DE102017218206A1

DE102017218206A1 - Verfahren zur triboelektrischen Aufladung von chemisch konditionierten Salzgemengen

Info

Publication number: DE102017218206A1
Application number: DE102017218206.7A
Authority: DE
Inventors: Roland Scharfenberg; Heiko Nuhn; Uwe Wachsmuth; Ludger Waldmann
Original assignee: K S AG; K+S AG
Current assignee: K S AG; K+S AG
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2019-04-18
Also published as: CA3077261A1; US20200261872A1; WO2019072331A1

Abstract

Verfahren zur triboelektrischen Aufladung von chemisch konditionierten Salzgemengen durch mechanisches Bewegen der Salzgemenge, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Bewegen des Salzgemenges in einem Behältnis durch mindestens einen Vertikalmischer erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur triboelektrischen Aufladung von chemisch konditionierten Salzgemengen, ein Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Salzgemengen, insbesondere Kalirohsalzen und die Verwendung von Vertikalmischern in diesen Verfahren, sowie eine Vorrichtung zur triboelektrischen Aufladung von chemisch konditionierten Salzgemengen.
Die Auftrennung von Rohsalzen aus Kalilagerstätten ist bekannt. Beispielsweise beschreibt G. Fricke, Kali und Steinsalz, Heft 9/1986, Seite 287 bis 295, ein Aufreinigen des Minerals Kieserit aus Rohsalzen mit Hilfe des trockenen elektrostatischen Trennverfahrens. Dazu wird Rohsalz vermahlen, auf eine vorgegebene Korngröße klassiert, mit einer geringen Menge Konditionierungsmittel, bei dem es sich meist um eine organische Verbindung handelt, versehen und mit Luft bestimmter Temperatur und Feuchte verwirbelt und triboelektrisch aufgeladen. Das Gemenge wird im elektrostatischen Feld in eine Wertstoff- und Rückstandsfraktion, zum Beispiel in eine Kieseritrohfraktion und eine Kalirohfraktion, getrennt.
Wie in der EP-A-0231441 , DE 26 43 002 C2 , EP-B-1 884 287 in Absatz [0014] und DE 39 21 073 C2 beschrieben, kann die Kontaktierung des zu trennenden Kalirohsalzes nach bekannter Verfahrensweise in einem Fließbett erfolgen, in dem das Salzgemisch triboelektrisch aufgeladen wird. Die Trennung des Kalirohsalzes, zum Beispiel in eine Kieseritrohfraktion und eine Kalirohfraktion, wird typischerweise in einem elektrostatischen Scheider, vorzugsweise in einem Freifallscheider durchgeführt.
Für die triboelektrische Aufladung eines spezifisch chemisch konditionierten Salzgemenges muss das Salzgemenge kontaktiert werden, um es anschließend in einem elektrischen Feld in seine Komponenten auftrennen zu können.
Generell kommen unterschiedliche Aufladungsmechanismen in Betracht. Es wird zwischen Korn-Korn- und Korn-Wand-Kontakten unterschieden. Über das Phänomen der triboelektrischen Aufladung existieren theoretische Modelle. Im Modell von Ernst streben verschiedene Materialien einen thermodynamischen Gleichgewichtszustand an, wodurch ein Elektronenübergang an den Grenzflächen bewirkt wird. Adsorbierte Wassermoleküle und Gitterdefekte an den Oberflächen sind nach Ernst Ursache für relevante Oberflächenzustände. Die chemische Konditionierung unter Ausbildung wirksamer Konditionierungsmittel-Wasser-Adsorbat-Komplexe erzeugt substratspezifische Energiezustände.
Im Modell von Pfnür werden die Annahmen von Ernst aufgegriffen und durch das Energiebändermodell der Quantenmechanik erweitert. Bei Pfnür treten an reinen Oberflächen adsorbierte Konditionierungsmittelorbitale in Wechselwirkung mit dem Kristallgitter. Durch die chemische Konditionierung entstehen nach Pfnür neue Energieniveaus zwischen dem Valenz- und Leitungsband, wodurch die effektive Bandlücke minimiert wird. Elektronen wechseln bei Anregung durch diese neuen Energieniveaus von der einen auf die andere Mineralphase.
Bislang ist aus dem Stand der Technik unter anderem die Verwendung von statischen Mischern aus Kupfer für die triboelektrische Aufladung im Stoffsystem Kohle, Quarz und Pyrit (s. Hangsubcharoen, M., A Study of Triboelectrification Mechanisms for Coal, Quartz and Pyrite, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia, Dissertation 1999), Rotoren in Kammern (s. US8338734B2 ) sowie Rührorganen in Behältern und Horizontalmischern zur triboelektrischen Aufladung von Kunststoffteilchen bekannt. Hinsichtlich der beiden letzteren Verwendungen kann beispielsweise auf DE-B4-101 40 241 und JP-A-2000061356 verwiesen werden. Einen Hinweis auf die triboelektrische Aufladung von chemisch konditionierten Salzgemengen, vorzugsweise im Staubkornbereich, ist diesen Schriften nicht zu entnehmen.
