DE102015108563B3

DE102015108563B3 - Setzmaschine zur nassmechanischen Trennung von Schüttgütern

Info

Publication number: DE102015108563B3
Application number: DE102015108563.1A
Authority: DE
Inventors: Walter Strangalies; Ulrich Palzer; Jens Biehl; Ralph Groha; Robert Strangalies
Original assignee: Ags Anlagen und Verfahren GmbH; IAB Institut fuer Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH
Current assignee: Ags Anlagen und Verfahren GmbH; IAB Institut fuer Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2035-05-30

Abstract

Setzmaschine (10) zur nassmechanischen Trennung von Schüttgütern, mit einem Setzkasten (20), der eine der Setzmaschine (10) Trenngut zuführende Aufnahme (22) und eine Leichtgut (LG) aus der Setzmaschine (10) abführende Austragsöffnung (24) aufweist, wobei der Setzkasten (20) einen den Setzkasten (10) in einen Trenngut tragenden oberen Bereich und einen fluidführenden unteren Bereich unterteilenden Setzbettboden (26) mit einer Mehrzahl von Öffnungen zur fluidalen Kommunikation zwischen dem unteren Bereich und dem oberen Bereich und eine im unteren Bereich angeordnete Einrichtung (30) zum Hervorrufen einer im Setzkasten (10) aufwärts gerichteten Flüssigkeitspulsation aufweist, gekennzeichnet durch eine vom unteren Bereich getrennt und durch diesen fluidführende, auf der Oberseite des Setzbettbodens (26) mündende Aufstromleitung (40), einen oberhalb des Setzbettbodens (26) angeordneten, sich von der Oberseite der Setzmaschine (10) in den Setzkasten (2) erstreckenden, die Mündung der Aufstromleitung (40) überdeckenden, nach unten offenen Hohlkörper (50), und eine im Hohlkörper (50) nach oben offen mündende, Schwergut (SG) aus der Setzmaschine (10) abführende Austragsleitung (60).

