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Verfahren und Vorrichtung zum mechanischen Trennen von grobkörnigen Stoffgemischen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mechanischen Trennung von Stoffgemischen, insbesondere von grobkörnigen mineralischen Gemischen.
Für die Trennung grobkörniger Mineralgemische kennt die Aufbereitungstechnik bisher lediglich Verfahren, bei denen die stoffliche Scheidung im wesentlichen durch die Nutzbarmachung vorhandener Unterschiede im spezifischen Gewicht, der Magnetisierbarkeit oder der Unterschiede in den optischen Eigenschaften geschieht. Die Voraussetzung für die Anwendbarkeit der entsprechenden Grobkornaufbereitungsverfahren, wie der Setzarbeit, der Magnetscheidung und Handscheidung bzw. die Vorbedingung für die mechanische Trennbarkeit von Stoffgemischen in grobstückiger Form ist daher das Vorhandensein entsprechender Unterschiede in den genannten physikalischen Eigenschaften der einzelnen Gemischbestandteile.
Durch diese Bedingung sind der Grobkornaufbereitung Grenzen gezogen, die die Aufbereitung grobkörniger Gemische, deren Bestandteile, wie es beispielsweise häufig bei nichtmetallischen Nutzmineralien der Fall ist, derartige Trennungseigensehaften nicht aufweisen, äusserst schwierig, wenn nicht unmöglich gestalten.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird dieser Mangel behoben, indem für die Trennung Eigenschaften der Gemischbestandteile ausgenutzt werden, welche sich leicht künstlich unterschiedlich beeinflussen lassen, nämlich die Grenzflächeneigenschaften. Diebe Eigenschaften ermöglichen es, die Trennung der grobkörnigen Bestandteile dadurch vorzunehmen, dass man sie künstlich differenziert und dann die Bestandteile vermöge ihrer verschiedenen Haftfähigkeit an erstarrenden oder erhärtenden Haftmassen voneinander trennt.
Die erfindungsgemässe Aufbereitungsmethode unterscheidet sich grundsätzlich von andern im weitesten Sinne auf dem Haftprinzip beruhenden Verfahren, wie der Flotation oder der durch die sogenannten Fettherde bekannten Kontaktmethode, bei denen die Materialien in feinkörnigem Zustande in Form einer wässerigen Aufschwemmung (Trübe) verarbeitet werden, in bezug auf die verarbeitbare Korngrösse. Dank den erfindungsgemäss anzuwendenden Massnahmen und Haftmitteln stehen viel höhere Haftkräfte zur Verfügung, die Körner zu binden vermögen, deren Grösse nach oben im Rahmen des praktischen Bedürfnisses unbegrenzt ist.
Zwecks Erläuterung der grundsätzlichen Unterschiede des erfindungsgemässen Verfahrens von der oben erwähnten Schwimmaufbereitung sowie der Kontaktmethode sollen zunächst die Grundlagen dieser bekannten Verfahren im einzelnen erläutert werden :
Die Schwimmaufbereitung beruht ebenfalls auf einer künstlichen Differenzierung der Haftfähigkeit der Bestandteile eines Mineralgemisches, durch die herbeigeführt wird, dass die verschiedenartigen Gemischbestandteile in unterschiedlichem Masse bestrebt sind, an den in der Flotationstrübe hochsteigenden Luftblasen anzuhaften.
Der Hauptvorteil der Schwimmaufbereitung gegenüber allen andern bekannten Aufbereitungsverfahren besteht in der vollkommenen Unabhängigkeit von ursprünglich vorhandenen Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften der zu trennenden Stoffarten und damit in der generellen Anwendbarkeit dieser Aufbereitungsmethode auf die verschiedensten Mineralgemische. Es werden damit auch solche Erze aufbereitbar, deren einzelne Bestandteile mangels entsprechender Unterschiede, beispielsweise des spezifischen Gewichtes oder der Magnetisierbarkeit,
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können. Auf der Möglichkeit, die Trennungseigenschaften künstlich zu beeinflussen, beruht ausserdem die Tatsache, dass die Schwimmaufbereitung Trennschärfe erzielt, die im allgemeinen die Ergebnisse aller andersartigen Aufbereitungsverfahren überflügeln.
