DE102008047853A1

DE102008047853A1 - Verfahren zum Trennen von Werterzpartikeln aus Agglomeraten, die Werterzpartikel und an diese angelagerte magnetisierbare Parikel, insbesondere Fe3O4, enthalten

Info

Publication number: DE102008047853A1
Application number: DE102008047853A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dr. Danov
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: BASF SE; Siemens AG
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2010-04-22
Also published as: AU2009294834A1; US20110171113A1; CL2011000449A1; WO2010031619A1; PE20110785A1; US8640876B2; AU2009294834B2

Abstract

Verfahren zum Trennen von Werterzpartikeln aus Agglomeraten, die Werterzpartikel und an diese angelagerte magnetisierbare Partikel, insbesondere Fe3O4, enthalten, im Rahmen eines Verfahrens zum Gewinnen des Werterzes aus Roherz, innerhalb welcher Agglomerate das Werterzpartikel und die magnetisierbaren Partikel über organische Molekülketten verbunden sind, wobei die Agglomerate sowohl einen Eintrag mechanischer Energie zum Aufbrechen der Verbindungen über die Molekülketten sowie einen Eintrag thermischer Energie zum Zersetzen der Molekülketten erfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Werterzpartikeln, insbesondere Cu₂S aus Agglomeraten, die Werterzpartikel und an diese angelagerte magnetisierbare Partikel, insbesondere Fe₃O₄, enthalten, im Rahmen eines Verfahrens zur Gewinnung von Werterz aus Roherz, innerhalb welcher Agglomerate das Werterz und die magnetisierbaren Partikel über organische Molekülketten verbunden sind. Geeignete magnetisierbare Partikel werden nachfolgend exemplarisch und stellvertretend als „Fe₃O₄” bezeichnet, womit auch andere geeignete Verbindungen oder Legierungen gemeint sind. Geeignete Werterze werden im Folgenden exemplarisch und stellvertretend als Cu₂S benannt, womit auch andere Werterze gemeint sind.
Werterze wie z. B. Kupfersulfid (Cu₂S) werden im Wege des Erzabbaus gewonnen. Um das Kupfersulfid aus dem Erz zu trennen, wird das Erz zunächst fein gemahlen, bis es quasi pulverförmig vorliegt. Anschließend werden, um eine magnetische Abscheidung des Cu₂S zu ermöglichen, dem Erz Magnetit (Fe₃O₄) und andere chemische Zuschlagstoffe enthaltend Mittel, die eine Hydrophobierung des Cu₂S und des Fe₃O₄ erwirken, zugegeben. Diese Hydrophobierung entsteht infolge der in den Zuschlagstoffen enthaltenen längerkettigen organischen Molekülketten, die sich selektiv an dem Cu₂S bzw. dem Fe₃O₄ anlagern. Diese sind somit mit einer Wasser abweisenden Hülle umgeben. Über diese organischen Molekülketten kommt es nun zu einer organischen Bindung zwischen dem Cu₂S und dem Magnetit, sodass Cu₂S/Fe₃O₄-Agglomerate entstehen, die magnetisch sind (anders als das reine Cu₂S) und dadurch mittels Magneten aus dem Rest des feinen Pulvers, das im Wesentlichen Sand enthält, separiert werden können. Das heißt, dass diese Cu₂S/Fe₃O₄-Partikel als Ganzes dem Restmaterial entzogen werden können.
Da die Größe der Cu₂S- und der Fe₃O₄-Teilchen jedoch im μm Bereich liegen, neigen sie dazu, zu agglomerieren, das heißt, dass sich größere, clusterartige Agglomerate aus einem oder mehreren Cu₂S-Teilchen und einer Vielzahl von Fe₃O₄-Teilchen bilden, wobei die Cu₂S-Teilchen mit den Fe₃O₄-Teilchen über die organischen Molekülketten verbunden sind. Die Cu₂S-Teilchen sind innerhalb dieses Partikelagglomerats fast vollständig von Fe₃O₄-Teilchen umhüllt, die organischen Molekülketten sitzen zwischen den Fe₃O₄- und den Cu₂S-Teilchen. Um nun das reine Cu₂S abtrennen zu können, ist es erforderlich, diese organische Verbindung aufzutrennen und die Teilchen wieder zu vereinzeln, sodass das Fe₃O₄ wiederum magnetisch vom Cu₂S abgetrennt werden kann. Dies erfolgte bisher auf chemischem Weg, das heißt, dass versucht wird, durch einen geeigneten Chemismus die Molekülketten zu zersetzen. Infolge der nahezu vollständigen Umhüllung der Cu₂S-Teilchen mit Fe₃O₄-Teilchen besteht das Problem, dass die Mittel, die mit den organischen Molekülketten reagieren sollen, kaum in Kontakt zu diesen organischen Verbindungen treten können, weshalb die hierüber erreichbare Teilchentrennung nur relativ gering ist.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine bessere Trennung der infolge der Hydrophobierung verbundenen Werterzteilchen und magnetisierbaren Partikel ermöglicht.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Agglomerate gleichzeitig sowohl einen Eintrag mechanischer Energie zum Aufbrechen der Verbindungen über die Molekülketten sowie einen Eintrag thermischer Energie zum Zersetzen der Molekülketten erfahren.