Description

Die Erfindung betrifft eine Setzmaschine zur nassmechanischen Trennung von Schüttgütern, mit einem Setzkasten, der eine der Setzmaschine Trenngut zuführende Aufnahme und eine Leichtgut aus der Setzmaschine abführende Austragsöffnung aufweist, wobei der Setzkasten einen den Setzkasten in einen Trenngut tragenden oberen Bereich und einen fluidführenden unteren Bereich unterteilenden Setzbettboden mit einer Mehrzahl von Öffnungen zur fluidalen Kommunikation zwischen dem unteren Bereich und dem oberen Bereich und eine im unteren Bereich angeordnete Einrichtung zum Hervorrufen einer im Setzkasten aufwärts gerichteten Flüssigkeitspulsation aufweist.
In der mechanischen Verfahrenstechnik, insbesondere in der Aufbereitungstechnik, stellt das „Sortieren“ eine der wichtigsten Grundoperationen dar. Technische Sortierprozesse werden in der Rohstoffwirtschaft zur Anreicherung bergbaulich gewonnener Produkte, in der Lebensmittelindustrie, bei der Verarbeitung landwirtschaftlicher Rohstoffe, im Baustoffrecycling und in der Umwelttechnik, z.B. bei der Bodensanierung, eingesetzt.
Maßstab für die Bewertung von Aufbereitungsanlagen ist neben der erreichbaren Qualität der Zielprodukte auch die optimierte Verfahrensgestaltung durch sinnvolle Komponentenauswahl für den Aufbereitungsprozess. So müssen Bestandteile im aufzuarbeitenden Schüttgut, welche die weitere Verwertung behindern, abgetrennt werden, wobei für eine solche Abtrennung oftmals nur die Dichtesortierung zum Erfolg führt.
Ein solches Dichtesortierungsverfahren ist beispielsweise das nassmechanische Sortieren von Stoffen nach ihrem spezifischen Gewicht, auch Nassnetzen genannt, das mithilfe von Setzmaschinen technisch realisiert wird.
Einsatzgebiete derartiger Setzmaschinen sind vorzugsweise in der Kohle-, Erz- und Kiesaufbereitung, in der Bodensanierung, der Schlackesortierung, der Goldgewinnung, in verschiedenen Bereichen des Recycling von Rest- und Abfallstoffen und in der Feinsteinkohleaufbereitung zu finden.
Setzmaschinen, die auf dem Prinzip der nassmechanischen Trennung beruhen, bestehen aus einem Setzfass mit einem geneigten als Rost oder Sieb ausgebildeten Setzgutträger, einer Einrichtung zur Flüssigkeitspulsation und einer Austrageinrichtung. Insbesondere erfolgt die Flüssigkeitspulsation herkömmlich durch mechanisch angetriebene Kolben oder Membran bzw. pneumatisch über Wasserverdrängung durch Gasdruck.
Beim Setzvorgang wird das Schüttgut infolge der periodischen Auf- und Abströmung des Fluids aufgelockert und sortiert, sodass sich die aufgelockerten Teilchen während der Auflockerungsphase relativ zueinander bewegen, und sich die Partikel mit geringerer Dichte über denen mit höherer Dichte anordnen können. Die sich so ausbildende Schichtenfolge kann dann mit Hilfe einer oberhalb des Setzgutträgers angeordneten Austragseinrichtung ausgetragen werden, wobei im Schwergut die Komponenten mit hoher Dichte und im Leichtgut die Komponenten mit geringer Dichte angereichert sind.
Das mit dem Setzprozess erreichbare Trennergebnis wird entscheidend durch die Einstellungen an der Setzmaschine beeinflusst. Deshalb ist es notwendig, Einstellungen der Hubhöhe, Hubfrequenz, Setzbetthöhe und des Unterwasserstroms in ihrem Zusammenwirken genau aufeinander abzustimmen.
Nachteilig an den bekannten Setzverfahren und Setzmaschinen ist es jedoch, dass bei Partikelgrößen von weniger als 2 mm eine Trennung der Partikel nicht oder nur schwer zu erreichen ist.
Wenngleich man diesem Mangel mithilfe von Aufkonzentrierung und Wiedervermischung entgegenzuwirken versucht, erfordert die gewünschte Produktreinheit ein mehrfaches Durchlaufen der Aufbereitungsanlage und ist damit sehr arbeits- und zeitaufwändig.
Letztendlich sind aber die bei gebräuchlichen Setzmaschinen verwendeten Trenn- und Austragsysteme für den Feinstkornbereich (Partikelgröße < 1mm) ungeeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Setzmaschine zur nassmechanischen Trennung von Schüttgütern zu entwickeln, die eine Trennung von Partikeln mit einer Partikelgröße von weniger als 2 mm, insbesondere von Partikeln mit einer Partikelgröße von weniger als 1 mm mit hoher Trennschärfe erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die Membransetzmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, eine Setzmaschine statt einer das Leichtgut vom Schwergut trennenden mechanischen Austragseinrichtung, mit einem hydrodynamischen Austrag auszustatten, der eine qualitativ hochwertige Trennung von Partikeln mit einer Partikelgröße von weniger als 2 mm, insbesondere von weniger als 1 mm ermöglicht.
Durch pulsierendes Aufstromwasser im Setzkasten der erfindungsgemäß ausgestalteten Setzmaschine wird ein feinkörniges Aufgabegut, bestehend aus einer Schwergutfraktion und einer Leichtgutfraktion, oberhalb des Setzbettbodens aufgelockert und nach der Dichte in Schwergut und in Leichtgut getrennt und durch Verdrängung durch das nachfolgende Material dem hydrodynamischen Austragssystem für das Schwergut zugeführt. Das Leichtgut schichtet sich dabei oberhalb des Schwerguts und wird an der als Überlaufkante ausgebildeten Austragsöffnung zusammen mit dem größten Teil des Aufstromwassers ausgetragen. Das Schwergut hingegen wird hydrodynamisch selbstregulierend abgezogen.
Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Setzmaschine zur nassmechanischen Trennung von Schüttgütern weist daher einen Setzkasten auf, der eine der Setzmaschine Trenngut zuführende Aufnahme und eine Leichtgut aus der Setzmaschine abführende Austragsöffnung aufweist, wobei der Setzkasten einen den Setzkasten in einen Trenngut tragenden oberen Bereich und einen fluidführenden unteren Bereich unterteilenden Setzbettboden mit einer Mehrzahl von Öffnungen zur fluidalen Kommunikation zwischen dem unteren Bereich und dem oberen Bereich und eine im unteren Bereich angeordnete Einrichtung zum Hervorrufen einer im Setzkasten aufwärts gerichteten Flüssigkeitspulsation aufweist, wobei zusätzlich eine vom unteren Bereich getrennt und durch diesen fluidführende, auf der Oberseite des Setzbettbodens mündende Aufstromleitung, einen oberhalb des Setzbettbodens angeordneten, sich von der Oberseite der Setzmaschine in den Setzkasten erstreckenden, die Mündung der Aufstromleitung überdeckenden, nach unten offenen Hohlkörper, und eine im Hohlkörper nach oben offen mündende, Schwergut aus der Setzmaschine abführende Austragsleitung vorgesehen sind.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Hohlkörper in seinem Abstand zum Setzbettboden verstellbar angeordnet.
Die Austragsleitung ist bevorzugt durch die Aufstromleitung geführt, wobei die Austragsleitung besonders bevorzugt konzentrisch mit der Aufstromleitung angeordnet ist.
Weiter ist die Mündung der Austragsleitung bevorzugt höhenverstellbar eingerichtet.
Die Öffnung des Hohlkörpers weist bevorzugt eine größere Fläche als die Mündung der Aufstromleitung auf.
Insbesondere ist nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in der Aufstromleitung ein eine Mehrzahl von Düsen aufweisender Einsatz vorgesehen, wobei der Düsen aufweisende Einsatz in der Aufstromleitung speziell unterhalb des Niveaus des Setzbettbodens angeordnet ist.
Der Hohlkörper ist bevorzugt als Zylinder ausgebildet.
Die Leichtgut aus der Setzmaschine abführende Austragsöffnung ist speziell als ein Schwergut zurückhaltender Überlauf ausgebildet, wobei insbesondere die Unterkante des Hohlkörpers unterhalb der Oberkante des Überlaufs angeordnet ist.
Das Setzverfahren wird mit der erfindungsgemäßen Setzmaschine wie folgt durchgeführt:
Da die Setzmaschine bevorzugt einen höhenverstellbaren Hohlkörper, eine bevorzugt fluchtend mit dem Setzboden mündende Aufstromleitung und eine in Bezug auf deren Mündung ebenfalls höhenverstellbare Austragsleitung aufweist, kann die Aufstromwassermenge innerhalb des Hohlkörpers definiert eingestellt werden, sodass sich je nach Anforderung an das Trennergebnis die gewünschten hydrostatischen Verhältnisse für einen kontinuierlichen und selbstregulierenden Schwergutaustrag einstellen.
Die einstellbare Aufstromwassermenge innerhalb des Hohlkörpers sorgt nämlich für ein Gefälle der spezifischen Trübdichte des mit aufgelockertem Setzgut angereicherten Prozesswaser, das von außen nach innen gerichtet ist, sodass ein Einströmen der unteren Setzgutschichten und somit nur der schweren Bestandteile des Setzgutes in den Innenraum des Hohlkörpers ermöglicht wird. Damit das Einströmen kontrolliert erfolgt, ist erfindungsgemäß eine geeignete Höhenverstellung des Hohlkörpers zur Einstellung eines definierten Spalts zwischen Unterkante des Hohlkörpers und Setzbettboden vorgesehen.
Innerhalb und außerhalb des Hohlkörpers stellen sich anfangs unterschiedliche hydrostatische Flüssigkeitsdrücke ein, die sich je nach Schichthöhe der Schwergutschicht durch das Einfließen von außen nach innen ausgleichen.
Es handelt sich dabei um ein hydrodynamisches Gleichgewicht zwischen von außen einströmendem Schwergut, von innen nach außen strömendem Aufstromwasser und statischem Flüssigkeitsdruck innerhalb und außerhalb des Hohlkörpers.
Ist das Gleichgewicht erreicht, wird bei kleiner werdender Schichthöhe des Schwergutes das Einfließen von außen nach innen und somit der Schwerguttransport zum Schwergutaustrag selbsttätig gestoppt, sobald der hydrodynamische Druck im Innern des Hohlkörpers gleich dem kleiner gewordenen statischen Setzgutdruck von außen ist.
Damit wird sichergestellt, dass trotz schwankenden Schwergutgehaltes oder in der Menge wechselnder Materialaufgabe immer nur reines Schwergut am Schwergutaustrag ohne Vermischung mit Leichtgut ausgetragen wird.
Unter dem Hohlkörper befindet sich die Aufstromleitung, welche mit dem Setzbettboden bevorzugt fest verbunden ist.
Diese Aufstromleitung hat die Aufgabe, bevorzugt durch einen integrierten Düsenboden, gezielt Aufstromwasser in vordefinierte Menge in den Setzbereich innerhalb des Hohlkörpergrundrisses zu führen.
