CH630539A5

CH630539A5 - Verfahren zur fein- und feinstzerkleinerung von materialien sproeden stoffverhaltens.

Info

Publication number: CH630539A5
Application number: CH199178A
Authority: CH
Inventors: Klaus Prof Dr Ing Schoenert
Original assignee: Schoenert Klaus
Priority date: 1977-02-24
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1982-06-30
Also published as: NL188454C; GB1569521A; DE2708053B2; ATA131378A; SE7802112L; BR7801115A; CA1111821A; DE2708053C3; SE438793B; BE864262A; ES467904A1; LU79113A1; DK153776C; JPS53106968A; AT376586B; MX144681A; IT7820488A0; NL7802051A; US4357287A; IT1093853B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fein- und Feinstzerkleinerung von Materialien spröden Stoffverhaltens, insbesondere für die Zerkleinerung von Zementrohmaterialien, Zementklinker, Erzen und Kohlen, sowie von Kalk, Bauxit, Dolomit, Erdalkalicarbonaten und ähnlichen Mineralien.

Ein Stoffverhalten wird als spröd bezeichnet, wenn sich der Festkörper vor Bruchbeginn überwiegend elastisch verformt. Typische spröde Materialien sind Glas, Quarz, Ze-mentklinker, Kalkstein, Kohlen xmd viele Mineralien. Mahlgutpartikeln lassen sich bei sprödem Stoffverhalten durch eine einmalige Druck- bzw. Prallbeanspruchung zerstören, wenn nur die Beanspruchungsintensität genügend hoch gewählt wird. Das gegensätzliche inelastische Stoffverhalten ist durch ausgeprägte inelastische Verformungen vor Bruchbeginn erkennbar. Inelastische Partikeln müssen zur Zerstörung i. a. wiederholt und möglichst an Schneiden beansprucht werden. Thermoplastische Polymere (z.B. Polyäthylen, Polyamid), organische Chemikalien und plastische Metalle gehören zu den inelastischen Materialien.

Die Bezeichnung Fein- und Feinstzerkleinerung charakterisiert die Feinheit des Produkts, insbesondere die obere Grenze dessen Partikelgrössenbereichs. Bei einer Feinzerkleinerung liegt diese zwischen 50 und 1000 |xm, bei einer Feinstzerkleinerung zwischen 2 und 50 um. Zur Fein- und Feinstzerkleinerung von spröden Materialien werden Kugel-, Schwing-, Wälz-, Rührwerkskugel-, Scheiben-, Prall-, Strahlmühlen und ähnliche andere Mühlentypen eingesetzt. Die Auswahl der jeweils günstigsten Mühlen richtet sich hauptsächlich nach der Härte des Mahlgutes, der gewünschten Feinheit, dem Mengendurchsatz sowie nach der Frage, ob nass oder trocken gemahlen werden muss oder kann. Generell gelten die Tendenzen, dass bei Härten grösser als 4 Mohs Prallmühlen wegen zu grossen Verschleisses nicht eingesetzt werden können, dass mit zunehmender Feinheit die Nassmahlung der Trockenmahlung vorzuziehen ist, da im Nasssystem Bruchstücke kaum agglomerieren und dass sich

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für harte Materialien und/oder grosse Durchsätze von über 10 t/h insbesondere Kugelmühlen eignen.

Als eine generelle Schwierigkeit der Fein- und Feinstzerkleinerung erweist sich das Agglomerieren der Bruchstük-ke. Die Agglomerationsneigung wächst mit Abnahme der Partikelgrösse aus zwei Gründen:

Erstens erhöht sich mit Abnahme der Partikelgrösse die Festigkeit, weshalb grössere flächenbezogene Kräfte zur Zerstörung aufzubringen sind. Diese grossen Kräfte wirken im allgemeinen auch nach der Zerkleinerung auf die entstandenen und zumeist beieinanderliegenden Bruchstücke. An den Kontaktstellen verformen sich die Partikel bleibend; es entstehen grössere Kontaktbereiche mit der Folge, dass sich die Haftung verstärkt; die Bruchstücke agglomerieren.

Zweitens verhalten sich Haftkräfte direkt proportional zur Partikelgrösse, hingegen die Massenkräfte proportional zur dritten Potenz der Partikelgrösse. Unterhalb einer bestimmten Partikelgrösse übersteigen die ersteren die zweiten. Die Massenkräfte vermögen die Agglomerate nicht mehr zu zerstören.