Nach der erfolgten Hydrophobierung und dem Abtrennen der Agglomerate, also z. B. der Cu₂S/Fe₃O₄-Partikel, wird das Agglomeratmaterial üblicherweise getrocknet, sodass zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens quasi trockenes Pulver vorliegt. Zum Trennen der beiden Teilchenarten sind erfindungsgemäß ein mechanischer und ein thermischer Vorgang vorgesehen, dem die Teilchen gleichzeitig unterworfen werden. Hierzu werden die Agglomerate mechanisch behandelt, um durch Einwirken mechanischer Energie auf die über die Molekülketten verbundenen Teilchen bzw. die kompletten Agglomerate diese Kettenverbindungen mechanisch aufzubrechen. Gleichzeitig wird das Agglomerat- oder Pulvermaterial erwärmt, was dazu führt, dass die Molekülketten, soweit sie infolge der mechanischen Behandlung freiliegen, thermisch zersetzt oder zerstört werden, mithin also verbrannt werden und folglich nicht mehr zu einer Teilchenverbindung führen können. Am Ende dieses kombinierten mechanischen und thermischen Behandlungsprozesses liegen zu nahezu 100 molekülkettenfreies Werterz, also z. B. Cu₂S, und magnetisierbare Partikel, z. B. Fe₃O₄, vor. Beide Teilchen können über nachgeschaltete Verfahrenstechnik getrennt werden, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
Infolge des gleichzeitigen Eintrags mechanischer und thermischer Energie ist es vorteilhaft möglich, die einzelnen Agglomerate nahezu vollständig aufzubrechen und die die Agglomeratebildung bewirkenden Molekülketten thermisch zersetzen zu können, sodass am Ende des Prozesses z. B. „molekülkettenfreie” Cu₂S- und Fe₃O₄-Teilchen vorliegen, die ohne Weiteres separiert werden können. Die Temperatur, die zum thermischen Zersetzen, also zum Verbrennen der Molekülketten erforderlich ist, hängt vom verwendeten organischen Material, das zur Hydrophobierung im Rahmen der vorgeschalteten Materialbehandlung zugegeben wird, ab. Die Temperatur ist also je nach verwendeten Ausgangsmaterialien zu wählen, sie kann beispielsweise im Bereich von mehreren 100°C liegen, um eine vollständige Verbrennung sicherzustellen.
Um die Agglomerate mechanisch aufzubrechen, wird zweckmäßigerweise das Agglomeratmaterial gemahlen, wozu die Agglomerate im getrockneten Zustand zusammen mit Mahlelementen, insbesondere Mahlkugeln, in ein Mahlwerk, das zur parallelen Zu fuhr thermischer Energie erwärmbar ist, gegeben werden. Es kommt also ein erwärmbares Mahlwerk zum Einsatz, das die Möglichkeit bietet, die mechanische sowie die thermische Energie gleichzeitig zuführen zu können.
Wenngleich grundsätzlich die Möglichkeit besteht, ein diskontinuierlich arbeitendes Mahlwerk zu verwenden, das mit Agglomeraten nebst Mahlelementen gefüllt wird, wonach der Mahlvorgang erfolgt, nach dessen Beendigung das Mahlwerk entleert und erneut gefüllt wird, siehe eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, als Mahlwerk einen Drehrohrofen zu verwenden, der ein kontinuierliches Arbeiten ermöglicht. Der Drehrohrofen wird an einer Seite mit den Agglomeraten nebst Mahlelementen beschickt, diese „wandern” während des Mahlvorgangs durch den Drehrohrofen und verlassen diesen am anderen Ende. Das heißt, dass kontinuierlich zu bearbeitende Partikel nebst Mahlelementen am einen Ende aufgegeben und die bearbeiteten freien Stoffe nebst den Mahlelementen am anderen Ende wieder entnommen werden. Hierüber kann ein rationelles und wirtschaftliches weil kontinuierliches Arbeiten erreicht werden.
Dem Mahlwerk selbst ist eine Trenneinrichtung, insbesondere ein Sieb, zum Trennen der Mahlelemente von dem nunmehr freien Teilchen, z. B. Cu₂S und Fe₃O₄, nachgeschaltet. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Rüttelsieb handeln, auf das das den Drehrohrofen verlassende behandelte Material nebst Mahlkugeln fällt. Das feine Cu₂S und Fe₃O₄ fällt durch das Rüttelsieb, während die Mahlkugeln oberhalb des Rüttelsiebs verbleiben, von diesem gesammelt und wiederum dem Drehrohrofen nebst noch nicht behandelten Cu₂S/Fe₃O₄-Agglomeraten zugeführt werden.
Die getrennten Werterzpartikel und magnetisierbaren Partikel (Cu₂S- und Fe₃O₄-Teilchen) können nun mit einer beliebigen nachgeschalteten Verfahrenstechnik behandelt werden, um die Stoffe voneinander zu separieren. Zum Beispiel kann das die beiden Materialien enthaltende Pulver mit Hilfe eines Transportbandes in ein Magnetfeld geführt werden, über welches z. B. das ferromagnetische Fe₃O₄ vom Cu₂S abgetrennt wird. Denkbar wäre es aber auch, anstelle dieser „trockenen” Separation eine nasse Separation dadurch vorzunehmen, das Pulver im Wasser aufzulösen und durch einen rohrförmigen Reaktor mit magnetischer Separation zu führen. In jedem Fall kann hierüber z. B. das Fe₃O₄, also das Magnetit, zu mindestens 98% zurückgewonnen werden und als Zuschlagsstoff für das am Beginn des Verfahrens stehende gemahlene Erzpulver verwendet werden.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Diese umfasst ein erwärmbares Mahlwerk, in das Agglomerate, die aus Werterz und mit diesem über organische Molekülketten verbundenen magnetisierbaren Partikeln, insbesondere Fe₃O₄, bestehen, zusammen mit Mahlelementen aufgegeben werden, in dem die Agglomerate unter Eintrag mechanischer Energie durch die Mahlelemente aufgebrochen und durch Eintrag thermischer Energie in das Mahlgut im Mahlwerk die Molekülketten zersetzt werden, sowie eine dem Mahlwerk nachgeschaltete Einrichtung zum Trennen der Mahlelemente von den getrennten Werterzpartikeln und magnetisierbaren Partikeln.
