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Energy efficiency in the preparation of slurry and granulate

Hans-Joerg Walter - Maschinenfabrik Gustav Eirich (Hardheim, Germany)

Energy consumption is a major cost factor in the produc-tion of both ceramic tiles and ceramic sanitaryware. The research conducted by Eirich in the field of raw mate-rials preparation has led to the development of technolo-gies that bring a substantial reduction in energy con-sumption and therefore more cost-effective production of raw materials. These technologies, which were unveiled at Ceramitec 2015, focus in particular on the production of granulate for the pressing process using tumble-growth agglomera-tion in granulating mixers and on the production of slurry in dispersing mixers.

The heating fuels most commonly used in wet ball mills and spray dryers for ceramic tile production are natural gas and oil. At temperatures up to 400°C, the water con-tent of ceramic body slurries is reduced in spray dryers from around 35% to a residual level of 6-7%. Eirich has introduced a technique based on growth ag-glomeration for producing granulate for the pressing pro-cess. The moisture content of the granules only needs to be reduced from 11% to 6-7% for the pressing process, which has considerable advantages from an ener-gy standpoint. Grain standardization incre-ases in-spec grain yields to ne-arly 100%. The flowability of the granulate is comparable with that of spray grains, and it is also suita-ble for the production of large tiles (e.g. 800x800 mm). The savings are substantial: a reduc-tion in energy consumption of up to 60% and a reduction in water con-sumption of up to 80%. For example, a large producer in Thailand with a production rate of 32 t/h has achie-ved annual savings in excess of $ 3.5 mil-lion.

In sanitaryware production, slurries play a

Efficienza energetica nella preparazione di

barbottine e granulatiIl consumo di energia è un importante fattore di costo sia nel-la produzione di piastrelle che di sanitari in ceramica. Nella fase di preparazione delle materie prime, la ricerca con-dotta da Eirich ha portato allo sviluppo di tecnologie, presen-tate a Ceramitec 2015, che consentono una forte riduzione dei consumi energetici, tale da garantire una produzione più economica delle materie prime. Nello specifico, l’attenzione si è focalizzata, in un caso, sulla produzione di granulato per il processo di pressatura utilizzando la tecnologia di granula-zione per rotolamento nei miscelatori granulatori e, nell’altro, sulla produzione di barbottina nei miscelatori disperdenti.

Nella produzione di piastrelle ceramiche i combustibili più comunemente utilizzati nei mulini a sfera ad umido e negli atomizzatori sono il gas metano e il gasolio. A temperature fino a 400°C, il contenuto di acqua della bar-bottina viene ridotto negli atomizzatori da circa il 35% ad un livello residuo del 6-7%. La tecnica introdotta da Eirich per la produzione di granula-to, basata sulla granulazione per rotolamento, permette di ri-durre il contenuto di umidità dei grani solamente dall’11% al 6-7% prima del processo di pressatura, il che porta notevoli

vantaggi dal punto di vista energetico. La standardizzazione dei grani fa sì che quasi

il 100% della loro produzione sia conforme alle specifiche. Il granulato ha una fluidi-tà paragonabile a quella degli atomizzati ed è idoeno alla produzione di piastrel-

le di grandi dimensioni (ad esempio 800x800 mm). I risparmi sono notevo-li: una riduzione del consumo ener-getico fino al 60% e una riduzione del consumo di acqua fino all’80%. A titolo di esempio, un grande pro-duttore tailandese con una pro-

duzione di 32 t/h ha ottenuto un ri-sparmio annuo di oltre 3,5 milioni di

dollari.

Nella produzione di sanitari, le barbot-tine svolgono un ruolo cruciale nel colag-

gio e nella filtrazione a pressione. La prepa-razione di barbottine composte da argilla e materiali non plastici è un processo monosta-fo

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Dispersing in the dissolver mixer Miscelatore disperdente

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XX Ceramic World Review

n. 75/2008

dio o multistadio. Nel processo monostadio vengono utiliz-zati i mulini a sfere. Nel processo multistadio le materie prime a base di argilla vengono prima “disciolte” (cioè disperse) in vasche agitate e successivamente vengono aggiunti i materiali non-plastici. Poiché la potenza assorbita è bassa, entrambe le procedure prevedono tempi di processo lunghi. I miscelatori disperdenti Eirich presentano vantaggi significa-tivi in queste applicazioni. Il processo avviene nella fase plastica. Poiché queste macchine hanno una potenza in ingresso mol-to più alta, i tempi di preparazione possono essere notevol-mente inferiori (30 minuti o meno) e il consumo energeti-co può essere ridotto fino al 50% rispetto alle vasche agitate e ai mulini a sfere. Inoltre, mentre i serbatoi agitati e i muli-ni a sfere prevedono tempi lunghi di lavorazione (e richiedo-no quindi l’uso di più macchine in parallelo per mantenere un sufficiente flusso di materiale per il processo produttivo), le macchine Eirich sono più veloci, la lavorazione è molto più semplice e richiede meno attrezzature, riducendo così an-che i costi di manutenzione.