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Die Anwendung der Schwimmaufbereitung ist allerdings auf Grund ihres Arbeitsprinzips nur bei genügend grosser Feinkörnigkeit des zu trennenden Korngemisches möglich, deren obere Grenze bei einer Korngrösse von etwa 0'5 mm Korndurchmesser liegt. Das bedeutet naturgemäss einen Nachteil für solche Erze, die schon in gröberer Körnung aufgeschlossen sind, sich aber mangels entsprechender Unterschiede im physikalischen Verhalten ihrer einzelnen Komponenten durch keines der bekannten Grobkornaufbereitungsverfahren, wie Setzarbeit, Magnetscheidung usw., mit genügender Trennschärfe aufbereiten lassen und daher nur auf flotativem Wege getrennt werden können.
In solchen Fällen machen die Feinmahlung, die Filtrierung und etwa notwendige Stückigmachungsprozesse zusätzliche Aufwendungennotwendig, dienicht durch den Verwachsungsoharakter des zu trennenden Stoffgemisches : sondern ausschliesslich verfahrensmässig bedingt sind.
Ein anderes auf dem Haftprinzip beruhendes Trennungsverfahren ist die sogenannte Kontaktmethode. Bei diesem Verfahren werden die zu trennenden Erze in ebenfalls fein zerteilter Form mit Wasser zu einer Trübe angerührt, über Unterlagen geführt, die mit einer flüssigen, aus organischen Stoffen bestehenden Haftmasse bestrichen sind. An dieser flüssigen Haftmasse bleiben die im natürlichen Zustand karbophilen Mineralien, wie Diamant, Graphit, Edelmetalle und Schwermetallbulfide, kleben, während die Gangartmineralien, Quarz usw. infolge ihres natürlichen hydrophilen Verhaltens mit dem Trübewasser abgeschwemmt werden. Durch Auswahl besonders selektiv wirkender Haftunterlagen hat man versucht, die Trennschärfe dieser Methode zu verbessern.
Als solche Unterlagen sind unter andern Stoffe, wie Teer, Asphalt usw., vorgeschlagen worden, die durch Zusatz von Ölen, Fettsäuren, Petroleum und ähnlichen Lösungs-oder Verdünnungsmitteln in die für diese Verfahren notwendige sirupartige Konsistenz gebracht werden. Auch hat man anorganische Zusätze zur organischen Haftmasse, vor allem Wasserglas, empfohlen. Durch diesen Zusatz soll die Haftmasse stärker abweisend auf die Gangartkörner wirken, was auch durch unmittelbaren Zusatz von Wasserglas zur Trübe erreicht werden soll. Diese einseitige Beeinflussung der Gangart macht aber die Kontaktmethode nicht unabhängig von naturgegebenen Unterschieden in der Haftfähigkeit der zu trennenden Stoffarten gegen- über den verwendeten organischen Haftmassen.
Damit weist das Verfahren eine ähnliche Beschränkung in bezug auf die hienach verarbeitbaren Korngrössen auf, wie die alte sogenannte Ölflotation. Erst die neuzeitliche Flotation hat diese Beschränkung beseitigt, so dass sie heute das einzige Verfahren ist, das dank einer generellen Differenzierung der Trennungseigensehaften nahezu vollkommen unabhängig von ursprünglich vorhandenen Unterschieden des physikalischen Verhaltens ist. Lediglich in der Unmöglichkeit, grobkörnige Stoffarten flotativ zu trennen, liegt ein Mangel, der aber verfahrenstechnisch bedingt ist.
Diese Beschränkung auf die Feinkornaufbereitung trifft auch auf die Kontaktmethode
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Immerhin verlangen aber auch die bei dieser Methode wirksamen, ebenfalls verhältnismässig schwachen Haftkräfte eine Feinvermahlung des zu trennenden Gutes bis auf etwa 0'5 mm Korndurchmesser.
Die Erfindung betrifft demgegenüber ein Verfahren, mit dessen Hilfe die mechanische Trennung grobkörniger Stoffgemische nach Stoffarten unabhängig von dem Vorhandensein natürlich gegebener Unterschiede im physikalischen Verhalten der einzelnen Stoffarten ermöglicht wird. Das Prinzip der erfindungsgemässen Trennungsmethode besteht darin, dass künstlich nach dem Vorbild der Flotation erzeugte Unterschiede in der Benetzbarkeit der Stoffarten dazu benutzt werden, die einzelnen Stoffarten entsprechend ihrer verschiedenen Benetzbarkeit auf erhärtenden hydrophilen oder hydrophoben Körpern wahlweise zum Anhaften zu bringen und auf Grund der verschiedenen Haftfestigkeit zu trennen.