In einem definierten Abstand von den Außenkanten des Hohlkörpers ist die Austragsleitung für das Schwergut bevorzugt innerhalb der Aufstromleitung angeordnet. Die Geometrie der Austragsleitung und die Geometrie der Aufstromleitung sind so aufeinander abgestimmt, dass sich je nach spezifisch eingestellter Aufstromwassermenge ein bestimmtes Flüssigkeitsniveau innerhalb des Hohlkörpers einstellt. Der dabei entstehende Flüssigkeitsspiegel ist innerhalb des Hohlkörpers höher als außerhalb des Hohlkörpers. Durch die Gesamthöhe des Wasserstands und die mit dem Aufstromwasser eingestellte Trübedichte in dem vom Hohlkörper umschlossenen Raum ergibt sich ein Druckausgleich am Spalt zwischen Hohlkörper und Setzbettboden, der die Materialhöhe auf dem Setzbettboden reguliert.
Die Gesamthöhe des Wasserstands im Hohlkörper erzeugt also einen Vordruck und damit verbunden einen Volumenstrom, der das Wasser-Feststoffgemisch durch die Austragsleitung ausfließen lässt.
Setzhub und Hubfrequenz der Setzmaschine sowie der Setzbettboden selbst sind fachmännisch an die physikalischen Forderungen der Feinstkornsortierung anzupassen.
Die Erfindung wird anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels einer Setzmaschine nach der Erfindung; und
2 eine Detailansicht der hydrodynamischen Austragseinrichtung der Setzmaschine aus 1.
1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein besonders bevorzugt ausgestaltetes Ausführungsbeispiel einer Setzmaschine nach der Erfindung. Die Setzmaschine 10 weist einen Setzkasten 20 auf, der eine der Setzmaschine 10 Trenngut zuführende Aufnahme 22 und eine Leichtgut LG aus der Setzmaschine 10 abführende Austragsöffnung 24 aufweist. Der Setzkasten 20 ist durch einen Setzbettboden 26 in einen Trenngut tragenden oberen Bereich und einen fluidführenden unteren Bereich unterteilt. Der Setzbettboden 26 weist – wie bekannt – eine Mehrzahl von Öffnungen auf, die eine Kommunikation des Fluids vom unteren Bereich in den oberen Bereich ermöglichen. Des Weiteren ist im unteren Bereich eine Einrichtung 30 zum Hervorrufen einer im Setzkasten 10 aufwärts gerichteten Flüssigkeitspulsation vorgesehen.
Der untere Bereich wird von einer Aufstromleitung 40 durchzogen, die mit dem unteren Bereich nicht in fluidaler Verbindung steht und auf der Oberseite des Setzbettbodens 26 mündet. Bevorzugt ist die Mündung der Aufstromleitung 40 mit der Oberfläche des Setzbettbodens 26 fluchtend angeordnet.
Oberhalb des Setzbettbodens 26 ist ein sich von der Oberseite der Setzmaschine 10 in den Setzkasten 20 erstreckender, die Mündung der Aufstromleitung 40 überdeckender, nach unten in Richtung der Mündung der Aufstromleitung 40 offener Hohlkörper 50 vorgesehen, der bevorzugt als Zylinder ausgebildet ist.
Im Hohlkörper 50 wiederum mündet eine nach oben offene, Schwergut SG aus der Setzmaschine 10 abführende Austragsleitung 60, die bevorzugt im Mittelpunkt des Hohlkörpers 50 angeordnet ist.
Zur Einstellung der voneinander zu trennenden Korngrößen des Schüttgutgemisches ist der Hohlkörper 50 in seinem Abstand zum Setzbettboden 26 verstellbar, beispielsweise verschiebbar angeordnet. Dieses kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass sich der Hohlkörper 50 an einer Struktur des Setzkastens 20 abstützt. Diese Anordnung dient dazu, das hydrostatische Druckgefälle zwischen Innen- und Außenbereich des Hohlkörpers 50 einzustellen.
Eine besonders kompakte und hydrodynamisch vorteilhafte Ausgestaltung wird dadurch erreicht, dass die Austragsleitung 60 durch die Aufstromleitung 40, insbesondere konzentrisch geführt ist.
Dabei ist die Austragsleitung so angeordnet, dass auch die Mündung der Austragsleitung 60 zumindest innerhalb des vom Hohlkörper 50 umgebenen Raums höhenverstellbar eingerichtet ist.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, weist die Öffnung des Hohlkörpers 50 eine größere Fläche als die Mündung der Aufstromleitung 40 auf, wobei die Mündung der Aufstromleitung 40 innerhalb der vom Hohlkörper 50 überdeckten Fläche liegt.
Zur Einstellung eines bestimmten Fluiddrucks im Hohlkörper besitzt die Aufstromleitung 40 einen Düsen aufweisenden Einsatz 42. Hiermit wird gleichmäßig Wasser zugeführt, damit die Trübedichte eines von außen zufließenden Wasser-Feststoff-Gemischs auf einen bestimmten Wert geregelt werden kann. Innerhalb des Hohlkörpers 50 entsteht dadurch ein Vordruck, der durch den damit verbundenen Volumenstrom das Wasser-Schwergut-Gemisch durch die Austragsleitung 60 als sortiertes Produkt ausfließen lässt.
Die Leichtgut LG aus der Setzmaschine 10 abführende Austragsöffnung 24 ist als ein Schwergut SG zurückhaltender Überlauf 24 – auch als Leichtgutwehr bezeichnet – ausgebildet. Die Unterkante des Hohlkörpers 50 ist dabei unterhalb der Oberkante des Leichtgutwehrs angeordnet.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, eine Sortierung von Schüttgütern mit nur geringen Dichteunterschieden einstufig in eine Leichtgut- und eine Schwergutfraktion zu trennen. Dabei können Schwergutanteile mit hohem Reinheitsgrad und größtmöglicher Mengenausbeute bereits in einem Prozessdurchgang ausgetragen werden.

