Sandkernbruchstücke einem Brecher zugeführt, der diese auf näherungsweise identische Größe verkleinert, woraufhin die zerkleinerten Sandkernbruchstücke in einem Sandsilo in einem Speicherschritt 62 zwischengespeichert werden, von wo aus sie der eigentlichen Aufbereitung bzw. Waschung zugeführt werden.

Dabei kann optional vor der Waschvorrichtung 10 ein Attritor 64 angeordnet sein, der dazu dient, eine Suspension des verunreinigten Kernsandes und eine Reinigungsflüssigkeit, beispielsweise Wasser, herzustellen. Dazu wird der Kernsand zusammen mit der Reinigungsflüssigkeit in einen, optional mehrstufigen, Rühereraufbau gegeben, in dem die Reinigungsflüssigkeit zusammen mit dem verunreinigten Kernsand vermengt wird, so dass sich die Suspension aus verunreinigtem Kernsand und Reinigungsflüssigkeit bildet. Dabei wird der Kernsand annähernd auf Korngröße zerkleinert und es werden bereits erste Verunreinigungen, die mechanisch am Kernsand haften, von diesem getrennt. Die Sandsuspension wird von dem Attritor 64 in eine Waschvorrichtung 10 gegeben, wie sie beispielsweise anhand von Fig.

2 erläutert wurde. Zur Vermeidung von Redundanz wird daher auf eine erneute detaillierte Beschreibung des AufStromklassierers 12 und der Wascheinrichtung 14 verzichtet .

Im übrigen gilt sowohl hier als auch im gesamten Zusammenhang der Erfindungsmeldung, dass funktionsidentische oder funktionsähnliche Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen sind und dass die Beschreibung der betreffenden Komponenten in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen wechselseitig aufeinander anwendbar sein soll.

Wesentlich ist auch hier, dass die Waschvorrichtung 14 einen Reinigungsflüssigkeitsausgang 36 aufweist, der mit einem Reinigungsmitteleingang 26 des Aufstromklas- sierers 12 derart verbunden ist, dass die beim Waschen verwendete Reinigungsflüssigkeit der Waschvorrichtung 14 zumindest teilweise in den AufStromklassierer 12 gelangen kann. Zusätzlich kann optional Reinigungsflüssigkeit von einem Reinigungsflüssigkeitsausgang 66 des AufStromklassierers in den Attritor 64 gegeben werden, um zusammen mit dem Sand die Sandsuspension zu bilden. Ferner kann der Attritor 64 einen Abwasserausgang 68 aufweisen, über den beispielsweise Schlamm, der sich aus Feinteilchen in Verbindung mit der Reinigungsflüssigkeit im Attritor bildet, als Abwasser ausgegeben werden kann. Dies kann, wie in Fig. 3 gezeigt, zusammen mit dem Abwasser aus dem überlauf 22 des Aufstromklas- sierers 14 einer Abwasseraufbereitung 70 zugeführt werden, die beispielsweise durch Sedimentbildung oder weitere Klassierung Teile der Reinigungsflüssigkeit abtrennen kann, um im Endergebnis zu deponierenden Schlamm und Reinigungsflüssigkeit bzw. Abwasser zu erhalten. Im in Fig. 3 schematisch dargestellten Pro- zess wird die Sandsuspension nach der Waschvorrichtung 14 vor einer Trocknung einem PAN-Filter 72 zugeführt, der unter Zugabe von frischer Reinigungsflüssigkeit aus

einem Reinigungsflüssigkeitsreservoir 72 eine Filtration der Sandsuspension aus der Waschvorrichtung 14 vornehmen kann, um im Endergebnis als Filterkuchen einen gereinigten, vorgetrockneten Sand zu erhalten, der einer Trocken-/Kühleinrichtung 76 zugeführt wird. Das Filtrat des PAN-Filters, bzw. das Filtrat später Filterstufen des PAN-Filters 72 kann wiederum im Gegenstrom einem Reinigungsflüssigkeitseingang 34 der Waschvorrichtung 14 zugeführt werden, da dieses im PAN- Filter 72 nur geringfügig verunreinigt wird. Auch hierbei wird wieder dem Konzept Rechnung getragen, auf konsequente Wasserführung im Gegenstrom Rücksicht zu nehmen, um die Gesamtbilanz des Reinigungsflüssigkeits- verbrauchs positiv zu gestalten.