Die Möglichkeit der künstlichen Differenzierung der Haftfähigkeit verleiht diesem Verfahren die gleiche generelle Anwendbarkeit, durch die sich die Flotation auszeichnet, während die im Gegensatz
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zu trennen. Es liegt im Arbeitsprinzip dieses Verfahrens begründet, dass die erzielbare Trennschärfe mit wachsender Korngrösse der zu trennenden Gemische zunimmt. Die untere Grenze der praktischen Anwendbarkeit liegt bei etwa 5-10 mm Korndurchmesser.
Die künstliche Beeinflussung der Haftfähigkeit der Stoffarten gegenüber hydrophilen oder hydrophoben erhärtenden oder erstarrenden Stoffen kann grundsätzlich durch Behandeln der Stoffgemische mit wässerigen Lösungen oder Emulsionen chemischer Reagenzien geschehen, die bei der Schwimmaufbereitung als"Sammler"zur Differenzierung des Flotationsvermögens von zwei und mehr Stoffgemischen geeignet sind und in der neuzeitlichen Flotation im allgemeinen wasserlösliche organische Stoffe von bekanntem Molekülaufbau darstellen.
Bei dieser Vorbehandlung wird durch entsprechende Wahl der Reagenzien, beispielsweise bei einem Zweigstoffgemiseh, die eine Stoffart hydrophoben, während die andere hydrophilen Charakter zeigt, d. h. nach dem Entfernen des Korngemisches aus der vorbehandelnden Lösung und nach Abspülen mit reinem Wasser ist die hydrophile Stoffart mit einer nahezu geschlossenen Wasserhülle umgeben, während die hydrophobe Stoffart infolge einer organischen Adsorptionshülle nahezu unbenetzt ist. Wird nun dieses Körnergemisch mit Eis oder mit einer dünnen Schicht gefrierenden Wassers oder mit einem unter dem Gefrierpunkt des Wassers abgekühlten benetzbaren Körper in Berührung gebracht, z.
B. auf solche Unterlagen gelegt, so frieren die benetzten Körner mit ihrer Wasserhülle an dieser Unterlage fest, während die unbenetzten Körner gar nicht oder nur
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so locker anhaften, so dass ein leichter mechanischer Angriff, etwa ein leichtes Neigen der Unterlage oder Umdrehen oder auch ein leichtes Erwärmen genügt, um diesen Stoffbestandteil von der Unterlage zu entfernen und damit von dem andern festhaftenden Bestandteil zu trennen. Der umgekehrte Haftvorgang tritt ein, wenn erfindungsgemäss statt des Eises oder der oben genannten andern Körper ein erstarrender bzw. ein erhärtender, Wasser abweisender Körper als Haftmasse benutzt wird, beispielsweise Asphalt, Teer, Natur-oder Kunstharze und andere organische Substanzen.
Wenn das in der oben beschriebenen Weise behandelte Körnergemisch mit solchen Stoffen in Berührung gebracht, beispielsweise auf eine Unterlage gelegt wird, die mit einer solchen durch Wärmezufuhr erweichten organischen Masse versehen ist, so haften nunmehr die künstlich unbenetzbar gemachten Körner fest an, während die benetzten Körner infolge der umhüllenden Wasserhaut nicht anhaften können. Damit dieser Unterschied eintritt, können nur solche hydrophoben Haftmassen verwendet werden, deren Erweichungpunkt unterhalb des Siedepunktes des Wassers liegt, anderseits sollen aber diese Stoffe bei normaler Zimmertemperatur fest sein, oder es soll eine geringe Abkühlung genügen, sie aus dem erweichten in den festen Zustand überzuführen.
Auf solchen Unterlagen ist die Haftfestigkeit der hydrophob gemachten Stoffart so gross, dass selbst Körner bis zu 100 mm Korngrösse und darüber nach der Erstarrung der Masse auch dann noch festgehalten werden, wenn die Unterlage umgedreht wird und das ganze Gewicht der Körner der Haftintensität entgegenwirkt. Das Ablösen der anhaftenden Körner hat möglichst in erstarrtem oder nahezu erstarrtem Zustande der organischen Masse zu erfolgen, da auf diese Weise die Unterlage unversehrt bleibt und anderseits die haftenden Körner nach dem Entfernen von der Unterlage nicht mit Haftmasse verunreinigt werden.
