<Desc/Clms Page number 1>
Zahlreiche mineralische Rohstoffe bedürfen im Verlaufe ihrer Aufbereitung einer wirksamen
Anreicherung, um wirtschaftlich weiter verarbeitet werden zu können. Ein Anreicherungsverfahren ist die
Flotation, bei der unterschiedliche Hydrophobie bzw. Hydrophilie der Kornoberflächen dazu ausgenutzt werden, Mineralteilchen entweder an aufsteigende Luftblasen zu binden und sie von diesen in ein aufschwimmendes Schaumbett transportieren zu lassen, oder sie in benetzt-submersem Zustand zu belassen und schliesslich als Sinkgut abzuziehen. Eine wirksame Flotation setzt neben entsprechender Präparation der Kornoberflächen durch Chemikalienzusätze zuallererst voraus, dass die Mineralkomponenten, Erz und
Gangart, durch ausreichende Zerkleinerung voneinander getrennt wurden.
Die Zerkleinerung muss demnach weiter reichen, als den Grössen der im Roherz bzw. Rohgestein enthaltenen Mineralkomponenten, d. i. dem Verwachsungsgrad, entspricht.
Die üblicherweise angewendeten Zerkleinerungsverfahren bewirken ausschliesslich eine Reduktion der
Korngrössen, und die dabei in die Materie eingeführte Energie ist auf jene der zusätzlich geschaffenen
Oberfläche beschränkt, also auf vermehrtes Adsorptionsvermögen. Es sind allerdings auch Zerkleine- rungsverfahren bekanntgeworden, die zusätzlich zur Korngrössenreduktion eine sogenannte mechano- chemische Aktivierung der zerkleinerten Substanz bewirken, also auch andere als reine Oberflächen- energien einbringen. So beschreibt die DD-PS Nr. 53973 die Verbesserung des Ausbringens auslaugbarer
Komponenten durch geeignete Chemikalien vermittels Vermahlung in Schwingmühlen im Zuge des
Laugungsvorganges.
Die Anwendung solcher Verfahren im Zusammenhang mit der Anreicherung von Erzen und Mineralien durch Flotation ist jedoch nicht bekanntgeworden, und es war-auch wegen der noch immer nicht geklärten theoretischen Grundlage der beobachteten Erscheinungen - auch keineswegs zu erwarten, dass im Zusammenhang mit den sehr speziellen Anforderungen dieser Aufbereitungsprozesse damit besondere Vorteile erzielbar sein würden. Es hat sich aber gezeigt-und darauf beruht die
Erfindung-, dass durch eine "aktivierende" Zerkleinerung der angegebenen Art erreicht werden kann, dass den Mineralkomponenten zusätzliche, andere Eigenschaften anhaften als nach einer konventionellen
Zerkleinerung, Eigenschaften, welche weitere Verarbeitungsvorgänge zumindest ausbeutemässig zu beeinflussen in der Lage sind.
So konnte nachgewiesen werden, dass derart zerkleinerte Kupfererze einmal während der Flotation ein pro Verfahrensstufe höheres Ausbringen zeigten und zum andern Mal im nachfolgenden metallurgischen Prozess in weit geringerem Masse Kupfer in die Schlacke gelangen liessen, als dies mit konventionell vermahlenem Erz bzw. Konzentrat der Fall war. Der Vorteil war somit ein doppelter, indem sowohl das Flotationsverfahren als auch das Verhüttungsverfahren mit höherem Wirkungsgrad arbeiteten und so zusätzliche Verfahrensstufen eingespart werden konnten.
Gleiche Ergebnisse, allerdings mit von Erz zu Erz bzw. von Mineral zu Mineral verschiedenen Ausbeuteunterschieden, können auch mit andern Erzen oder Mineralen erzielt werden. Insgesamt kann nach mechanochemisch aktivierender Zerkleinerung eine Verbesserung der Flotation in Form gesteigerter Selektivität oder gesteigerter Ausbringung oder beider als auch eine Verbesserung der Verhüttungseigenschaften bzw. der chemischen Aufschliessung erwartet werden. Darüber hinaus zeigte sich eine weitere, insbesondere für die Aufbereitung von Komplexerzen wertvolle Erscheinung : In deutlich stärkerem Ausmass als durch andere Zerkleinerungsverfahren führt mechanochemisch aktivierende Zerkleinerung zur Auflösung des Korngefüges insbesondere an den Korngrenzen, was in weiterer Folge eine vollständigere Trennung der einzelnen Erzkomponenten ermöglicht.