Für ein zweistufiges Mahlverfahren hat man zwar schon vorgeschlagen, in einer ersten Stufe eine trockene Schüttung von Mahlgutteilchen, statt in einer Kugelmühle eingeschlossen, in einer hermetischen, elastischen Hülle, in einen Hoch-drackbehälter einer zyklischen Beanspruchung durch hydrostatischen Druck mit etwa dem l,2-l,3fachen der Bruchfestigkeit der Mahlgutteilchen so lange zu unterwerfen, bis sich Agglomerate der Bruchstücke gebildet haben, und das bis zum Agglomeratzustand zerkleinerte Produkt dann in bekannter Weise in einer zweiten Stufe, nach Zugabe von Wasser, in einer Nassschwingmühle bis auf Endfeinheit wei-terzumahlen, doch ist dieses Verfahren kommerziell nicht anwendbar und hat einen hohen Energieverbrauch wegen der häufig zu wiederholenden Beanspruchung und der Dämpfung durch die elastische Hülle (SU-PS 490 498).

Es wurde deshalb bekanntlich schon versucht, bei der Fein- und Feinstzerkleinerung die Agglomeration durch spezielle Massnahmen zu verhindern oder wenn dies nicht möglich war, die Grösse von Agglomeraten und deren Anteil klein zu halten bzw. Agglomerate möglichst gleich nach ihrer Entstehung wieder aufzulösen. Bisher wurde dies mit folgenden Massnahmen versucht:

- Das Dispergieren der Partikeln und der Bruchstücke in einem gasförmigen Medium in Prall- und Strahlmühlen oder in einem flüssigen Medium in Nassmühlen.

- Das Überlagern einer Scherbeanspruchung; eine derartige kombinierte Druck-Scherbeanspruchung findet in Kugel-, Schwing-, Rührwerkskugel-, Wälz- und Scheibenmühlen statt.

- Die Reduzierung der Mahlgutmenge, die bei einem Beanspruchungsvorgang erfasst wird, weil die Agglomeratbildung umso ausgeprägter ist, je grösser die Zahl der Partikeln, die bei einer Beanspruchung beieinanderliegen. In Kugel-, Schwing- und Rührwerksmühlen realisiert man dies, indem möglichst kleine Mahlkörper eingesetzt werden, wodurch die zwischen zwei Mahlkörpern gepresste Mahlgutmenge reduziert wird.

- Die Reduzierung der Beanspruchungsintensität, damit bei einer Beanspruchung weniger Bruchstücke entstehen und diese mit geringerer Kraft belastet werden. Dies erfordert allerdings eine Erhöhung der Anzahl der Beanspruchungen, um schliesslich zur gleichen Produktfeinheit zu gelangen. In Kugel-, Schwing- und Rührwerkskugelmühlen strebt man dies durch den Einsatz von kleinen Mahlkörpern an.

- Die Entfernung des Feingutes möglichst gleich nach dessen Entstehung, damit es bei nachfolgenden Beanspru630 539

chungen das Agglomerieren nicht födert. Dies erfolgt insbesondere bei Strahl-, Prall- und Wälzmühlen.

- Die Zerstörung entstandener Agglomerate durch nachfolgende Beanspruchungen in der gleichen Mühle beim Mahlfortschritt. Dies geschieht in den meisten der oben genannten Mühlen. Bei zweistufigen Zerkleinerungsverfahren können die in der ersten Zerkleinerungsstufe entstehenden Agglomerate bei der weiteren Zerkleinerung der Mahlgutpartikeln auf die erwünschte Endfeinheit in der zweiten Zerkleinerungsstufe mit zerkleinert werden.

- Die Zugabe von Flüssigkeiten oder Dämpfen, die adsorbiert an den Bruchstücken die Haftkräfte reduzieren und somit die Agglomeratbildung erschweren. Solche als Mahlhilfsmittel bezeichneten Reagenzien verwendet man insbesondere bei der Feinstmahlung in Kugelmühlen. Die Fein- und Feinstmahlung benötigt jedoch bekanntlich einen erheblichen Energieaufwand, z.B. erfordert allein die Mahlung bei der Herstellung eines Normal-Portland-Ze-mentes PZ 275 25-35 kWh/t; dabei wird eine Oberfläche je Masseneinheit zwischen 2500-3000 cm2/g erzeugt. Die Werte für die Energieausnutzung, d.h. des Quotienten aus Oberflächenzunahme und Energieaufwand, variieren zwischen 80 und 150 cm2/kWh. Zur Erzeugung eines Produktes mit allen Partikeln kleiner als 10 um sind je nach Stoff und Mühlentyp fünfzig bis mehrere hundert kWh/t aufzuwenden. Der grös-ste Teil der einer Mühle zugeführten Energie ist jedoch Verlust und wird nicht für das Zerkleinern der Partikeln bzw. für die Bruchflächenerzeugung gebraucht. Nach ausführlichen Untersuchungen mit Beanspruchungen von einzelnen Partikeln benötigt man für die Erzeugung neuer Bruchflächen weniger als die Hälfte. Die Verluste sind durch ineffektive Beanspruchungs- und Transportvorgänge und durch Lager- und Getriebereibung sowie bei Prall- und Strahlmühlen zusätzlich durch die Beschleunigung sowie durch innere und äussere Reibung des Strömungsmittels bedingt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die Fein- und Feinstzerkleinerung spröder Materialien mit vergleichsweise niedrigerem Energiebedarf und geringem maschinellen Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren zur Fein- und Feinstzerkleinerung spröder Materialien, bei dem in einer ersten Stufe das Mahlgut in einer Schüttung durch Druckbeanspruchung gebrochen wird und agglomeriert und dann in einer zweiten Stufe die Agglomerate durch eine weitere mechanische Beanspruchung zerstört werden, gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Druckbeanspruchung in der ersten Stufe durch einmalige Pressung zwischen zwei Flächen mit über 50 MPa Druck erfolgt.