Eine besonders günstige Wirkung der Vorbehandlung der Körner besteht noch darin, dass die zur Beeinflussung der Haftfähigkeit verwendeten Reagenzien, wie Fettsäuren oder deren wasserlöslichen Salze, ferner Xanthate, Alkoholsulfonate u. a. die unbenetzbare Stoffart mit einer organischen Hülle überziehen, die eine ausgeprägte Affinität zu den genannten hydrophoben Haftmassen aufweist. Dadurch tritt die Verkettung mit der Haftmasse auch dann ein, wenn diese lebt oder nur sehr wenig erweicht ist. Dieser Vorgang wird bei sehr grossen Körnern noch durch den entsprechend grossen Auflagedruck unterstützt. Im allgemeinen genügt bereits ein Erweichungszustand, bei dem sich die Haftmasse eben mit dem Fingernagel ritzen lässt.
Je gröber und damit um so schwerer die anzuhaftende Körnerart ist, um so geringer muss die Erweichung sein, was durch entsprechende Auswahl der Haftmasse und durch Einhaltung bestimmter Temperaturen leicht zu erreichen ist. Die Bedeutung des Auflagedrucks macht es anderseits empfehlenswert, das zu trennende Material vorher zu klassieren und jede Kornklasse für sich dem Haftverfahren zu unterwerfen.
Dies gilt sowohl für die letztgenannte Verfahrensart als auch für die Anfriermethode.
Für die Durchführung der verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich sinngemäss verschiedene Möglichkeiten, für die nachstehend lediglich die wesentlichen Gesichtspunkte angegeben seien.
Das Anfrierverfahren verlangt im allgemeinen eine vom eigentlichen Haftprozesse getrennte Vorbehandlung etwa durch Eintauchen des zu trennenden Korngemisches in die die Benetzbarkeit differenzierende Flüssigkeit und nachträgliches Abspülen mit Wasser. Auch bei der zweiten Verfahrensart lässt sich die getrennte Vorbehandlung anwenden. Der Prozess kann aber in diesem Falle dadurch vereinfacht werden, dass die Haftunterlage selbst mit der die Benetzbarkeit des Stoffgemisches differenzierenden Flüssigkeit bedeckt wird. Dabei wird zweckmässig diese Flüssigkeit auf eine Temperatur gebracht, die dem gewünschten Erweichungszustande der Haftrnasse entspricht. Das Lösen der Körner von ihrer Unterlage kann sowohl durch mechanische Eingriffe als auch durch Erwärmen erfolgen.
Die Unterlage selbst kann eben, gerillt oder in einer andern Form profiliert ausgebildet sein. Eine unebene Ausbildung der Unterlage, etwa ein Drahtgewebe, empfiehlt sich besonders bei Körnernmit ausgesprochen pihttiger Kornform.
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an praktisch durchgeführten Versuchen klargelegt. Als Beispiel werden Versuche mit einem natürlichen Gemisch von Phosphoritknollen und tauben kieseligen Geröllen in der Körnung von etwa 30 bis 60 mm Korndurchmesser ausgewählt, da dieses grobkörnige Stoffgemisch die Vorteile des Verfahrens insofern besonders eindringlich veranschaulicht, als es mangels entsprechender Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften seiner beiden Stoffarten durch keines der bisher bekannten Grobkorn-Aufbereitungsverfahren mechanisch getrennt werden konnte.
Zur künstlichen Herbeiführung der selektiven Haftfähigkeit im Sinne der Erfindung wurde das genannte Körnergemisch zunächst in eine wässerige Lösung von Natriumpalmitat eingetaucht, also mit einem Reagenz behandelt, von dem bekannt ist, dass es auch die Flotierbarkeit von Phosphorit und andern Erdalkalimineralien beeinflusst. Nach dem Abspülen mit Wasser wurde ein Teil dieser Probe auf eine Eisdecke, der andere Teil auf eine in warmem Wasser befindliche Asphaltdecke gebracht. Im ersten Falle froren die benetzten kieseligen Bestandteile auf der Eisdecke an, während sich die durch die Vorbehandlung unbenetzt gewordenen Phosphoritknollen durch Umdrehen der Eisunterlage leicht entfernen liessen.