Natürlich können auch Fälle eintreten, in welchen eine mechanochemische Aktivierung vor der Flotation nicht möglich erscheint, z. B. wenn eine Flotation bzw. eine andersartige Anreicherung, wie beispielsweise eine Herdwäsche, eine Schwerflüssigkeits-, magnetische oder elektrostatische Scheidung, schon durchgeführt wurde und das fertige Konzentrat zur Verhüttung bzw. Aufschliessung gelangt, aber auch wenn etwa Vorreinigungen erforderlich werden sollten, in deren Verlauf zur mechanochemischen Aktivierung eine Entwässerung des vorgewaschenen Rohminerals notwendig wäre, aber aus Platz- oder Kostengründen abgelehnt werden muss.
In derartigen Fällen wird auf den Vorteil der mechanochemischen Aktivierung für den Flotationsvorgang verzichtet werden müssen und ausschliesslich der Vorteil für die Verhüttung bzw. den Aufschluss genutzt werden können.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Hiebei zeigen die Fig. l bis 4 verschiedene Ausführungsarten der Vorrichtung in sehr vereinfachter Darstellung, die Fig. 5 und 6 zeigen eine Mischvorrichtung besonderer Art im Schnitt bzw. in Seitenansicht.
<Desc/Clms Page number 2>
Geeignete Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens der aktivierenden
Zerkleinerung sind aus an sich bekannten Komponenten aufgebaut und enthalten sowohl hinsichtlich dieser als auch ihrer Anordnung im wesentlichen keine neuartigen Elemente. Die Fig. l bis 4 sind für solche
Anordnungen beispielhaft, wenn sie auch nicht die einzigen Möglichkeiten dafür darstellen.
Fig. l zeigt das Beispiel einer Vormahlung in einer Stangenmühle --1--, deren Mahlgut unmittelbar einer Vorrichtung --10-- mit der Fähigkeit zur mechanochemischen Aktivierung aufgegeben wird. Aus dieser Vorrichtung gelangt das auf gewünschte Endfeinheit weiter zerkleinerte Gut direkt in eine Konditionierung --11--, von wo aus es einer Flotation zugeleitet wird. Fig. 2 gibt das Beispiel einer zweistufigen Zerkleinerung, davon die zweite mit der Fähigkeit zur mechanochemischen Aktivierung, und zwischengeschalteter Wäsche, z. B. zum Entfernen von toniger Substanz. Wieder ist eine Stangenmühle - vorgesehen, die kaum Überkorn im Mahlgut belässt und so nicht unbedingt mit einer Klassier- einrichtung in geschlossenem Kreislauf gefahren werden muss.
Das Mahlgut der Stangenmühle--l-gelangt in einen Rechenklassierer oder einen Schlüsselklassierer--2--mit Rechenaustrag, in welchem tonige
Anteile ausgewaschen werden. Der Sandaustrag dieses Waschgerätes --2-- wird auf einem Planfilter --8-- weitgehend entwässert, ehe das vorgemahlene und gewaschene Mineral in der Vorrichtung --10-- unter mechanochemischer Aktivierung auf die gewünschte Endfeinheit zerkleinert wird. Wieder ist für das fertig zerkleinerte Gut eine Konditionierung --11-- vor einer Flotation vorgesehen.
Fig. 3 bezieht sich auf die Behandlung von Mineralien mit wesentlich hartnäckiger haftenden
Verunreinigungen toniger. Art. Die Zerkleinerung erfolgt zunächst, mit oder ohne Kreislaufklassierung, in einer Kugelmühle --3--. Das dort zerkleinerte Gut wird in einer Batterie von Attritionszellen --4-- intensiv gewaschen, danach in einem Pumpensumpf --5-- aufgenommen, mit einer gepanzerten Kreisel- pumpe --6-- in einen gepanzerten Hydrozyklon --7-- gebracht und dort von abgeriebenen Feinstteilchen getrennt.
Da der aus dem Hydrozyklon austretende gewaschene Unterlauf immer noch etwa 25 bis 30%
Feuchtigkeit aufweist, wird er in einer Schubzentrifuge --9-- entwässert und das entwässerte, gewaschene Gut wird schliesslich in der Vorrichtung --10-- unter gleichzeitiger mechanochemischer
Aktivierung auf Endfeinheit zerkleinert. Das so behandelte Material gelangt über die Konditionierung --11-- in die Flotation.