Für die Erfindung kennzeichnend ist das determinierte Beanspruchen der Schüttung bzw. des Gutbetts von Mahlgutpartikeln zwischen zwei z.B. praktisch unnachgiebigen harten Mahlflächen in einer ersten Stufe mit solch grosser Energiezufuhr durch einmalige Pressung, dass eine starke Zerkleinerung ohne Rücksicht darauf erfolgt, dass dabei das Mahlgut deutlich agglomeriert. Im allgemeinen soll diese erste Beanspruchung bis zur deutlichen Bildung von Agglomeraten geführt werden, um die gewünschte Feinheit zu erzielen, insbesondere bei der Feinstzerkleinerung. Die erforderliche hohe Beanspruchung erfolgt durch eine Pressung der Schüttung mit über 50 MPa, vorzugsweise über 80 MPa. Bei der Feinzerkleinerung von harten Stoffen, wie z.B. Zementklinker, ist eine Pressung von z.B. mindestens 100 MPa von Vorteil. Die Feinstzerkleinerung, z.B. von Kalk, erfolgt z.B. am besten bei noch höheren Pressungen von etwa 150 MPa.

Sollen die Bruchstücke z.B. nochmals beansprucht werden, so ist z.B. die Schüttung mit den entstandenen Ag3

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glomeraten durch mechanisches Einwirken mit entsprechenden Werkzeugen aufzulockern.

Die Schüttung, die trocken oder mit einer Flüssigkeit angefüllt sein kann, soll z.B. den Beanspruchungs- bzw. Mahlflächen der Zerkleinerungswerkzeuge durch einen determinierten Transport zugeführt werden. Die Mahlgutpartikeln können vor und/oder während der Beanspruchung in einer ersten Stufe auch dem Dampf einer agglomerations-hemmenden Flüssigkeit ausgesetzt werden. Dabei kann die Beanspruchung in einem Druckraum erfolgen und die Flüssigkeit bzw. der Dampf auf Überdruck vorgespannt sein. Es kann zweckmässig sein, wenn die Beanspruchung in einem Druckraum erfolgt, in dem der Gasdruck z.B. kleiner als Umgebungsdruck oder kleiner als der Partialdruck des ag-glomerationshemmenden Dampfes ist.

Vorteilhaft ist es, wenn der Überdruck nach einer Beanspruchung z. B: schlagartig reduziert wird. Die Wirkung kann dadurch unterstützt werden, dass die Flüssigkeit z.B. zunächst mit einem löslichen Gas aufgeladen wird.

Für das Beanspruchen bzw. Zerkleinern bis zum Agglomerieren in der ersten Stufe eignen sich z.B. Walzmühlen, Walzenmühlen, insbesondere mit zylindrischen Walzen, Brikettierpressen, insbesondere Walzenbrikettierpressen, sowie Stempelpressen od.dgl., die für die aussergewöhnlich hohen, erforderlichen Pressdrücke ausgebildet worden sind.

Die weitere z. B. milde Beanspruchung zur Zerstörung der in der ersten Stufe gebildeten Agglomerate oder z.B. Briketts kann als Prallbeanspruchung, z.B. in einer Prallmühle, oder als kombinierte Druck-Scher-Beanspruchung, z.B. in einer Kugelmühle, erfolgen. Dieser Vorgang kann gegebenenfalls durch Zusetzen einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, mit der die Agglomerate oder Briketts getränkt werden, unterstützt werden.

Das die zweite oder Desagglomerationsstufe verlassende Gut kann, z.B. durch Klassieren mittels eines Siebes, eines Windsichters oder Hydrozyklons, in eine Feingutproduktfraktion und eine Grobgutfraktion getrennt und letztere dem Aufgabegut der ersten Stufe zugegeben werden, falls z.B. die gewünschte Zerkleinerung noch nicht erreicht wurde. In jedem Fall ist z.B. der Energieaufwand niedriger als bei vergleichbarer bekannter Zerkleinerung, wenn die einmalige Druckbeanspruchung in der ersten Stufe mit so hoher Pressung erfolgt, dass z.B. wenigstens 30%, vorzugsweise wenigstens 50%, der Bruchstücke die gewünschte Feinheit des Produkts aufweisen.

Eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zur Feinzerkleinerung von Zementrohmaterialien, Zementklinker, Erzen und Kohlen sowie Kalk, Bauxit, Dolomit und ähnlichen Erdalkalicarbonaten, sieht vor, dass die Schüttung von Mahlgutpartikeln z.B. in einer Walzmühle mit einem sich auf einer Wälzbahn abwälzenden Wälzkörper oder, vorzugsweise, in einer Walzenmühle mit zwei gegenläufig angetriebenen zylindrischen Walzen mit einer Pressung mit wenigstens 80 MPa, vorzugsweise mit wenigstens 100 MPa einmal beansprucht wird und die dabei entstandenen Agglomerate z.B. in einer Kugelmühle oder Prallmühle anschliessend zerstört werden.

Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Feinstzerkleinerung von insbesondere Quarz, Kalkstein, Feldspat od.dgl. sieht vor, dass die Schüttung von Mahlgutpartikeln z.B. in einer Wälzmühle mit einem sich auf einer Wälzbahn abwälzenden Wälzkörper oder, vorzugsweise, in einer Walzenmühle mit zwei gegenläufig angetriebenen zylindrischen Walzen mit einer Pressung mit z.B. wenigstens 150 MPa einmal beansprucht wird und die dabei entstandenen Agglomerate anschliessend z.B. in einer Kugelmühle oder Prallmühle zerstört werden.

In beiden Fällen wird man häufig die durch die hohe Pressung zuführbare Energie nicht so hoch machen können, dass z.B. alle Bruchstücke kleiner sind als die höchstzulässige Korngrösse des Endprodukts. Gleichwohl ist es zweckmässig, wenn die Schüttung von Mahlgutpartikeln mit einer so hohen Pressimg beansprucht wird, dass z.B. wenigstens 30%, vorzugsweise wenigstens 50%, der Bruchstücke die gewünschte Feinheit des Endprodukts aufweisen. Für diesen Fall sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass das z. B. die Kugelmühle oder Prallmühle verlassende Endprodukt in eine Feingutproduktfraktion, die das Endprodukt darstellt, und eine Grobgutfraktion getrennt werden und letztere z.B. dem Aufgabegut der ersten Stufe, also z.B. der Walzenmühle, zugegeben wird. Ein derartiger Müh-len-Sichter-Kreislauf ist an sich bekamt und wird z. B. in der Zementindustrie angewendet. Mit einer solchen Verfahrensführung können Energieeinsparungen von über 10% erzielt werden.

Die Charakterisierung des Beanspruchens und Transportierens als determiniert soll deutlich machen, dass beides durch die Verfahrensführung bzw. die Betriebseinstellung festgelegt werden und nicht etwa die Menge des beanspruchten Materials oder die Beanspruchungsenergie stochastisch verschiedene Werte annehmen kann, wie es z.B. in einer Kugelmühle geschieht.

Das erfindungsgemässe Verfahren steht z. B. im Gegensatz zur allgemeinen Lehre, dass die Agglomeratbildung bei einer einstufigen Fein- und Feinstzerkleinerung auf Endfeinheit möglichst zu verhindern sei. Die Agglomeratbildung bzw. z. B. das Brikettieren wird vielmehr bewusst angestrebt oder in Kauf genommen, um z.B. eine möglichst grosse Zerstörung bzw. Beschädigung der Partikeln in der Schüttung bzw. im Gutbett zu bewirken. Dazu können je nach Gut und Feinheit Flächendrücke zwischen 50-500 MPa (500 und 5000 kg/cm2) angewendet werden. Derartig grosse Belastungen wurden z.B. beim Zerkleinern bisher nicht angewandt. Bisher hat man, wie Nachrechnungen ergaben, die Pressungen von Partikelschüttungen z.B. immer weit unter 20 MPa (200 kg/cm2) gehalten. Bei z.B. solch kleinen Belastungen bleibt der Zerkleinerungsgrad gering, weswegen die reichliche Menge des ungebrochenen Gutes vielen weiteren Beanspruchungen ausgesetzt werden muss, um z. B. die geforderte Einheit zu erreichen.

