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Verfahren und Vorrichtung'zur Herstellung eines stabilen Konzentrates aus Bormineralien.
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so weit erhitzt war, dass es nur noch 2 oder 3 Mol. Kristallwasser enthält, dann wird es beim Stehen an der Luft bis zu 5 Mol. Kristallwasser wieder aufnehmen.
Bei der Kalzinierung von borhaltigen Mineralien war man sich wohl dieses Problems bewusst und man suchte immer bei solcher Temperatur zu entwässern, dass eine Wassermenge zurüekblieb, die weniger als 4 Mol. im Endprodukt entsprach. Das erhaltene Produkt stellte ein feines voluminöses Pulver dar, das durch Windsichtung von der Gangart, Eisen und andern natürlichen Verunreinigungen getrennt werden musste, aber das Endprodukt unterschied sich wesentlich von dem durch das nachstehend beschriebene Verfahren erhaltenen.
Obgleich verschiedene Verfahren und Vorrichtungen für die magnetische Abscheidung der Beimengungen dieser Mineralien angewendet worden sind, so haben die Verfahren und Vorrichtungen nur eine begrenzte Leistungsfähigkeit gehabt, auch waren diese ungenügend, um ein Material zu liefern, das einer geregelten Entwässerung unterworfen werden konnte. Das erhaltene Produkt war gewöhnlich sehr unrein, und es enthielt entweder überhaupt kein Kristallwasser mehr oder der Kristallwassergehalt war verschieden von dem im Mineral ursprünglich vorhandenen.
Dies hatte seinen Grund in der Unzulänglichkeit der früheren Methode der magnetischen Trennung, welche nicht empfindlich genug war, um einerseits Mischungen zu trennen, deren Bestandteile geringe Differenzen in ihrer magnetischen Suszeptibilität zeigten, und anderseits waren die Apparate nicht kräftig genug, um Trennungen nur sehr schwach magnetischer Bestandteile der Mischung herbeizuführen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der magnetischen Trennung, bei welchem die zu trennende Mischung beständig über eine Anzahl Rotore nacheinander geleitet wird, die in aufeinanderfolgenden magnetischen Feldern angeordnet sind. In jedem Falle wird die Mischung einer Trennwirkung unterworfen, die genügend stark ist, um solche Anteile, die nur einen geringen Unterschied in ihrer magnetischen Suszeptibilität zeigen oder die einen grösseren Unterschied in dieser Beziehung haben, zu sondern, und es ist notwendig, dass sie stark genug ist, um nur schwach magnetische oder überhaupt nicht magnetische Anteile zu trennen.
Magnetische Rotore werden nach der Erfindung benutzt, welche bei genügend hoher Tourenzahl die magnetischen und nicht magnetischen Anteile in verschiedene Flugbahnen lenken. D. h. die magnetischen und nichtmagnetisehen Anteile verlassen den sich schnell drehenden, magnetisierten Rotor an verschiedenen Punkten des Kreislaufes. Die nichtmagnetischen Anteile verlassen zuerst und die magnetischen Anteile an zweiter Stelle den Rotor gemäss den magnetischen Kräften, welche die letzteren Anteile auf dem Rotor eine genügend lange Zeit zurückhalten, wodurch das Gut verschiedene Flugbahnen einschlägt.
Weiter ist gefunden worden, dass das Mineral, aus dem so ein grosser Anteil der Verunreinigungen entfernt worden ist, der Entwässerung unterworfen werden kann, wobei aus dem prismatischen Borax 5 Mol. oder auch 6 Mol. Wasser ausgetrieben werden können. Im letzteren Falle lässt man 1 Mol. Wasser absorbieren, wodurch dann ein stabiles Produkt erhalten wird, das eben 5 Mol. Wasser enthält. Dieses Ergebnis wird bei tieferen Temperaturen erreicht als solchen, die bisher notwendig waren ; also bei Temperaturen, die nur wenig über dem Wassersiedepunkt liegen, nämlich 110-130 C. Das erhaltene Produkt ist nicht voluminös wie früher und es ist überhaupt sehr wenig verändert und hat ziemlich seine ursprüngliche Kristallform beibehalten ; es ist aber weniger durchsichtig geworden.
Die Entwässerung findet statt, nachdem die nicht wasserhaltigen Bestandteile entfernt worden sind, durch welche Vorbehandlung eine bessere Leistung erzielt wird. Nach dem bisherigen Verfahren wurde zuerst kalziniert und das erhaltene Produkt einem Trennungsverfahren durch Wind oder auf andere Art unterworfen.