Claims

Setzmaschine (10) zur nassmechanischen Trennung von Schüttgütern, mit einem Setzkasten (20), der eine der Setzmaschine (10) Trenngut zuführende Aufnahme (22) und eine Leichtgut (LG) aus der Setzmaschine (10) abführende Austragsöffnung (24) aufweist, wobei der Setzkasten (20) einen den Setzkasten (10) in einen Trenngut tragenden oberen Bereich und einen fluidführenden unteren Bereich unterteilenden Setzbettboden (26) mit einer Mehrzahl von Öffnungen zur fluidalen Kommunikation zwischen dem unteren Bereich und dem oberen Bereich und eine im unteren Bereich angeordnete Einrichtung (30) zum Hervorrufen einer im Setzkasten (10) aufwärts gerichteten Flüssigkeitspulsation aufweist, gekennzeichnet durch eine vom unteren Bereich getrennt und durch diesen fluidführende, auf der Oberseite des Setzbettbodens (26) mündende Aufstromleitung (40), einen oberhalb des Setzbettbodens (26) angeordneten, sich von der Oberseite der Setzmaschine (10) in den Setzkasten (20) erstreckenden, die Mündung der Aufstromleitung (40) überdeckenden, nach unten offenen Hohlkörper (50), und eine im Hohlkörper (50) nach oben offen mündende, Schwergut (SG) aus der Setzmaschine (10) abführende Austragsleitung (60).
Setzmaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (50) in seinem Abstand zum Setzbettboden (26) verstellbar angeordnet ist.
Setzmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsleitung (60) durch die Aufstromleitung (40) geführt ist.
Setzmaschine (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsleitung (60) durch die Aufstromleitung (40) konzentrisch geführt ist.
Setzmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung der Austragsleitung (60) höhenverstellbar eingerichtet ist.
Setzmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung des Hohlkörpers (50) eine größere Fläche als die Mündung der Aufstromleitung (40) aufweist.
Setzmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufstromleitung (40) einen Düsen aufweisenden Einsatz (42) aufweist.
Setzmaschine (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsen aufweisende Einsatz (42) in der Aufstromleitung (40) unterhalb des Setzbettbodens (26) angeordnet ist.
Setzmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (50) als Zylinder ausgebildet ist.
Setzmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtgut (LG) aus der Setzmaschine (10) abführende Austragsöffnung (24) als ein Schwergut (SG) zurückhaltender Überlauf (24) ausgebildet ist.
Setzmaschine (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkante des Hohlkörpers (50) unterhalb der Oberkante des Überlaufs (24) angeordnet ist.