Weitere Erläuterungen der Erfindung erfolgen unter Zuhilfenahme einer Zeichnung, in der zeigt:

Fig. 1 das Belastungsdiagramm der Beanspruchung einer Schüttung von 1 mm Zementpartikeln zwischen zwei harten Mahlflächen,

Fig. 2 zwei gegensinnig umlaufende Walzen einer Walzenmühle,

Fig. 3 eine Tellerwälzmühle mit konischen Wälzkörpern, Fig. 4 eine vergrösserte Darstellung des Spalts zwischen zwei Walzen einer Walzenmühle,

Fig. 5a und 5b Blockschemata einer Zementmahlanlage, Fig. 6 Strömungsverhältnisse zwischen sich einander nähernden Mahlkugeln éiner Kugelmühle bei der Nassdesag-glomeration und

Fig. 7 eine Stempelpresse, teilweise im Längsschnitt. Die Schwierigkeiten seien anhand der Fig. 1 dargestellt, die das Belastungsdiagramm der Beanspruchung einer Schüttung von 1-mm-Zementpartikeln zwischen zwei harten Mahlflächen zeigt. Auf die Abzisse ist der Pressweg s und auf der Ordinate die Pressung p aufgetragen. Bis zu einer Pressung von etwa 20 MPa (200 kg/cm2) steigt der Druck mit wachsendem Pressweg nur schwach an (Kurventeil A). Nach einem kurzen Übergangsbereich (Kurventeil B) wird die Kurve sehr steil und ein grosser Pressungszuwachs ist notwendig, um eine weitere Verdichtung zu erzwingen (Kur-

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venteil C). Erst nach dem Übergangsbereich beginnt das Brikettieren, der steile Kraftanstieg des Kurventeils C ist typisch dafür. In Zerkleinerungsmaschinen werden die Pressungen (Pressdrücke) bisher so gewählt, dass der Belastungsvorgang entsprechend Kurvenanteil A und in Ausnahmefallen bis in den Anfangsbereich des Kurventeils B hinein geschieht.

Das erfindungsgemässe Verfahren beruht jedoch darauf, eine Belastung anzuwenden, die dem Kurventeil C entspricht. Realisiert man dieses Verfahren z.B. in einer Zerkleinerungsmaschine, bei der die Mahlgutpartikeln in einer Schüttung zwischen zwei mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit gegensinnig laufenden zylindrischen Walzen mit einem Durchmesser von 100 cm beansprucht wird, s. Fig. 2, dann sind Anpresskräfte F von mehr als 200 000 kg/m Walzenlänge notwendig, um den erfindungsgemässen Beanspruchungszustand zu erreichen. Bei Walzenmühlen üblicher Bauart für die Grob- und Mittelzerkleinerung betragen die Anpresskräfte weniger als ein Zehntel dieses Wertes.

Zur Mittel- und Feinzerkleinerung spröder jedoch nicht zu harter Materialien (z.B. Kohle, Rohmaterial zur Zementherstellung) benutzt man häufig Wälzmühlen, bei denen ein Bett aus Mahlgutpartikeln zwischen kugel- und rollenför-migen Wälzkörpern und einer gewölbten oder ebenen Mahlbahn - realisiert z.B. in der Loesche-Mühle, s. Fig. 3 -mehrfach beansprucht wird. Wälzmühlen mit einem rollen-förmigen Wälzkörper, der auf einer ebenen Mahlscheibe abgewälzt wird und insbesondere eine Walzenmühle mit zwei gegenläufig angetriebenen, gegeneinander gepressten Walzen, lassen am besten die Gutbettzerkleinerung entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren zu. Bei allen bekannten Loesche-Mühlen wählt man Anpresskräfte von ca. 30 000 bis 70 000 kg/m Walzenlänge, also Werte, die wesentlich kleiner als die oben genannten 200 000 kg/m Walzenlänge sind.

Anpresskraft F, Walzendurchmesser D, Walzenlänge L und maximale Pressung pm, die im engsten Teil des Spaltes auf das Gutbett wirkt, s. Fig. 4, sind miteinander entsprechend der Formel

F/L D = k cc0 pm verknüpft, mit a0, Fig. 4, jenem Winkel, bei dem die Beanspruchung beginnt, und k einer vom Gutverhalten abhängigen Konstanten, deren Wert i.a. etwa 0,2 beträgt.

Das erfindungsgemässe Verfahren erfordert, dass die Pressung so gross gewählt wird, dass eine deutliche Agglomérat" oder Brikettbildung eintritt. Dazu muss i.a. pm auf über 50 MPa gesteigert werden. Die Walzenanpresskraft pro Meter Walzenlänge (F/L) ergibt sich dann nach obiger Gleichung proportional zum Walzendurchmesser D und dem festgelegten Winkel a0. Für den oben angegebenen Wert von F/L = 2Ô0 000 kg/m und für D = 100 cm, a0 = 0,1 (das entspricht ca. 6 Grad) und k = 0,2 wird die Pressung pm = 100 MPa.