Demnach wird durch Vortrennung eine höhere Kalzination erhalten, als wenn die Kalzination dem Trennungsprozess vorausgeht.
Gemäss der Erfindung werden die genannten Bormineralien magnetisch behandelt und dann unter genauer Kontrolle entwässert. Es können aber auch die nach früheren bekannten Verfahren erhaltenen Borate, welche bis jetzt als genügend rein angesehen wurden, nach dem neuen Verfahren nachbehandelt werden und es wird dann ein Endprodukt von verhältnismässig hoher Reinheit erhalten.
Ein solches Verfahren ist ferner weniger kostspielig sowohl was Apparatur als auch Betriebskosten anlangt als eines der bisherigen Verfahren.
Als ein besonderes Beispiel des zu behandelnden Minerals wird Tinkal und Rasorit angeführt, aber die Reihe soll damit nicht begrenzt sein, da das Verfahren auch auf andere wasserhaltige Natriumborate, wie Ulexit, und auch Kalziumborate, wie Colemanite, Anwendung findet.
Oktaedrischer Borax enthält 47'81% B203'5 Mol. Kristallwasser und ist stabil. Daher ist dieses Produkt ein ideales Beispiel für ein vollkommenes Borat. Andere wasserhaltige Borate sind, wie bereits gesagt, nicht stabil und enthalten wechselnde Mengen BOg und Kristallwasser.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung liegt daher darin, den Charakter eines solchen Borminerals in beträchtlichem Ausmass zu ändern, dadurch, dass aus einem natürlichen vorkommenden und normalerweise nicht stabilen Borat ein Boratprodukt gewonnen wird, das dem oktaedrischen Borax möglichst gleichkommt. Zu diesem Zwecke wird das Bormineral entwässert, bis ein Borat mit einem Wassergehalt von annähernd dem des oktaedrischen Borax erreicht ist.
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Zur Ausführung des Verfahrens wird das Gut, welches aus Anteilen verschiedener magnetischer Suszeptibilität besteht, zunächst von oben auf einen schnell laufenden Rotor, der durch Induktion magnetisiert wird, aufgegeben. Von hier wird das Material vom Rotor durch einen magnetischen Spalt zwischen Rotor und dem naheliegenden Pol, der als aktiver Pol oder Arbeitspol bezeichnet werden möge, weitergeführt.
Die Wirkung des magnetischen Separators dieser Art besteht darin, dass die nicht oder wenig magnetischen Anteile des Aufgabegutes, welche nicht oder sehr wenig vom Rotor angezogen werden, durch die Fliehkraft abgeworfen werden, während die stärker magnetischen Teile vom Rotor durch die magnetische Anziehung noch festgehalten werden.
Ein wichtiges Merkmal dieses besonderen Apparates, der hier zur Ausführung des Verfahrens benutzt wird, besteht darin, dass die höchste Feldstärke nahe der höchsten Stelle des Rotors und in einem vorschiessenden Felde der Abfallpunktflärhe der nichtmagnetisehen Anteile liegt. D. h. die höchste Konzentration der Feldstärke ist so gelegt, dass seine Anziehungskraft sich an einem Punkte äussert, der vor dem liegt, an welchem die Fliehkraft und die Schwerkraft zu wirken beginnen, durch welche letzteren die nichtmagnetischen Anteile vom Rotor entfernt werden.
Nachdem das Material durch den magnetischen Trennungsapparat hindurehgelaufen ist, wird jener Teil des Aufgabegutes, der hauptsächlich aus nichtmagnetischem wasserhaltigem Bormineral besteht, in einen Trommeltrockner gegeben, in dem eine vorbestimmte Menge Kristallwasser unter genauer
Kontrolle ausgetrieben wird.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass der magnetische Apparat drei Trennstufen umfasst, um praktisch genommen reines Borat aus dem Aufgabegut G des Borminerals abzusondern, welches als hauptsächliche Verunreinigungen nach der Reihenfolge ihrer magnetischen Empfindlichkeit Eisen- metalle (mit a bezeichnet) und Gangart (mit b bezeichnet) enthält, welch letztere aber gewöhnlich den grösseren Anteil bildet. Die Boratmineralien (Tinkal bezeichnet mit c und Rasorit bezeichnet mit d) sind in dem Aufgabegut enthalten und stellen die Produkte dar, welche gewonnen und behandelt werden sollen.
