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Verfahren und Einrichtung zum Ausscheiden von Partikeln bestimmter Eigenschaften aus Gemischen von Partikeln
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausscheiden monomineralischer Fraktionen von Stoffteilchen aus Gemischen, die Erze und/oder Mineralien enthalten, und auf Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung monomineralischer Fraktionen von Stoffteilchen bekanntgeworden, bei welchem diese mit der Nadel unter einem z. B. binokularen Mikroskop ausgesondert werden.
Dieses mühevolle, wirtschaftlich teure Verfahren entspricht nicht den heutigen Anforderungen der Technik.
Bekannt sind ferner ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ausscheidung von Stoffteilchen durch Zuführung eines diese Teilchen enthaltenden Gemisches aus einem Vorratsbehälter, z. B. mit Hilfe eines Vibrationsförderers, zu einer Niederschlagselektrode, wobei dieses Gemisch der Einwirkung eines Ionenstromes oder eines elektrostatischen Feldes oder beiden Einwirkungen ausgesetzt wird.
Wenn auch dieses Verfahren bzw. diese Einrichtung ermöglicht, Mineralien aus einem Gemisch auszuscheiden, so gestatten sie doch nicht die Gewinnung monomineralischer Fraktionen (Konzentrate von hohem Reinheitsgrad) bei der Trennung eines zusammengesetzten Gemisches.
Das Ziel der Erfindung besteht in der Beseitigung der oben erwähnten Nachteile.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Verfahren und eine Einrichtung zu entwikkeln, die es möglich machen, monomineralische Fraktionen (hochwertige Konzentrate) aus einem zusammengesetzten Gemisch wirtschaftlich herzustellen. Dabei soll die Einrichtung leicht zu betreiben, kompakt sowie hochleistungsfähig sein und Verluste des zu behandelnden Gemisches vermeiden.
Dieses Ziel lässt sich erreichen und diese Aufgabe wird gelöst, wenn erfindungsgemäss vor der Zuführung des Gemisches zu der Niederschlagselektrode, welche der Einwirkung des lonenstromes und/oder elektrostatischen Feldes ausgesetzt ist, in den Teilchen des Gemisches elektrische Ladungen mit vorgegebenem Vorzeichen erzeugt werden und ausserdem die Art des Leitwertes der Teilchen selektiv verändert wird, sowie die in diesem erzeugten elektrischen Ladungen stimuliert werden, wonach in den Stoffteilchen, die aus dem Gemisch auszuscheiden sind, die in diesen erzeugten Ladungen verstärkt, die Ladungen in den übrigen Teilchen jedoch abgeschwächt oder sogar zum Gegenvorzeichen umgewandelt werden.
Die Art des Leitwertes der Stoffteilchen kann nach einem Merkmal der Erfindung mittels Erhitzung und anschliessender Abkühlung dieser Teilchen während deren Zuführung zu der Niederschlagselektrode verändert werden.
Zur Durchführung des Verfahrens wurde eine Einrichtung entwickelt, die eine Trennkammer mit Trennwänden und eine darin angebrachte Niederschlagselektrode, eine Vorrichtung zur Zuführung von Stoffteilchen zu der Niederschlagselektrode und zu deren Versetzen in eine unterbrochene Bewegung und
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die Quellen, welche den Ionenstrom und das elektrostatische Feld erzeugen, umfasst. Gemäss der Erfin- dung ist die Arbeitsoberfläche der Einrichtung zur Zuführung von Stoffteilchen zur Niederschlagselektro- de wenigstens teilweise und die Oberfläche derNiederschlagselektrode mit einer Schicht aus einem Ma- terial überzogen, das die Eigenschaften eines Kontakt-Ventil-Leitvermögens aufweist.
Zum Zuführen von Stoffteilchen zu der Niederschlagselektrode kann die Vorrichtung beispielsweise zwei vibrierende übereinander angebrachte und mitdem das Kontakt-Ventil-Leitvermögen aufweisenden
Material überzogene Mulden verschiedener Länge aufweisen, zur fallweise Kontaktnahme der Teilchen mit den Mulden, wobei ein Ende der unteren Mulde von der Grenze des Ionenstromes in einem Abstand angebracht ist, der eine Dämpfung der Schwingungen von Stoffteilchen und einen stabilen Kontakt der letzteren mit der Oberfläche der Niederschlagselektrode gewährleistet.
Das Ende der unteren Mulde kann mit Bariumtitanat überzogen sein, das elektrete Eigenschaften aufweist, welche die Schaffung eines Ionenstromes (mit negativem oder positivem Vorzeichen) zwischen der Muldenkante und der Niederschlagselektrode zum Laden der Stoffteilchen während des Niederfallens auf die Niederschlagselektrode ermöglichen.