Versuche haben gezeigt, dass das erfindungsgemässe Verfahren bedeutende Energieeinsparungen zulässt. Für die Erzeugung eines Normal-Portland-Zements PZ 275 benötigt man für die Zerkleinerung nur 10 bis 20 kWh/t anstelle 25 bis 35 kWh/t. Das neue Verfahren kann dabei auf einer in Fig. 5a dargestellten Anlage realisiert werden, die aus einer hier als Gutbett-Walzenmühle GWM genannten Mühle 16, z. B. einer Walzenmühle mit zwei gegenläufig angetriebenen zylindrischen Walzen, wie sie die Fig. 2 und 4 zeigen, oder einer anderen Wälzmühle, einer Kugelmühle KM 17 und einem Windsichter Kl 18 mit einer Trenngrenze x^ bei 60 (im besteht. Der Gutbett-Walzenmühle 16 führt man das vorzerkleinerte Gut, dessen Partikeln xa alle kleiner als 2,5 mm sind, mit einem Massenstrom (Aufgaberate) M und das rückgeführte Grobgut vom Windsichter Kl 18 mit einem Massenstrom Ms zu. Die Beanspruchung zwischen den Walzen, bewirkt die Zerkleinerung und Brikettierung. Es entstehen Presslinge in Form von Fladen, die in der nachgeschalteten Kugelmühle 17 desagglomeriert werden. Das Kugelmühlenprodukt enthält ca. 40% kleiner als 60 (im. Der Windsichter 18 scheidet den Hauptteil davon als Endprodukt ab; es verlässt den Mühlen-Klassier-Kreislauf mit dem Massenstrom M. Das rückgeführte Grobgut wird mit dem vorzerkleinerten Gut gemischt und wieder der Grubgut-Walzenmühle 16 zugeführt. Der gesamte Gutstrom durch die Mühle M* wird durch den Windsichter Kl 18 in zwei Fraktionen aufgeteilt, von denen die Anlage mit einer Produktionsrate von M = p'M* verlässt, während das Grobgut mit einem Gutstrom (l-p)M* zurückgeführt wird. Bei einer beispielsweisen Produktionsrate von NI = 100 t/h und einem Feingutanteil p' = 33%, hat der Grobgutstrom eine Grösse von M = 100 t/h und der durch die Mühlen und den Windsichter fliessende gesamte Gutstrom eine Grösse von M* = 300 t/h. Der Energiebedarf der Gutbett-Walzenmühle 16 beträgt 3,1 kWh/t und jener der Kugelmühle 17 1,4 kWh/t, die Summe von beiden ergibt 4,5 kWh/t. Die spezifische Zerkleinerungsarbeit der Anlage bezogen auf das Fertigprodukt berechnet sich zu ca. 13,6 kWh/t. Legt man ferner einen Anteil der Motor-, Getriebe- und Maschinenverluste von 20% Bruttoenergie zu Grunde, so folgt ein spezifischer Energieverbrauch von ca. 17 kWh/t.

Die Fig. 5b zeigt eine Anlage mit zwei Gutbett-Walzen-mühlen GWM1 19 und GWM2 20, einer Kugelmühle 21 und zwei Windsichtern Kl 1 22 und Kl 2 23. Die Aufteilung Gutbettbeanspruchung in zwei Stufen bringt einen verfahrenstechnischen Vorteil, der gegebenenfalls auch gesamtökonomisch günstig ist.

Die Feinstzerkleinerung von Kalkstein auf 100% kleiner als 10 |im erfordert nach dem neuen Verfahren eine Pressung von mindestens etwa 150 MPa und nur ca. 10 kWh/t. Für jede Zerkleinerungsaufgabe findet man optimale Betriebszu-stände. Die Zementzerkleinerung erfolgt in der Regel am wirtschaftlichsten bei Pressungen zwischen 100 MPa und 250 MPa.

Eine Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens sieht weiterhin vor, dass die aufgegebene Schüttung mit einer Flüssigkeit getränkt sein kann, wobei es sich um Wasser, wie z.B. bei der Aufbereitung von Erzen und Mineralien, oder auch um eine nichtwässrige Flüssigkeit, wie sie in der chemischen Industrie oder in der Lebensmittelindustrie bei Zer-kleinerungs- und Dispergierverfahren vorkommen, angewandt wird, handeln kann. Die Nasszerkleinerung in Mühlen mit losen Mahlkörpern (z.B. Kugelmühlen, Rührwerksmühlen) oder in Scheibenmühlen ist ein bekanntes Verfahren und findet bevorzugt dann Anwendung, wenn das Mahlgut nass vorliegt oder nass weiterverarbeitet wird und wenn es sich um eine Feinstzerkleinerung handelt, bei der Partikeln erzeugt werden sollen, die kleiner als einige Mikron sind. Die Flüssigkeit verhindert einerseits das Agglomerieren der Bruchstücke, erschwert anderseits die Beanspruchung der Partikeln, da diese im gewissen Masse der Flüssigkeit folgen, die beim Nähern der Mahlkörper aus der Beanspruchungszone herausströmt. In Fig. 6 ist dies für den Fall, dass die Mahlkörper Kugeln sind, schematisch dargestellt.