Die ersten Trennstufe umfassen jede einen schnell laufenden Rotor, der sich zwischen den Polen S und N von entgegengesetzter Polarität dreht. Die Rotore sind mit nicht magnetischen Teilen oder
Flächen ausgerüstet, deren Zweck später erörtert wird. Die Rotore sind mit I, II und III bezeichnet und werden vorzugsweise übereinander angeordnet, um den Materialstrom von oben nach unten unter dem Einfluss der Schwerkraft zu führen. Das Gut wird vorzugsweise tangential in der Laufrichtung des Rotors aufgegeben, worauf es sich dann durch den Spalt zwischen Rotor und der angrenzenden
Fläche des aktiven Pols fortbewegt.
Die drei Rotore I, il und III und ihre zugehörigen Pole sind vorteilhaft magnetisch verbunden und werden durch die Wicklung 50 gemeinsam erregt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die
Rotore I und II parallel geschaltet und diese beiden Rotore arbeiten in Serie mit Rotor III. Durch diese Anordnung wird der magnetische Kraftfluss durch dieaufeinanderfolgendenRotore zunehmend stärker.
Das Aufgabegut gelangt aus dem Trichter 51 über die Schurre 52 auf den obersten Rotor 1. Gang- art, Tinkal und Rasorit bleiben durch den Rotor I im grossen und ganzen unbeeinflusst und nehmen ihre Bahn rechts vom Scheider oder Teiler 53, der unterhalb des Luftspaltes dieses Rotors angebracht ist. Das höchst magnetische Eisenmetall a des Aufgabegutes wird jedoch zur linken Seite des Seheiders und auf die Austragschurre 54 abgelenkt, die es in einen (nicht dargestellten) Behälter leitet. Wegen der leichten Abscheidbarkeit des Eisens a kann die aktive Polnase V, die mit dem Rotor I zusammen- wirkt, die in der Zeichnung angedeutete übliche Form aufweisen.
Eine solehe Form ist bei Rotor I erwünscht und nicht die bei Rotoren II und III gemäss der Erfindung bevorzugte.
Von Rotor I werden Gangart, Tinkal und Rasorit durch den Ablenker 55 der Schurre 56 zugeführt und von hier dem zweiten Rotor II, unter welchem ein einfacher Scheider 57 angebracht ist. Das magne- tische Feld des Rotors II trennt aus dem Gut den grösseren Teil der Gangart b ab, die links vom Scheider 57 vorbeifä1lt und so ihren Weg aus dem Apparat in die Austragschurre 58 nimmt, welche es in einen Sammel- behälter fallen lässt.
Ein kleiner Teil der Gangart b zusammen mit dem Tinkal c und Rasorit cl des Aufgabegutes gelangt rechts vom Scheider 57, um abermals einer Trennung auf dem folgenden Rotor III unterworfen zu werden, dem es durch den Ablenker 59 und die Auftragschurre 60 zugeführt wird.
Unterhalb des Rotors III sind zwei Teiler 61 und ?. Der grössere Teil der Gangart b, die noch nicht durch den Rotor Il abgeschieden wurde, fällt links vom Seheider 61 ab und gelangt aus dem Apparat durch die Austragschurre 6 : 3. Ein kleiner Bruchteil der Gangart b zusammen mit Anteilen von zurück- gebliebenem Tinkal c und Rasorit d gehen zwischen den Seheidern 61 und 62 durch und verlassen hier die Anlage durch die Austragschurre 64 zwecks Sammlung in einem geeigneten Behälter und Wieder- aufgabe bei Rotor 1.
Dergrössere Teil des TinkaIsc undRasorits dfälltrechts vomTeiler62in denTrichterF. Dieses Scheide- gut stellt ein wesentlich reines Borat dar, welches nur noch ganz geringe Anteile von nicht abgeschiedenem
Eisen und Gangart enthält. Die Verunreinigung an Eisen beträgt jetzt nur wenige Zehntelprozent.
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Die ungewöhnlichen Ergebnisse dieser Vorbehandlung der Boratmineralien durch Magnetscheidung können auf folgende Weise erklärt werden. Der starke magnetische Kraftfluss gegen das vorschiessende Feld gerichtet, d. i. das Feld, das über dem Rotor vor dem Abfallpunkt der nichtmagnetischen Anteile liegt, hält nicht nur die magnetischen Anteile, welche in Berührung mit dem magnetischen Teil des Rotors sind, zurück, sondern verschiebt auch die magnetischen Anteile, die nicht in Berührung mit dem Rotor sind, bis zur Berührung mit diesem, während sie durch dieses Feld laufen. Diese Wirkung erfordert beträchtliche Kräfte, um die nichtmagnetischen Teilchen (Tinkal und Rasorit) zur Seite zu drängen.
Dieser Vorgang findet besonders nahe dem Oberteil des Rotors statt, weil dort die magnetische Anziehung auf die magnetischen Teile (Gangart und Glimmer) durch die Schwerkraft unterstützt wird.