Zwischen den Mulden kann ein stromgespeistes Halbleiterelement untergebracht werden, welches die eine der Mulden erhitzt, während es die andere abkühlt, und der Schicht, die auf den Mulden auf- getragen ist, und den Stoffteilchen Diffusionseigenschaften verleiht, wodurch eine Änderung des Vor- zeichens und der Grösse der Ladung ermöglicht wird.
Zur Erzielung eines Kontakt-Ventil-Leitvermögens kann die Oberfläche der Niederschlagselektrode mit einem Überzug aus einem halbleitenden Material versehen sein.
Die zylindrische Oberfläche der Niederschlagselektrode der erfindungsgemässen Einrichtung kann in Segmente aufgeteilt sein, die einen halbleitenden Überzug aufweisen und mit dem Gehäuse der Enrichtung mittels Kristalldioden, beispielsweise Germaniumdioden, elektrisch verbunden sind.
In der Kammer der Einrichtung sind Trennwände angeordnet, deren Höhe veränderbar und deren Abstand untereinander dem Durchmesser der Niederschlagselektrode gleich sein können, wobei eine der Trennwände wenigstens annähernd in der senkrechten Ebene angebracht sein kann, die durch die Achse der Niederschlagselektrode verläuft.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in den Zeichnungen veranschaulicht ist. In diesen zeigen Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemässen Einrichtung, Fig. 2 diese Einrichtung im Längsschnitt, Fig. 3 eine Gesamtansicht der Einrichtung und Fig. 4 die Niederschlagselektrode, teilweise im Schnitt.
Die dargestellte Einrichtung enthält einen Vorratsbehälter 1, z. B. einen Bunker (Fig. 1), Mulden 2, 3, die mit Oxydschichten überzogen sind, einen Vibrator 4, ein Thermoelement 5, eine Niederschlagselektrode 6, Elektroden 7,8, die einen Ionenstrom und ein elektrostatisches Feld erzeugen, eine Trennkammer 9 mit Trennwänden 10, 11 und Aufnahmekasten 12.
Der Behälter 1 (Fig. 2) ist zur Vorratshaltung von Gemischen aus Teilchen bestimmt und mit einem Auslass versehen, der einen Schieber 13 aufweist, der zum gleichmässigen Austreten der Stoffteilchen verschiedener Korngrösse auf die Mulden 2,3 unterschiedlicher Länge einstellbar ist. Die Arbeitsflächen der Mulden sind mit einem halbleitenden Überzug versehen und haben demnach einen Leitwert wie ein Ventil.
Mittels des Vibrators 4 sind die Mulden 2,3 hin-und herbewegbar, wodurch die Stoffteilchen in unterbrochener Bewegung auf den mit dem Halbleiterüberzug versehenen Muldenflächen versetzt und dabei wegen der Ventilwirkung mit elektrischen Ladungen bestimmten Vorzeichens aufgeladen werden.
Zwischen den Vibrationsmulden 2,3 ist, wie Fig. 2 erkennen lässt, ein stromgespeistes Thermoelement 5 angeordnet, das eine der Mulden erwärmt, die andere abkühlt und in Verbindung mit dem Halbleiterüberzug der Mulden die Änderung der Art des Leitwertes (Ionen-oder Elektronenleitwert) der Stoffteilchen bewirkt, wodurch es zu einer Änderung des Vorzeichens und der Grösse ihrer Ladung kommt.
Über der Niederschlagselektrode 6 sind Elektroden 7 angeordnet, die einen gerichteten Ionenstrom erzeugen.
Ein Ende der unteren Mulde 3 liegt von der Grenze des lonenstromes in einem Abstand entfernt, der eine Dämpfung der Schwingungen der Teilchen und einen stabilen Kontakt derselben mit der Oberfläche der Niederschlagselektrode gewährleistet.
Die Niederschlagselektrode 6 ist gemäss Fig. 1 als Zylinder ausgebildet, dessen Arbeitsoberfläche einen Halbleiterüberzug 14 aufweist. Zur Reinigung der Oberfläche der Niederschlagselektrode 6 von anhaftenden Teilchen ist eine Bürste 15 vorgesehen. Der Halbleiterüberzug der Elektrodenoberfläche verstärkt die Ladung der Stoffteilchen oder lädt sie zu einem andern Vorzeichen um, was die
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Anziehung der einen Teilchen und das Abstossen der andern Stoffteilchen von der Elektrodenfläche bewirkt. Die Niederschlagselektrode 6 ist in der Trennkammer 9 in Lagern 16 (Fig. 3) gelagert
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sein, wobei eine von ihnen einen intensiven Ionenstrom liefert und die andern dessen Ausrichtung bzw.
Ausbreitung auf die erforderliche Fläche der Niederschlagselektrode 6 gewährleisten.