Bei Verwendung der Asphaltunterlage blieben dagegen die unbenetzten Phosphoritkörner haften, wogegen sich die Bergekörner durch Umdrehen der Unterlage entfernen liessen. In beiden Fällen wurde mit Hilfe der verschiedenen Trennungs- prozesse ein reines Phosphoritkonzentrat mit einem Ausbringen von über 90% erzielt. Das Ausgangs-
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material bestand zu etwa gleichen Teilen aus Phosphorit und kieseliger Gangart. Bei Kontrollversuchen, bei denen das gleiche Stoffgemisch ohne adsorptive Vorbehandlung nur nach Spülen mit Wasser auf die Eisdecke gebracht wurde, froren beide Stoffarten in gleicher Weise an. Auf die organische Unterlage gebracht, zeigten dagegen beide Stoffe übereinstimmend kein Anhaften.
Die Trennungsversuche wurden auch auf weitere mineralische Stoffgemische ausgedehnt mit dem Ergebnis, dass sich bei der oben beschriebenen Versuchsführung auch andere Erdalkalimineralien,
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liessen. Ebenso zeigten sich Sehwermetallmineralien, wie Eisenspat, Cerissit, Pyrit, Bleiglanz, Kupferkies, und Zinkblende auch in solchen Korngrössen trennbar, bei denen sonst alle andern maschinellen Grobkorn-Aufbereitungsverfahren versagen. Bei den sulfidischen Metallmineralien erwiesen sich für die Vorbehandlung die aus der Sulfidflotatin bekannten Reagenzien als vorteilhaft.
Es zeigte sich ferner, dass vor allem bei den schwieriger zu trennenden feineren Körnungen von etwa 10 mn Korndurchmesser die Trennschärfe dadurch gesteigert werden kann, dass die Körnergemische nach der adsorptiven Behandlung und dem Waschen mit Wasser kurz getrocknet und dann nochmals in reines Wasser getaucht werden.
Die verschiedenen Arbeitsvorgänge, die im Sinne der Erfindung zur Erzielung eines Trennungeffektes erforderlich sind, lassen sich durch zweckmässige Kombination einfacher Apparate und Vorrichtungen bekannter Bauart kontinuierlich durchführen. So kann beispielsweise die adborptive Vorbehandlung und das Nachspülen in einer Drehtrommel nach Art der bekannten Läutertrommeln vorgenommen werden.
Für die Durchführung des Haftprozesses kommen in erster Linie solche Vorrichtungen in Betracht, bei denen die vorbehandelten Körner auf einer bewegten Unterlage ruhen, die mit einer Haftschicht bedeckt ist, beispielsweise Transportbänder oder Drehtische nach Art der bekannten Lesetisehe. Es handelt sich hier also um bekannte Vorrichtungen, wie sie auch bei der Kontaktmethode Verwendung finden, allerdings mit dem Unterschiede, dass bei dem Verfahren gemäss
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methode der Fall ist, mit flüssigen Haftmassen bestrichen sind. Bei Verwendung von Eis als Haftschichte müssen diese Apparate eine mit Hilfe von Kältemaschinen aufrechtzuerhaltende Kühlzone durchlaufen.
Bei Verwendung organischer Massen als Haftschicht ist dafür Sorge zu tragen, dass auf der Aufgabeseite der Haftbelag leicht erweicht und bei der Weiterbewegung wieder erstarrt. Dies kann beispielsweise durch ein geneigtes Transportband geschehen, das auf seinem unteren Teile, d. h. auf der Aufgabeseite mit warmem Wasser oder entsprechend der oben beschriebenen Vereinfachung statt mit Wasser mit einer die Benetzbarkeit des Körnergemisches differenzierenden Flüssigkeit in Berührung gebracht wird. Für das Lösen der haftenden und nicht haftenden Körner von ihrer Unterlage sind umlaufende transportbandähnliche Vorrichtungen besonders geeignet, da die Haftunterlage laufend gewendet wird, wobei die nicht haftenden Körner herabfallen.
Das Loslösen der haftenden Körner kann durch gelindes Erwärmen oder durch einen mechanischen Eingriff, etwa durch eine Klopfvorrichtung, ein feststehendes Abstreichblech oder durch feststehende oder bewegte Abstreichbürsten erfolgen.
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1. Verfahren zum mechanischen Trennen von grobkörnigen Stoffgemischen, insbesondere aus mineralischen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftfähigkeit der einzelnen Gemischbestandteile an erstarrenden oder erhärtenden Körpern künstlich differenziert wird und die einzelnen Bestandteile des Gemisches vermöge ihrer verschiedenen Haftfähigkeit voneinander getrennt werden.