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Anziehung, um sie auf dem Rotor längere Zeit zu halten als die niehtmagnetisehen Anteile des Tinkals und Rasorits. Hiedurch wird eine hohe Leistungsfähigkeit der Trennung und eine vergrösserte Wirksamkeit in der Behandlung sehr schwach magnetischer Materialien erreicht. Die Vorteile einer Vor- drängung der magnetischen Anteile gegen den Rotor vor Austritt aus dem Feld sind in der Tat so gross, dass es vorzuziehen ist, die höchste Dichte des magnetischen Kraftflusses auf das Vorbegrenzungsfeld zu richten.
Hiedurch wird eine angemessene Kraft verfügbar, um die niehtmagnetisehen Anteile zu verdrängen und die magnetischen Anteile in direkte Berührung mit dem Rotor zu bringen, während die geringeren Stromdichten am Austrittspunkt des Feldes und darunter genügen, um sogar sehr schwach magnetische Anteile in Berührung mit dem Rotor während einer genügend langen Zeit zu halten.
Obgleich nach der Behandlung die Bormineralien, was Gangart und Eisenvenmreinigungen anbetrifft, sehr rein sind, so verbleibt doch noch Kristallwasser, das die Stabilität beeinträchtigt und welches gleichfalls entfernt werden muss.
Die gereinigten Bormineralien gelangen aus dem Trichter F durch die Öffnung M in einen Trommeltrockner H, der an beiden Enden durch je einen feststehenden Kopf gestützt wird. Der Trockner wird durch heisse Gase oder Luft geheizt. Die Gase werden in den Trockner durch das Rohr T eingeblasen.
Die Temperatur des Trockners wird durch Thermoelement L kontrolliert. Der während des Trockenprozesses entstehende Dampf sowie der durch die Drehung des Trockners entstehende Staub wird durch einen geeigneten Exhaustor, der mit dem Rohr K verbunden ist, abgesaugt. Der gesammelte Staub kann nutzbar gemacht werden. Das Mineral wandert durch den schrägliegenden Trockner und wird bei J abgezogen.
Eine typische Trockenanlage besteht aus einer Trommel von ungefähr 25 tn Länge und 2 ? K Durchmesser, die mit vier Umdrehungen in der Minute umläuft. Unter diesen Verhältnissen braucht das eingeschüttete Mineral 30 Minuten zum Durchsatz durch die Trommel. Die Temperatur am Eintrittsende soll 1250 C nicht überschreiten und die Luft oder Gasgeschwindigkeit muss gross genug sein, um Dampf und Staub (ungefähr 56 m3 in der Minute für eine Trommel von der angegebenen Grösse) zu entfernen.
Diese Verhältnisse können natürlich geändert werden und man hat auch mit einer Trommel von 10 m Länge und einem Durchmesser von 1-35 m, bei zehn Umdrehungen in der Minute und einer Luftgeschwindigkeit in der Trommel von 36'5 ma gute Ergebnisse erzielt.
Der Charakter des Borminerals wird beim Trocknen erheblich geändert. Der Gehalt an BOg steigt ungefähr um 10%. Die scheinbare Dichte wird von ungefähr 0'830 auf 0'666 verringert und der Gehalt an wasserfreier Borsäure nimmt von ungefähr 36'38% bis ungefähr 44'48% zu. Das Mineral enthält beim Eintritt in den Trockner 33-36% Wasser, beim Austritt nur 25-27%.
Es ist gefunden worden, dass bei einer Temperatur von 103-115 C ein Material erhalten wird, das 44-46% B203 enthält, also ein Prozentgehalt, der sehr nahe dem des oktaedrischen Borax liegt. Die Trocknung verläuft ohne wesentliches Aufblähen und Zusammenballen des Materials.
Aus obigem geht hervor, dass durch das beschriebene Verfahren das Rohmineral bis zu dem Punkt gereinigt, konzentriert und entwässert wird, an dem ein stabiles neues Produkt entsteht, welches im Vergleich zum ursprünglichen Mineral einen verhältnismässig hohen B203-Gehalt und vermindertes spezifisches Gewicht aufweist. Ferner ist ersichtlich, dass die notwendigen Bedingungen für eine fortlaufende und günstige Verarbeitung vollständig festgelegt sind. Versuche haben gezeigt, dass aus dem ursprünglichen Bormineral ein Borat erhalten wird, das in der Zusammensetzung dem oktaedrischen Borax sehr nahekommt und das leicht auf dessen Wassergehalt gebracht werden kann.
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