Der Filterkuchen des PAN-Filters, also der noch feuchte gereinigte Sand, wird einem Trocken-/Kühlaggregat 76 zugeführt, welches den feuchten Sand für die Weiterverwendung trocknet. Geschieht die Trocknung unter Wärme- zufuhr, wird der Sand anschließend gekühlt, um nicht eine vorzeitige Aushärtung des Kernsandgemisches Herbeizuführen, wenn diesem der anorganische, unter Wärmeeinwirkung aushärtende, Binder zugeführt wird (beispielsweise Wasserglas) . Der gekühlte, gereinigte Sand kann einer optionalen Feinstaubsiebung durch eine Siebanlange 78 zugeführt werden, sollte dies erforderlich sein. Die Siebanlange könnte beispielsweise ein Windsichter sein, wobei der mittels der Siebanlage 78 entfernte Staub als Abfallprodukt entsorgt wird. Der erneut gesiebte Sand bzw. der Sand nach der Aufbereitung durch das Kühl-/Trockenaggregat 76 wird dem Sandbunker 50 zugeführt, um im weiteren Prozessverlauf erneut zur Kernproduktion verwendet zu werden.

Wie in dem in Fig. 3 dargestellten Konzept zu entnehmen ist,- wird auch hier auf konsequente Fuhrung der Reinigungsflüssigkeit im Gegenstrom zum zu reinigenden Sand geachtet. Das heißt, frische Reinigungsflüssigkeit wird

nur im letzten Reinigungsschritt zugegeben. Von dort an wird entgegen dem Sandfluss, also im Gegenstrom, die Reinigungsflüssigkeit, die zur Reinigung verwendet wurde, größtenteils an den Reinigungsflüssigkeitsein- gang der vorhergehenden Reinigungseinrichtung transferiert, so dass bis zum ersten Reinigungsschritt des Sandes (der Attrition 64) keine weitere frische Reinigungsflüssigkeit zugegeben werden muss. Dies hat zur Folge, dass die Reinigungsflüssigkeit bzw. das Wasser, das zur Reinigung verwendet wird, so effizient wie möglich eingesetzt wird, so dass es möglich ist, den Reinigungsmittelverbrauch je Kilogramm zu reinigenden Sands auf Werte unterhalb von 4 Liter zu bringen.

Fig. 4 zeigt eine detailliertere Ansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf den bereits anhand der Fig. 1 und 3 beschriebenen Komponenten Attritor 64, AufStromklassierer 12 und Paddelwäscher 14 basiert. Wie es Fig. 4 zu entnehmen ist, ist der Attritor 64 zweistufig ausgeführt. Der Attritor hält an seinem Attritoreingang 80 sowohl den zu reinigenden Sand als auch zur Reinigung (als Reinigungsflüssigkeit) verwendetes Wasser aus einem Rückführbehälter 82. Am Attritorausgang wird über eine Verbindung 84 die Suspension des Sandes und der Reinigungsflüssigkeit in den Klassiereingang 25 des AufStromklassierers 12 gegeben. Um gegebenenfalls den Materialfluss der Sandsuspension zu verbessern, kann zusätzlich über ein Ventil 86 Wasser aus dem Rückführbehälter 82 mit der von dem zweistufigen Rührwerk des Attritors 64 gelieferten Sandsuspension vermischt werden, um eine kontinuierliche Zuführung zum AufStromklassierer 12 sicherzustellen bzw. eine Verdünnung einzustellen, die für eine einwandfreie Funktionsweise des Aufstromklassie- rers 12 erforderlich ist. Der Reiniungsmitteleingang 26 des Aufstromklassierers 12 ist über ein Ventil HB mit dem Rückführbehälter 82 verbunden, so dass die zum Betrieb des AufStromklassierer 12 erforderlichen Reini-

gungsflüssigkeit bzw. das erforderliche Wasser vollständig dem Rückführbehälter 82 entnommen werden kann.