Grazie al loro principio di funzionamento unico, i miscelato-ri Eirich - evoluzione del miscelatore a canale anulare e del miscelatore planetario - sono in grado di lavorare materiali di qualsiasi consistenza. Spesso è anche possibile unire più passaggi di preparazione di materiale in una singola macchina. Queste macchine sono disponibili in diverse dimensioni, da

1 litro a 12.000 litri e sono at-tualmente utilizzate in mol-ti segmenti dell’industria cera-mica, tra cui abrasivi, utensili abrasivi e pasta anodica (pasta di carbonio), carburo, cataliz-zatori, proppant in ceramica, pigmenti per la produzione di carta, ceramica dentale, elet-troporcellana, argilla espansa, ferrite, granulato per la produ-zione additiva, sfere di macina-zione, materiali refrattari per forni, porcellane, materie pri-me refrattarie, ceramica sani-taria, grès e ceramica tecnica, fino alla zeolite. In alcuni segmenti, i miscelato-ri Eirich sono un punto di rife-rimento in tutto il mondo, riu-scendo a lavorare materiali duri come corindone e carburo di silicio senza subire particolare usura. Grazie alla capacità dei misce-latori Eirich di funzionare pra-ticamente alla velocità deside-rata dell’utensile, essi vengono utilizzati sempre di più nelle operazioni di riciclaggio, per esempio nelle trasformazioni a valle di barbottina, scarti crudi,

crucial role in slipcasting and pressure filtration. Preparation of slurries made from clay and non-plastic materials is a single-stage or multi-stage process. Ball mills are used for single-stage processing.In multi-stage processing, the clay-based raw materials are first “dissolved” (i.e. dispersed) in stirred tanks and the non-plastic materials are then added. Because power in-put is low, both procedures involve long process times. Eirich dispersing mixers offer significant advantages in these applications. Processing takes place in the plastic phase. Because the machines have much higher power input, preparation ti-mes can be significantly shorter (as little as 30 minutes or less). Energy consumption can be reduced by up to 50% com-pared to stirred tanks and ball mills. Because stirred tanks and ball mills involve long processing times, multiple ma-chines must run in parallel to maintain an adequate flow of material to production. By contrast, Eirich machines are faster. Processing is a lot simpler and requires less equipment, which also reduces service and maintenance costs.

The unique operating principle of Eirich mixers, which are a further evolution of the ring trough mixer and the pla-netary mixer, makes them suitable for all possible consi-stencies.It is also often possible to combine multiple material pre-paration steps in a single machine. The advantages of these machines, which are availa-ble in sizes ranging from 1 litre to 12,000 litres, are currently being exploited in many seg-ments of the ceramics indust-ry ranging from A for abrasi-ves, abrasive tools and anode paste (carbon paste), continuing with carbide, ca-talysts, ceramic proppants, coating pigments for paper production, dental ceramics, electro-porcelain, expanded clay, ferrite, granulate for ad-ditive manufacturing, grin-ding balls, kiln furniture, por-celain, refractory materials, refractory raw materials, sa-nitaryware ceramics, stone-ware and technical cera-mics, and through to Z as in zeolite. In some segments, Ei-rich mixers set the standard worldwide. No other machines are ca-pable of processing hard materials like corundum and silicon carbide without sub-stantial wear. The ability of the Eirich mixer to operate at virtually any

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raw materials focus on

EcoPrep® dry preparation plant Impianto di preparazione a secco EcoPrep®

tool speed is being exploited to an increasing extent in recycling, e.g. for downstream processing of slurry, gre-enware scrap, paste residue, offcuts and dust. Vacuum mixing technology is not yet widely known in the ceramics industry. It can be used to dry aqueous mixtures or mixtures containing solvents in mixers/kneaders even where explosion protection is needed. A number of machines are currently being used in powder metallurgy where they eliminate the need for a spray tower. There is also limited awareness of new mixer heating techni-ques for warm or hot mixing at temperatures up to 350°C. This technology will be of interest to producers of graphite and refractory products who work with resin solutions. In many cases, it is possible to work with little or no solvents (with resin melts) to develop new product lines with lower porosity.

Eirich’s in-house control system production and customer-centric program development enable the company to de-liver advanced machine and system control technology with state-of-the-art monitoring functions for the product and the machine, as well as teleservice. These systems can also be used as a basis for identifying ad-ditional optimization opportunities in the overall system (In-dustry 4.0).

residui di impasto, sfridi e polveri.

La tecnologia della miscelazione a vuoto non è ancora mol-to conosciuta nel settore della ceramica. Può essere utilizzata per essiccare miscele acquose o miscele contenenti solven-ti nei miscelatori/impastatrici, anche quando è richiesta una protezione contro le esplosioni. Diverse macchine sono attualmente utilizzate nel settore del-la metallurgia delle polveri, dove eliminano la necessità di un atomizzatore. C’è anche poca consapevolezza delle nuove tecniche di ri-scaldamento dei miscelatori per la miscelazione a caldo a temperature fino a 350°C. Questa tecnologia potrebbe esse-re interessante anche per i produttori di grafite e di prodotti refrattari che lavorano con le soluzioni in resina. In molti casi è possibile lavorare con poco o nessun solvente (con resine in soluzione) per sviluppare nuove linee di prodotto con mi-nore porosità.

Grazie alla produzione interna di sistemi di controllo e allo sviluppo di programmi orientati al cliente, Eirich può forni-re una tecnologia avanzata di controllo e monitoraggio della macchina, delle condizioni di funzionamento e del prodotto, anche attraverso la teleassistenza; tali sistemi possono esse-re sfruttati per individuare ulteriori opportunità di ottimizza-zione del sistema nel suo complesso (Industria 4.0).

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