Die Elektroden 7 sind an einem die Einrichtung einschliessenden Gehäuse mit Hilfe einer Vor- richtung 18 (Fig. 3) befestigt, die während des Betriebes eine Verschiebung der Elektroden sowohl in senkrechter, als auch in waagrechter Richtung sowie deren Fixierung in einer vorgegebenen Lage gegen- über andern Bestandteilen der Einrichtung gestattet.
Zur Erzeugung eines gerichteten elektrostatischen Feldes dienen Elektroden 8, die einen Halb- leiterüberzug aufweisen, der eine wirksame Trennung von Stoffteilchen ermöglicht. Sie sind an einer Justiervorrichtung 19 befestigt, die eine Verstellung in einem weiten räumlichen Bereich innerhalb der Trennkammer 9 (Fig. 2) und eine genaue Einstellung gegenüber der Niederschlagselektrode 6 ermöglicht.
Bei der Aufgabe von Stoffteilchen auf die Niederschlagselektrode 6, deren Arbeitsoberfläche mit einer S chicht von Material überzogen ist, das ein Kontakt-Ventil-Leitvermögen einer bestimmten Richtung aufweist, werden diese einer getrennten oder gemeinsamen Einwirkung des gerichteten elektrostatischen Feldes und des Ionenstromes verschiedener oder gleicher Polarität oder in Vereinigung mit dem Wechselstromfeld ausgesetzt. Infolge der Wechselwirkung des elektrischen Feldes mit den geladenen Stoffteilchen, die mit der Oberfläche der Niederschlagselektrode 6 in Berührung sind, die einen solchen Leitwert aufweist, gelingt es, in den einen Stoffteilchen die Ladung zu verstärken, in den andern zu schwächen oder die Teilchen zum andern Vorzeichen umzuladen.
Die Trennkammer 9 ist derart und insbesondere so gross bemessen, dass in ihr nicht nur die Bestandteile der Einrichtung untergebracht werden können, sondern auch eine nur minimale Verzerrung des elektrischen Feldes gewährleistet ist. Darüber hinaus ist sie hermetisch mit durchsichtigen Wänden abgegrenzt und hiedurch ein Verlieren feinkörniger Bestandteile ausgeschlossen. Überdies kann das Verhalten der zu trennenden Stoffteilchen während des Betriebes visuell verfolgt werden.
In der Trennkammer 9 sind Trennwände 10, 11 angeordnet, die in vorteilhafter Weise aus aufeinandersetzbaren Abschnitten mit scharfen Oberkanten aufgebaut sind. Die Höhe der Trennwände und damit auch der Trennkante lässt sich durch Vermehrung oder Verringerung der Anzahl der abnehmbaren Aufsätze verändern, so dass die Trennung der fächerförmig verteilten Stoffteilchen an einer wählbaren Stelle der Trennkammer gewährleistet ist. Der Abstand zwischen den Trennwänden ist bei der dargestellten Einrichtung dem Durchmesser der Niederschlagselektrode 6 gleich. Eine der Trennwände, 10, ist in jener senkrechten Ebene angeordnet, die durch die Achse der Niederschlagselektrode 6 verläuft, wodurch die Wirksamkeit der Trennung erhöht wird.
Die Aufnahmekasten 12 sind als in den Nuten 20 am Gehäuse dicht geführter Laden ausgebildet. Die hermetisch dichte Verbindung der Kasten mit dem Gehäuse verhindert Verluste an zu trennenden Stoffteilchen.
Die Speisung der Elektroden, welche das gerichtete elektrostatische Feld und den Ionenstrom erzeugen, erfolgt von einer Hochspannungsanlage 21 (Fig. 3). Diese Anlage ist zur Speisung der Elektroden mit Hochspannung, u. zw. sowohl mit Gleich- als auch mit gleichgerichteter Wechselspannung oder auch mit überlagerten solchen Spannungen eingerichtet, die z. B. in einem Bereich von 0 bis 40000 Volt liegen.
Es versteht sich übrigens, dass die einzelnen Bestandteile der Einrichtung auch anders als dargestellt ausgebildet sein können.
Der Halbleiterüberzug der zylindrischen Oberfläche der Niederschlagselektrode, die in Fig. 4 dargestellt ist, besteht aus einzelnen, voneinander isolierten Segmenten 22, die mit dem Gehäuse der Einrichtung über Kristalldioden 23 elektrisch verbunden sind.
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Bariumtitanat, lediglich am Ende überzogen sein. Ein derartiger Überzug gewährleistet die Erzeugung eines Ionenstromes zwischen dem Muldenrand und der Niederschlagselektrode.
Die monomineralischen Fraktionen werden aus dem Gemisch folgendermassen ausgeschieden. Die Stoffteilchen aus dem Behälter 1 fallen auf die Vibrations mulden 2, 3, wo sie in unterbrochene Bewegung versetzt werden.