Fig. 4 endlich gibt die Behandlung eines flotierten Konzentrates oder Zwischenproduktes wieder. Das noch nasse Produkt wird auf einem Planfilter --8-- und in einer nachgeschalteten Schub zentrifuge --9-- entwässert und anschliessend in der Vorrichtung --10-- unter gleichzeitiger weiterer Zerkleinerung mechanochemisch aktiviert. Das aktivierte Produkt wird in einem Silo --12-- gelagert, ehe es einer weiteren Verwendung wie Abtransport, Verhüttung, Aufschluss oder auch nochmaliger Flotation unterworfen wird.
Wesentlichstes Merkmal dieser Vorrichtung ist die Anordnung einer Mischvorrichtung --10-besonderer Art. Diese besondere Mischvorrichtung ist vor allem dadurch ausgezeichnet, dass damit dem aufgegebenen Material auf mechanischem Wege eine vergleichsweise hohe Energie zugeführt werden kann, durch welche einerseits ein Zerkleinerungsvorgang in an sich bekannter Weise ausgelöst und bewirkt wird, anderseits aber eine Energiezufuhr auf mechanischem Wege erfolgt, derart, dass durch Zusammentreffen geeigneter resonanzartiger Erscheinungen Veränderungen zeitstabiler Natur im submikroskopischen Gefüge der so behandelten Substanz eintreten, welche ein verändertes Verhalten eben dieser Substanz bei nachfolgenden Reaktionen zur Folge hat.
Solche Vorgänge und Erscheinungen sind bereits verschiedentlich festgestellt und untersucht worden und haben unter den Bezeichnungen "mechanochemische Aktivierung", "Energie-Infusion" usw. Eingang in die Fachliteratur gefunden.
Als geeignete Vorrichtungen für derartige mechanochemische Aktivierungen haben sich Schwingmühlen hoher Frequenz und modifizierte Stiftmühlen, vorzugsweise mit gegenläufig angetriebenen Rotoren, erwiesen. Letztere Geräte, bekannt unter der Bezeichnung"Desintegratoren", haben gegenüber den Schwingmühlen den Vorteil der regelbaren Drehzahl und damit Stossgeschwindigkeit, so dass eine Anpassung der Stossenergien und Stosszeiten an die spezifischen Charakteristiken des zu behandelnden Materials möglich gemacht ist.
Schwingmühlen, auch geringer Stundenleistung, dagegen bleiben wegen des engen, energetisch hochwirksamen Resonanzbereiches unelastischer gegenüber wechselnden Anforderungen des Rohmaterials und haben demgemäss einen engeren, materialspezifischeren Einsatzbereich, allerdings bei verschleissgemäss günstigerem Verhalten im Falle hoher Eigenhärten des Aufgabegutes und dadurch bedingter hoher Abrasivität.
<Desc/Clms Page number 3>
Da, wie vorhin erwähnt, Schwingmühlen aber keinen nach Zahl, Zeitfolge und Intensität der auf die individuellen Partikeln des Mahlgutes einwirkenden Schläge der Mahlkörper definierten Mahlvorgang ermöglichen (was bei Desintegratoren mit streng definierten Verfahrensparametern, wie Zahl der
Schlagleistenkränze, Abstand der Kränze voneinander und der Schlagleisten innerhalb jedes Kranzes untereinander, Form und Ausrichtung der Schlagleisten, Laufgeschwindigkeit der Mahlscheiben, der Fall ist), eignen sie sich, wie eingangs angeführt, mehr zum Einsatz bei Verfahren, bei welchen die momentan und zufällig eintretende Aktivierung einzelner Teilchen oder räumlich begrenzter Zonen von solchen vermöge Anwesenheit erforderlicher Reaktionspartner, z.
B. lösend wirkender Chemikalien bei Laugungs- prozessen, eine zeitlich und räumlich unmittelbare Nutzung der eingetretenen, nicht notwendigerweise zeitstabilen Aktivierungserscheinungen noch während des Mahlvorganges gestattet. Es ist allerdings möglich, bestimmte Chemikalien, auch in Desintegratoren, schon während der Zerkleinerung zuzusetzen, u. zw. zu dem Zwecke einer möglichst homogenen, feinverteilten Beimischung, welche in einem konventio- nellen Mischer so vollkommen weit schwieriger zu erzielen wäre. Ähnlich erscheinende Vorgangsweisen wurden bereits vorgeschlagen, z.