Der überlauf 22 des AufStromklassierers 12 ist mit einem Sammelbehälter 90 verbunden. Der Klassierausgang 28 des AufStromklassierers 12 ist mit einer Förderschnecke 92 verbunden, um die Sandsuspension aus dem Aufstromklassierer bzw. aus dem Klassierausgang des AufStromklassierers zu der Materialzuführung 30 des Paddelwäschers 14 zu befördern. Dabei kann die Fördergeschwindigkeit durch Variation der Drehzahl der Förderspindel beliebig eingestellt und an die Gegebenheiten bzw. den erforderlichen Durchsatz der Apparatur angepasst werden.

Der Reinigungsflüssigkeitsausgang 36 des Paddelwäschers 14 ist mit dem Rückführbehälter 82 verbunden, so dass sämtliches vom Paddelwäscher 14 zur Reinigung verwendetes Wasser im Rückführbehälter 82 gesammelt wird. Sollte die Kapazität des Rückführbehälters 82 überschritten sein, wird Wasser von dem Rückführbehälter 82 über eine Leitung 94 in den Sammelbehälter 90 transferiert. Der Materialausgang 32 ist mit einem Sammelbehälter 96 verbunden, der der Zuführung der gewaschenen Sandsuspension zu einer weiteren Förderschnecke 98 dient. Der Sammelbehälter 96 weist ferner einen überlauf für überschüssiges Wasser 100 auf, der mittels einer Leitung mit dem Rückführbehälter 82 verbunden ist, um das saubere überschüssige Wasser der gewasche- nen Sandsuspension im Gegenstrom rückzuführen, d. h. dem Attritor oder dem Aufstromklassierer zur Verfügung zu stellen.

Mittels einer weiteren Förderschnecke 98 wird die gewaschene Sandsuspension an eine Schubzentrifuge 102 transferiert, wobei auch hier die Rotationsgeschwindigkeit der weiteren Förderschnecke 98 stufenlos an die pro Zeiteinheit zu reinigende Sandmenge angepasst

werden kann. An einem Eingang 104 der Schubzentrifuge kann ferner frisches Wasser aus einem Frischwasserreservoir 106 zugemischt werden, um zu verhindern, dass die Schubzentrifuge 102 durch eine zu dickflüssige Sandsuspension an ihrer ordnungsgemäßen Funktionsweise gehindert wird. Dabei kann die zuzugebende Menge Frischwasser über ein Dosierventil 107 geregelt werden. über einen Materialausgang 108 der Schubzentrifuge 102 kann der gereinigte und vorgetrocknete Sand einem Trockner zugeführt werden.

Das Kondensat der Schubzentrifuge 102, also das durch das Zentrifugieren gewonnene Wasser wird in einen Zwischenspeicher 110 geleitet. Der Zwischenspeicher 110 enthält somit kaum verunreinigtes Frischwasser. Diese wird dazu verwendet, um im Paddelwäscher 14 die Wäsche des Sandes durchzuführen. Dazu ist der Reinigungsflüs- sigkeitseingang 34 des Paddelwäschers 14 mit dem Zwischenreservoir 110 über eine Ventilanordnung 112 ver- bunden. Ist im Zwischenreservoir 110 nicht genügend Flüssigkeit vorhanden, um den Paddelwäscher 14 zu betreiben, kann über die Ventilanordnung 112 zusätzliches Frischwasser aus dem Frischwasserreservoir 106 zugemischt werden, um die zum Betrieb des Paddelwä- schers erforderliche Flüssigkeitsmenge bereitzustellen. Das Einbringen von Frischwasser in den Prozess erfolgt im in Fig. 4 gezeigten Beispiel lediglich an einer Position, nämlich zu Beginn des Gegenstroms, also prozessflussmäßig am Ende des Waschvorgangs des Sandes in das Frischwasserreservoir 106. Aus Sicherheitsgründen ist das Frischwasserreservoir 106 mit einem überlaufausgang 114 ausgestattet, der bei Erreichen des maximalen Flüssigkeitsstands im Frischwasserreservoir 106 das Frischwasser über den überlauf in eine Abwas- serleitung 116 überführt, um ein unkontrolliertes überlaufen des Frischwasserreservoirs 106 zu verhindern. Abgesehen von dem ebenfalls für das Zwischenreservoir 110 vorgesehenen überlaufmechanismus wird die