Wird das erfindungsgemässe Verfahren z.B. nass ausgeführt, tritt der oben dargestellte nachteilige Effekt nicht auf, die beanspruchten Partikeln können der ausfliessenden Strömung nicht folgen und der Beanspruchung nicht entkommen, da sie von den Kontaktkräften festgehalten werden. Die Zugabe einer Flüssigkeit zeitigt zwei Folgen:

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a) Die innere und äussere Reibung der Schüttung wird reduziert, wodurch bei gleichem Wert der Endpressung die Pressarbeit geringer ist. Der Zerkleinerungsgrad bleibt, wie Versuche überraschend ergaben, gleich oder vergrössert sich sogar. Zum Beispiel erfordert die Beanspruchung von Kalksteinpartikeln einer Körnung zwischen 100 (im und 160 |xm bei einem Pressdruck von 100 MPa trockener Schüttung 1,7 kWh/t und bei nasser Schüttung 1,4 kWh/t. Der Anteil an Teilchen unter 10 (am beträgt bei trockener Schüttung 20% und bei nasser Schüttung 30%.

b) Die Flüssigkeit reduziert die Festigkeit der Agglomerate oder Briketts, so dass deren Zerstörung weniger Energie erfordert.

Beim Nassverfahren kann die Desagglomeration durch zwei weitere Massnahmen erleichtert werden:

1. Die Flüssigkeit wird vor und während der Beanspruchung unter einen hydrostatischen Druck gesetzt, der am Ende des Beanspruchungszyklus möglichst schlagartig reduziert werden sollte. Der Druck bewirkt ein verstärktes Eindringen der Flüssigkeit in die Bruchspalte, so dass dort die Haftkräfte reduziert werden. Die schlagartige Druckentlastung verursacht eine Lockerung des Agglomerates infolge des dabei entstehenden Innendrucks, denn wegen der engen Kappilaren im Agglomerat reduziert sich der Druck in dessen Inneren wesentlich langsamer als aussen.

Fig. 7 zeigt das Schema einer möglichen Vorrichtung zur Verwirklichung der Zerkleinerungs- und Agglomerierstufe dieser Ausführung des Zerkleinerungsverfahrens mit schlagartiger Druckreduzierung am Ende der ersten Stufe. Die dargestellte Stempelpresse besitzt einen Druckraum 1, der gegenüber der äusseren Atmosphäre durch Wände 2 und 3, einen Balg 4, einen Presszylinder 5 und einen Unterstempel 6 abgeschlossen ist. Das Mahlgut samt Flüssigkeit wird über einen Einlauf 7 aufgegeben und gelangt über eine magnetisch betätigte Schleuse 8 und einen Kanal 9 in den Druckraum 1. Wenn ein Oberstempel 10 zurückgezogen wird, wird ein Pressraum 11 gefüllt. Der Unterstempel 6 wird derweilen gegen die Presszylinder 5 gepresst. Die Druckaufladung der Flüssigkeit erfolgt mit Druckluft über eine in den Druckraum 1 mündende Druckleitung 12 mit einem Magnetventil 13. Der Oberstempel 10 beansprucht die Schüttung, die verdrängte Flüssigkeit kann über axiale Um-fangsnuten 14 der Pressbüchse ausfliessen.

Nach Entlastung des Oberstempels 10 öffnet ein Magnet-s ventil 15 in einem Abzweig der Druckleitung 12 und reduziert schlagartig den Druck. Der Unterstempel 6 fahrt nach unten, der Oberstempel 10 drückt, falls notwendig, das Mahlgut aus der konisch geformten Pressbüchse 5. Der Unterstempel 6 wird dann wieder gegen die Pressbüchse 5 ge-lo presst und der Oberstempel 10 zurückgezogen, damit der Pressraum mit neuem Material gefüllt werden kann.

2. Die zweite Massnahme besteht darin, die Flüssigkeit zusätzlich mit einem gut löslichen Gas, z.B. C02, aufzuladen. Bei schlagartiger Druckreduzierung wird das Gas teil-15 weise freigesetzt und damit der Innendruck in den Bruchspalten erhöht.