B. in der US-PS Nr. 4, 014, 474, allerdings zu dem unterschiedlichen
Zweck, in mehrstufig auszuführenden Flotationsverfahren mit stufenweiser Abtrennung unterschiedlicher
Erze jeweils zwischen zwei Stufen nach chemischer Neutralisation von Chemikalien, welche etwa als
Sammler in der jeweils vorangehenden Stufe eingesetzt wurden, durch neuerliche Vermahlung z. B. in
Kugelmühlen neue Oberflächen freizusetzen und zugänglich zu machen, deren flotationsgemässe
Eigenschaften dann erst bei der jeweils nächstfolgenden Stufe zum Tragen kommen können. Den prinzipiellen Aufbau eines Desintegrators zeigen die Fig. 5 und 6.
Bei dieser Mischvorrichtung sind auf zwei Wellen --27 und 28--mit fluchtenden Achsen je eine
Mahlscheibe --29 und 30-- endständig befestigt.
Eine dieser Mahlscheiben ist nahe der Scheibenmitte mit Durchtrittsöffnungen --34-- für das zu behandelnde Material versehen. Den Durchtrittsöffnungen ist eine Prall- und Leitplatte --39-- vorgesetzt.
Vor den Durchtrittsöffnungen --34-- befindet sich der Raum --35--, durch den das zu behandelnde Material aufgegeben wird. Dichtringe --36-- verhindern, dass dieses Material an der Aussenseite der Mahlscheibe --29-- unter Umgehung der Mahl- und Schlagstifte in den Reihen --31, 32, 33-- in den Austragsraum --38-- durch die Austragsöffnung --37-- gelangt.
Die Mahlscheiben sind von einem Gehäuse --40-- umgeben, welches entlang dem Flansch --40'-- geöffnet werden kann.
In den Zeichnungen ist erkennbar gemacht, dass die Schlagstifte abwechselnd gegenläufig bewegt werden. Dadurch ergeben sich sehr hohe Schlaggeschwindigkeiten.
Vorrichtungen der beschriebenen Art sind seit langem bekannt. Es ist ihnen meist gemeinsam, dass die Schlagstifte zylindrisch sind, wodurch sich in bezug auf die damit beschleunigten Teilchen eine starke Richtungsstreuung ergibt. Für den erfindungsgemässen Zweck eignet sich dagegen vorzugsweise eine Vorrichtung mit nicht zylindrischen Schlagelementen, welche den Teilchen eine gerichtete Beschleunigung zu erteilen in der Lage ist.
Das Aufgabegut wird zentral-axial zugegeben und vom Sog der durchströmenden Luft bzw. des Schutzgases und der Zentrifugalkraft erfasst und nach aussen geschleudert. Der Luft- bzw. Schutzgasstrom kann durch an die Mahlscheiben angesetzte Ventilatorflügel verstärkt werden. Hiebei gerät das Aufgabegut in den Schlagbereich der innersten Stiftreihe und erfährt eine nahezu tangentiale Beschleunigung, die von der nächstäusseren, gegenläufigen Stiftreihe in eine entgegengesetzte, ebenfalls nahezu tangentiale Beschleunigung umgewandelt wird. Dies wiederholt sich von Stiftreihe zu Stiftreihe, bis die Teilchen den Bereich der Rotoren verlassen. Durch die Drehzahl der Scheiben und die Radien der Stiftreihen bedingt, werden Stossgeschwindigkeiten von 50 bis über 300 m/s erreicht.
Die Stossenergien der Teilchen richten sich hiebei nach deren Masse und nach dem Widerstand, den das umgebende Gas ihrer Bewegung entgegensetzt. Durch Variation der Drehzahlen kann auf den Effekt der Zerkleinerung ebenso wie auf den der mechanochemischen Aktivierung und der von den Teilchen zu speichernden Energie Einfluss genommen werden. In bezug auf äusserlich wahrnehmbare Auswirkungen so gespeicherter Energien können gewünschte Eigenschaften verfahrensgemäss optimiert werden, indem ein gewünschter Parameter laufend kontrolliert und das Kontrollergebnis zur Steuerung der Drehzahl und damit der Teilchenbeschleunigung bzw. deren Endgeschwindigkeit herangezogen wird. Für den Sonderfall der Behandlung von Spülschlämmen wurde dies in der AT-PS Nr. 334848 bereits beschrieben.