Für die triboelektrische Aufladung von chemisch konditionierten Salzpartikeln im Korngrößenbereich von 0,1 bis etwa 3 mm eignen sich vorrangig Fließbett-Apparate, wie sie z. B. in EP-A-0231441 beschrieben sind, die eine kontaktierende Wirbelschicht der Salzpartikel ausüben, in denen vorrangig Korn-Korn-Kontakte überwiegen. Fließbetten haben sich in großtechnischen kontinuierlichen Verfahren als Kontaktiereinheit bewährt, da sie über die Kontaktierung hinaus weitere wichtige Funktionen gleichzeitig erfüllen. So können eventuell vorkommende unerwünschte Feinstpartikel (Korngröße < 0,1 mm), die sich im elektrischen Feld eines Röhrenfreifallscheiders nur schwer in seine Bestandteile trennen lassen, vor der Trennung im elektrischen Feld mit Hilfe von vorgeschalteten Fließbetten absaugend entfernt werden. Des Weiteren lässt sich mit Hilfe von Fließbetten die für die elektrostatische Trennung von Salzgemengen wichtige Salztemperatur bzw. die damit verbundene relative Luftfeuchte über die Erwärmung der Zuluft einstellen.
In der Patentschrift DE 26 14 146 C2 wird ausführlich auf die Nachteile der Nutzung eine Fließbettes eingegangen und eine Lösung durch die Verwendung von Rieselapparaten vorgeschlagen.
Soll aber ein überwiegend oder ausschließlich staubförmiges, chemisch konditioniertes Salzgemenge im Korngrößenbereich von maximal 0,1 mm für eine anschließende Trennung im elektrischen Feld triboelektrisch aufgeladen werden, ist der Einsatz eines Fließbettes als Kontaktiereinheit umso problematischer, da unter Umständen ein großer Anteil des Salzstaubes über die Abluft ausgetragen und nicht wie gewünscht weiter in das elektrische Feld einer Trennapparatur befördert wird. Dies würde zu hohen Kreislaufmengen führen, was die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens senkt. Durch die Notwendigkeit von Entstaubungsanlagen beanspruchen Fließbett-Apparaturen zudem viel Raum, wodurch die fixen und variablen Kosten für den Einsatz eines Fließbettes hoch sein können.
Für überwiegend oder ausschließlich staubförmiges, chemisch konditioniertes Salzgemenge im Korngrößenbereich von maximal 0,1 mm sind die in der Patentschrift DE 26 14 146 C2 genannten Rieselapparaturen nicht verwendbar, da das Material so fein ist, das ein Rieseln nicht im ausreichendem Maße gewährleistet werden kann. Es kommt hierbei zu starken Anbackungen und einer starken Aerosolbildung, so dass ein kontrollierter Stoffstrom nicht realisierbar ist.
Für diese Fragestellung hat beispielsweise Oberrauner („Nutzung der Elektroscheidung zur trockenen Aufbereitung von fein- und feinstdispersen Körnerschwärmen“ in Aufbereitung in Österreich III, Dekadenbericht 2005 bis 2015, Seite 83 bis 85) eine spezielle trommelförmige Rotor-Stator-Aufladeeinheit beschrieben, die an eine pneumatische Fördereinheit angeschlossen ist. Nachteile hierbei sind allerdings der geringe Durchsatz und die sehr lange Verweilzeit von 6 Stunden, die für eine triboelektrische Aufladung notwendig ist.
Einen guten und aktuellen Überblick über die verschiedenen gebräuchlichen Auflade- und Trennapparate samt ausführlichem Literatur- und Patentverzeichnis gibt der Artikel „Electrostatic Separation“ in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (Online ISBN: 9783527306732). Viele der zitierten Patente und der Literatur offenbaren nicht im Detail, wie die triboelektrische Aufladung gelingt, sondern erläutern wie folgt: „durch lebhafte Bewegung triboelektrisch aufgeladen“ oder „durch Mischen“, ohne den Mischvorgang genauer zu beschreiben, obwohl dem Experten bekannt ist, dass auch die Art und Weise des Kontaktierens zur triboelektrischen Aufladung sowie die äußeren Bedingungen wie Temperatur und relative Feuchte einen Einfluss auf die Güte des Aufladevorgangs haben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur triboelektrischen Aufladung von chemisch konditionierten Salzgemengen durch mechanisches Bewegen der Salzgemenge, das es ermöglicht, auch Salzgemenge in einem Korngrößenbereich von maximal 0,25 mm, insbesondere von maximal 0,1 mm aufzuladen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur triboelektrischen Aufladung von chemisch konditionierten Salzgemengen durch mechanisches Bewegen der Salzgemenge, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Bewegen des Salzgemenges in einem Behältnis durch mindestens einen Vertikalmischer erfolgt.