Ein weiteres Hilfsmittel, die Desagglomeration zu erleichtern, ergibt sich durch die Zugabe agglomerationshem-mender Flüssigkeit wie z.B. Äthylenglykol. Da die Wirkung 20 davon abhängt, dass der Dampf vor der Agglomeration an die frisch entstandenen Bruchflächen kommt, ist bei dem Verfahren vorgesehen, den Gasdruck entweder zu erhöhen oder unterhalb des Dampfdruckes der agglomerationshem-menden Flüssigkeit zu erniedrigen. Im ersteren Fall strömt 25 das Gas schneller als bei Normaldruck in die Bruchspalte und führt den wirksamen Dampf mit sich, dessen Moleküle durch Diffusion an die Bruchflächen gelangen. Bei einem Gasdruck unter dem Dampfdruck der agglomerationshem-menden Flüssigkeit stören die Gasmoleküle den Transport 30 des Dampfes in weit geringerem Masse, so dass dessen Moleküle schneller an die Bruchfläche gelangen als bei normalem Gasdruck. Eine für diese Verfahrensvarianten mögliche Vorrichtung ähnelt jener in Fig. 7 dargestellten.

Zur Durchführung der ersten Stufe des erfindungsgemäs-35 sen Verfahrens und der angegebenen Ausgestaltungen eignen sich grundsätzlich bekannte Pressen, wie Walzenpressen, Schneckenpressen, Stempelpressen od.dgl., wobei diese jedoch den Erfordernissen des erfindungsgemässen Verfahrens anzupassen sind. Die Zerstörung der Agglomerate bzw. der 40 Briketts kann in üblichen Kugel- oder Prallmühlen erfolgen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

630539 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Fein- und Feinstzerkleinerung spröder Materialien, bei dem in einer ersten Stufe das Mahlgut in einer Schüttung durch Druckbeanspruchung gebrochen wird und agglomeriert und dann in einer zweiten Stufe die Agglomerate durch eine weitere mechanische Beanspruchung zerstört werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeanspruchung in der ersten Stufe durch einmalige Pressung zwischen zwei Flächen mit über 50 MPa Druck erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung von Mahlgutpartikeln in der ersten Stufe durch Pressung mit wenigstens 80 MPa einmal beansprucht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlgutpartikeln teilweise oder ganz mit einer Flüssigkeit getränkt in der ersten Stufe beansprucht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlgutpartikeln vor und/oder während der Beanspruchung in der ersten Stufe dem Dampf einer agglomera-tionshemmenden Flüssigkeit ausgesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beanspruchung in der ersten Stufe in einem Druckraum erfolgt und die Flüssigkeit bzw. der Dampf auf Überdruck vorgespannt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit zunächst mit einem löslichen Gas aufgeladen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck nach einer Beanspruchung schlagartig reduziert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beanspruchung in der ersten Stufe in einem Druckraum erfolgt, in dem der Gasdruck kleiner als der Umgebungsdruck oder kleiner als der Partialdruck des ag-glomerationshemmenden Dampfes ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beanspruchung in der ersten Stufe in einer Walzenmühle, insbesondere mit zylindrischen Walzen, erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beanspruchung in der ersten Stufe in einer Brikettierpresse, insbesondere Walzenbrikettierpresse, erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beanspruchung in der ersten Stufe in einer Stempelpresse erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere mechanische Beanspruchung als Prallbeanspruchung erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere mechanische Beanspruchung in einer Prallmühle erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere mechanische Beanspruchung als kombinierte Druck-Scher-Beanspruchung erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere mechanische Beanspruchung in einer Kugelmühle erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Agglomerate in einer Flüssigkeit getränkt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 1 zur Feinzerkleinerung von Zementrohmaterialien, Zementklinker, Erzen und Kohlen sowie Kalk, Bauxit, Dolomit und ähnlichen Erdalkalikarbonaten, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung von Mahlgutpartikeln in einer Wälzmühle mit einem sich auf einer Wälzbahn abwälzenden Wälzkörper oder in einer Walzenmühle mit zwei gegenläufig angetriebenen zylindrischen Walzen mit einer Pressung mit wenigstens 80 MPa, vorzugsweise mit wenigstens 100 MPa, einmal beansprucht wird und die dabei entstandenen Agglomerate in einer Kugelmühle oder Prallmühle zerstört werden.

18. Verfahren nach Anspruch 1 zur Feinstzerkleinerung von insbesondere Quarz, Kalkstein, Feldspat, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung von Mahlgutpartikeln in einer Wälzmühle mit einem sich auf einer Wälzbahn abwälzenden Wälzkörper oder in einer Walzenmühle mit zwei gegenläufig angetriebenen zylindrischen Walzen mit einer Pressung mit wenigstens 150 MPa einmal beansprucht wird und die dabei entstandenen Agglomerate in einer Kugelmühle oder Prallmühle zerstört werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeanspruchung in der ersten Stufe mit einer so hohen Pressung erfolgt, dass nach der Beanspruchung wenigstens 30%, vorzugsweise wenigstens 50%, der Bruchstücke die gewünschte Feinheit des Endprodukts aufweisen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das die zweite Stufe verlassende Gut in eine Feingutproduktfraktion und eine Grobgutfraktion getrennt werden und letztere dem Aufgabegut der ersten Stufe zugegeben wird.