Das Mahlwerk ist zweckmäßigerweise ein Drehrohrofen, der einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht. Die Trenneinrichtung, die dem Drehrohrofen nachgeschaltet ist, ist zweckmäßigerweise ein Sieb, bevorzugt ein Rüttelsieb. Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung des Weiteren eine der Trenneinrichtung nachgeschaltete magnetische Separationseinrichtung zum Abtrennen der magnetisierbaren Partikel von dem Cu₂S.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Cu₂S und Fe₃O₄ enthaltenen Agglomerats, die über organische Molekülketten gebunden sind, und
2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung ein Agglomerat 1, bestehend aus im gezeigten Beispiel vier Cu₂S-Teilchen 2 sowie einer Vielzahl von diese umgebenden ferromagnetischen Odixkomponenten, hier Fe₃O₄-Teilchen 3, die der Übersichtlichkeit halber hier wesentlich kleiner gezeichnet sind. Die Cu₂S-Teilchen 2 und die Fe₃O₄-Teilchen 3 sind untereinander über längerkettige organische Molekülketten 4 miteinander verbunden. Dieses organische Kettenmaterial wurde dem zu Beginn des Gewinnungsprozesses feingemahlenen, vorgereinigten Erz zusammen mit dem pulvrigen Fe₃O₄ zugegeben, um sowohl das im gemahlenen Erz enthaltene Cu₂S, das unmagnetisch ist, als auch das ferromagnetische Fe₃O₄ zu hydrophobieren und eine Anlagerung von Fe₃O₄-Teilchen 3 an den Cu₂S-Teilchen 2 zu ermöglichen, damit diese Agglomerate magnetisch aus dem sonstigen gemahlenen Erzmaterial abgetrennt werden können. Nun ist es erforderlich, diese Agglomerate wieder aufzubrechen und das Cu₂S vom Fe₃O₄, das für dieses vorgeschaltete Verfahren wieder verwendet werden soll, zu trennen. Dies geschieht dadurch, dass auf die in 1 gezeigten Agglomerate 1 gleichzeitig mechanisch und thermisch eingewirkt wird, zum einen durch Einbringen mechanischer Energie die Agglomerate aufzubrechen, also die Molekülketten 4 zu lösen oder aufzubrechen, und um andererseits durch Eintrag thermischer Energie, also durch starkes Erhitzen, die Molekülketten, die dann infolge des mechanischen Aufbruchs frei liegen, thermisch zu zersetzen, also zu verbrennen.
Hierzu werden, siehe 2, die in Pulverform vorliegenden Agglomerate 1 nach Trocknung zusammen mit Mahlelementen, hier in Form von Mahlkugeln 5, in ein Mahlwerk 6 hier in Form eines Drehrohrofens 7 gegeben. Der Drehrohrofen 7 rotiert kontinuierlich um seine Längsachse, wie durch den Pfeil P dargestellt ist. Im Inneren des Drehrohrofens 7 ist eine Heizeinrichtung 8 vorgesehen, die hier beispielsweise über Brenngas befeuert wird, das heißt, es ist möglich, das Innere der Drehrohrofens 7 stark zu erwärmen.
Im sich drehenden Drehrohrofen 7 mahlen nun die Mahlkugeln 5 die Agglomerate 1, brechen also den Kettenverbund durch Eintrag mechanischer Energie während der Zeit, in der sich Mahlkugeln 5 und die Partikel 1 im Drehrohrofen 7 befinden, auf. Infolge der starken Erwärmung durch die Heizeinrichtung 8 werden parallel dazu die freiliegenden Molekülketten 4 thermisch zersetzt, also verbrannt. Am gegenüberliegenden Ende des Drehrohrofens 7 verlassen nun die Mahlkugeln 5 und die nunmehr freiliegenden, getrennten Cu₂S-Teilchen 2 und die Fe₃O₄-Teilchen 3 den Ofen und fallen auf eine Trenneinrichtung 9, hier in Form eines Rüttelsiebs 10, auf dem die Mahlkugeln 5 liegen bleiben, während die Cu₂S-Teilchen 2 und die Fe₃O₄-Teilchen 3 durch das Rüttelsieb 10 fallen und über eine Transporteinrichtung 11, beispielsweise ein Transportband, abgefördert und in den Bereich einer nachgeschalteten magnetischen Separationseinrichtung 12 gebracht werden, wo sie mittels eines Magnets 13 voneinander getrennt werden. Am Magneten verbleiben die ferromagnetischen Fe₃O₄-Partikel 3, während davon getrennt die Cu₂S-Partikel 2 aufgefangen werden.
Ersichtlich lässt der Drehrohrofen 7 ein kontinuierliches Arbeiten zu, nachdem er kontinuierlich mit neuem zu bearbeitenden Partikelmaterial nebst Mahlkugeln beschickt werden kann, während am Ofenende kontinuierlich die nunmehr getrennten Teilchen nebst Mahlkugeln abgezogen und der Weiterverwendung zugeführt werden können.