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Infolge der Kontaktwechselwirkung der in unterbrochener Bewegung befindlichen Stoffteilchen mit der Oberfläche der Mulde 2, die Ventil-Leitvermögen aufweist, werden in diesen elektrische Ladun- gen erforderlichen Vorzeichens erregt, die weiters auf der Mulde 3 verstärkt werden. Wenn es erfor- derlich ist, die elektrischen Ladungen in den Teilchen zu stimulieren, können diese durch Erwärmung und anschliessende Abkühlung der Teilchen während deren Bewegung auf den vibrierenden Oberflächen der Mulden verstärkt oder abgeschwächt werden.
Hierauf gelangen die Stoffteilchen bei ihrer Bewegung an die Niederschlagselektrode 6, d. h. an den Abschnitt zwischen der Kante der Mulde 3 und der Grenze des Ionenstromes, wo die Schwingung gedämpft und der stabile Kontakt mit der Oberfläche der Niederschlagselektrode gewährleistet wird.
Bei der Ausnutzung der Mulde 3, die elektrete Eigenschaften aufweist, geraten die Stoffteilchen in das Ionenfeld zwischen der Muldenkante und der Niederschlagselektrode, wo sie elektrische Ladungen eines bestimmten Vorzeichens annehmen.
Die Stoffteilchen, welche der mit einem Halbleiterüberzug versehenen Niederschlagselektrode zu- geführt werden, sind einer getrennten oder gemeinsamen Einwirkung des gerichteten Ionenstromes und des elektrostatischen Feldes verschiedener oder gleicher Polarität oder in Verbindung mit einer Wechsel- spannung ausgesetzt. Infolgedessen wird in den einen Teilchen die Ladung verstärkt und in den andern abgeschwächt oder die Teilchen werden zum andern Vorzeichen umgeladen, wodurch die einen Teil- chen von der Niederschlagselektrode angezogen, die andern abgestossen werden und in Abhängigkeit von der Lage der Trennwände 10, 11 bzw. deren Trennkanten in die Aufnahmeabteile 12 gelangen.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die zu dessen Durchführung entwickelte Einrichtung machen es möglich, monomineralische Fraktionen von Stoffteilchen aus einem Korngemisch zu gewinnen, das aus verschiedenen Erzen und/oder Mineralien besteht, wodurch geologische Erkundungs- und Aufbereitungs- arbeiten wesentlich beschleunigt, verbilligt und erleichtert werden.
Die Herstellung einer monomineralischen Fraktion mit einem Gewicht von 5 g mittels einer erfin- dungsgemässen Einrichtung dauert lediglich 5-10 min, wogegen für die Herstellung monomineralischer Fraktionen von gleichem Gewicht mittels einer Nadel unter einem binokularen Mikroskop drei bis vier Wochen benötigt werden.
Darüber hinaus können mittels der Einrichtung auch Stoffteilchen ausgeschieden werden, die durch die Ausnutzung von Unterschieden des spezifischen Gewichtes, der Suszeptibilität und anderer Eigenschaften nicht ausgeschieden werden können.
Das Verfahren und die für dessen Durchführung entwickelte Einrichtung ermöglichen es, Mineralien der seltenen Metalle trotz des geringfügigen Gehaltes im Gestein auszuscheiden, so dass die Wirksamkeit der Suche und der Erkundung von Lagerstätten für Bodenschätze wesentlich erhöht wird.
Die Einrichtung ist sowohl zur Verwendung unter laboratoriumsmässigen Bedingungen in wissenschaftlichen Forschungsstätten für einschlägige Untersuchungen als auch für die Aufbereitung in technischem Massstab geeignet. Darüber hinaus sind das Verfahren und die Einrichtung auch in der Landwirtschaft zur Trennung verschiedenen Samengutes nach Qualität, Keimfähigkeit usw. mit Vorteil anwendbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Ausscheiden von Partikeln mit bestimmten Eigenschaften, z. B. Körnern aus Mineralien oder Erzen, Samen od. dgl. aus einem Gemisch von Partikeln, bei welchem das Gemisch einer Niederschlagselektrode zugeführt und diese der Einwirkung eines Ionenstromes und/oder eines elektrostatischen Feldes ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Aufgabe des Gemisches auf die Niederschlagselektrode auf dessen Partikeln elektrische Ladungen eines bestimmten Vorzeichens aufgebracht, während der Bewegung zu der Elektrode die Art des Leitwertes der Partikel selektiv geändert und die erregten elektrischen Ladungen stimuliert werden,
hierauf die Ladungen der aus dem Gemisch auszuscheidenden Partikel verstärkt und in den restlichen abgeschwächt oder in einem Ionenstrom und/oder elektrostatischen Feld zum andern Vorzeichen umgewandelt werden.