Abwasserleitung 116 ausschließlich vom Sammelbehälter 90 gespeist. Das heißt , das Abwasser wird im Regelbetrieb lediglich am Ende des Gegenstroms entnommen, so dass möglichst wenig Frischwasser zugegeben werden muss, da das einmal zugegebene Frischwasser im Gegenstrom sukzessive für alle verwendeten Reinigungsstufen verwendet werden kann. Dies ist insbesondere deshalb möglich, da die wasserintensiven Reinigungsschritte, die Wäsche mittels des Paddelwäschers 14 und das Auf- stromklassieren derart aufeinander abgestimmt sind, dass diese näherungsweise dieselbe Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit benötigen.

Fig. 5 zeigt schematisch in Form eine Blockdiagramms ein Beispiel für ein Verfahren zum Reinigen von verunreinigten Sanden unter Verwendung einer Reinigungsflüssigkeit. In einem Waschvorgang 200 wird eine klassiere Sandsuspension mit einer Reinigungsflüssigkeit gewaschen. In einem Klassierschritt wird eine Sandsuspensi- on unter Verwendung von zumindest Teilen der beim Waschen benutzen Reinigungsflüssigkeit klassiert, um die klassierte Sandsuspension zu erzeugen.

Obwohl in den vorhergehenden Abschnitten und anhand der Figuren überwiegend eine Waschvorrichtung beschrieben wurde, bei der ein AufStromklassierer mit einem Paddelwäscher kombiniert wird, ist die Verwendung eines Paddelwäschers in Kombination mit einem Aufstromklas- sierer keine Voraussetzung für eine erfolgreiche Umset- zung des erfindungsgemäßen Konzeptes. Vielmehr kann jedwede andere Waschvorrichtung verwendet werden, die unter Verwendung der Reinigungsflüssigkeit eine Waschwirkung erzielt, wobei die zur Erzielung des erwünschten Ergebnisses zu verwendende Menge an Reinigungsflüs- sigkeit an den Verbrauch des AufStromklassierers ange- passt werden kann, um wie gewünscht eine näherungsweise vollständige Weiterverwendung der zum Waschen verwende-

ten Reinigungsflüssigkeit zum Betrieb des Aufstromklas- sierers zu erreichen.

Ebenso ist die in einigen Ausführungsbeispielen optio- nale Attrition nicht zwingend erforderlich, um die ressourcenschonende Reinigung von Sand zu ermöglichen. Anstatt eines Attritors kann beispielsweise jedwede andere Suspensionseinrichtung verwendet werden, die geeignet ist, aus dem zu reinigenden Sand und einer Reinigungsflüssigkeit eine Suspension bzw. eine Verdünnung herzustellen, die mittels eines Aufstromklassie- rers weiterbehandelt werden kann. Dies kann beispielsweise ein herkömmlicher Mischer sein oder dadurch erzielt werden, dass Sand mit einem unter hohem Druck stehenden Wasserstrahl vermischt wird, so dass sich eine nicht gesättigte Suspension bildet, die durch eine anschließende kurze Sedimentation auch zu einer gesättigten Suspension werden kann, sollte dies erforderlich sein .

Die in einigen Ausführungsbeispielen beschriebenen weiteren Filter- bzw. Reinigungsschritte nach der Anwendung der Waschvorrichtung bzw. der Reinigungsvorrichtung sind optional und können aufgrund der hohen Reinigungswirkung der Kombination aus Aufstromklassie- rer und nachgeschalteter Waschvorrichtung auch weggelassen werden, ohne das Ergebnis signifikant zu verschlechtern .