Claims

Verfahren zum Trennen von Werterzpartikeln aus Agglomeraten, die Werterzpartikel und an diese angelagerte magnetisierbare Partikel, insbesondere Fe₃O₄, enthalten, im Rahmen eines Verfahrens zum Gewinnen des Werterzes aus Roherz, innerhalb welcher Agglomerate das Werterzpartikel und die magnetisierbaren Partikel über organische Molekülketten verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Agglomerate sowohl einen Eintrag mechanischer Energie zum Aufbrechen der Verbindungen über die Molekülketten sowie einen Eintrag thermischer Energie zum Zersetzen der Molekühlketten erfahren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Agglomerate im getrockneten Zustand zusammen mit Mahlelementen, insbesondere Mahlkugeln in ein Mahlwerk, das erwärmbar ist, gegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mahlwerk ein Drehrohrofen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer dem Mahlwerk nachgeschalteten Trenneinrichtung, insbesondere einem Sieb, die Mahlelemente von den Werterzpartikeln und den magnetisierbaren Partikeln getrennt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erwärmbares Mahlwerk (6) vorgesehen ist, in das die Agglomerate (1), die aus Werterzpartikeln, insbesondere Cu₂S (2), und mit diesen über organische Molekülketten (4) verbunden magnetisierbaren Partikeln, insbesondere Fe₃O₄ (3), bestehen, zusammen mit Mahlelementen (5) aufgegeben werden, in dem die Agglomerate (1) unter Eintrag mechanischer Energie durch die Mahlelemente (5) aufgebrochen und durch Eintrag thermischer Energie in das Mahlgut im Mahlwerk die Molekülketten (4) zer setzt werden, sowie eine dem Mahlwerk (6) nachgeschaltete Einrichtung (9) zu Trennen der Mahlelemente (5) von den getrennten Werterzpartikeln und magnetisierbaren Partikeln (2, 3).
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlwerk (6) ein Drehrohrofen (7) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (9) ein Sieb (10) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trenneinrichtung (9) eine magnetische Separationseinrichtung (12) zum Abtrennen der magnetisierbaren Partikel (3) von den Werterzpartikeln (2) nachgeschaltet ist.