Die Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Salzgemengen, insbesondere Kalirohsalzen, durch Kontaktieren des Salzgemenges mit einem chemischen Konditionierungsmittel, nachfolgende triboelektrische Aufladung des chemisch konditionierten Salzgemenges durch ein Verfahren, wie es vorstehend beschrieben ist, und nachfolgende elektrostatische Trennung des triboelektrisch aufgeladenen Salzgemenges.
Die Aufgabe wird zudem gelöst durch Verwendung von Vertikalmischern, wie sie vorstehend beschrieben sind, zur triboelektrischen Aufladung von Salzgemengen, insbesondere Kalirohsalzen.
Die Aufgabe wird zudem gelöst durch eine Vorrichtung zur triboelektrischen Aufladung von chemisch konditionierten Salzgemengen durch mechanisches Bewegen der Salzgemenge, die ein Behältnis mit mindestens einem darin angeordneten Vertikalmischer und vorzugsweise zusätzlich eine Vorrichtung zur Fluidisierung des Salzgemenges und/oder eine Vorrichtung zum Heizen des Salzgemenges im oder am Behältnis aufweist, wie sie vorstehend beschrieben sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft anstelle des beschriebenen nachteiligen Fließbettes die Verwendung eines Vertikalmischers als Kontaktiereinheit zur triboelektrischen Aufladung von insbesondere staubförmigen, chemisch konditionierten Salzgemengen für die anschließende Aufspaltung in ihre Komponenten im elektrischen Feld in einer geeigneten Trennapparatur.
Dem Fachmann bekannte Vertikalmischer werden zum Mischen und Homogenisieren von Schüttgütern in Silos eingesetzt. Der durch den Vertikalmischer hervorgerufene Mischvorgang im Salzbett des Silos wird erfindungsgemäß für die triboelektrische Aufladung des insbesondere staubförmigen, chemisch konditionierten Salzgemenges ausgenutzt.
Im Unterschied hierzu war es mit horizontal angeordneten Schnecken und sogenannten Einwellen-Durchlaufmischern nicht möglich, eine ausreichende triboelektrische Aufladung des insbesondere staubförmigen, chemisch konditionierten Salzgemenges zu erhalten (siehe nachfolgende Vergleichsbeispiele 4 und 5).
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur triboelektrischen Aufladung jeglicher chemisch konditionierter Salzgemenge einsetzbar. Dabei weisen die Salzgemenge typischerweise einen Teilchendurchmesser von maximal 1 mm auf. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur triboelektrischen Aufladung von insbesondere chemisch konditionierten Salzgemengen eingesetzt, die einen Teilchendurchmesser von vorzugsweise maximal 0,5 mm, besonders bevorzugt von maximal 0,25 mm, insbesondere von maximal 0,1 mm aufweisen.
Insbesondere bei einem maximalen Teilchendurchmesser von 0,1 mm kann man auch von einem staubförmigen Salzgemenge sprechen. Die Teilchengröße kann dabei durch Laserdiffraktometrie oder eine optische Analyse der Teilchen, beispielsweise durch einen Camsizer erfolgen, der mittels digitaler Kameras Aufnahmen des Salzgemenges erstellt und diese in Bezug auf die Teilchendurchmesser auswertet. Es ist auch möglich, das Salzgemenge zu sieben oder zu klassieren, wobei die entsprechende Siebfraktion die maximale Teilchengröße angibt.
Insbesondere für staubförmige, chemisch konditionierte Salzgemenge fehlte bislang ein Verfahren zur triboelektrischen Aufladung. Durch das erfindungsgemäße Bewegen des Salzgemenges in einem Behältnis durch mindestens einen Vertikalmischer wird diese triboelektrische Aufladung erreicht, ohne dass die geringe Teilchengröße im Salzgemenge zu Problemen führt.
Der erfindungsgemäß eingesetzte mindestens eine Vertikalmischer erzeugt einen vertikal ausgerichteten Massenstrom des Salzgemenges und transportiert damit das Salzgemenge in einem Behältnis in vertikaler Richtung. Ein Vertikalmischer kombiniert damit eine Vermischung mit einem vertikal ausgerichteten Massenstrom des Salzgemenges.
Da das Salzgemenge aus dem Vertikalmischer an einer anderen Stelle austritt als es in ihn gelangt ist, wird so ein Vermischen des Salzgemenges und eine damit verbundene triboelektrische Aufladung erreicht. Im Vergleich zu Horizontalmischern, Schnecken und ähnlichen Vorrichtungen, wird das Salzgemenge im Vertikalmischer nicht nur gerichtet in Richtung Auslauf gefördert, sondern das vertikal angeordnete Förderorgan fördert es gegen die Auslaufrichtung, so dass eine Art kreisförmiger Materialfluss entsteht und damit eine Reibung der Salzkörner untereinander gewährleitstet ist, die die triboelektrische Aufladung begünstigt.
Die Auslaufrichtung bezeichnet die Richtung, die sich von Eintragsstelle des Salzgemisches zur Auslaufstelle im Behältnis ergibt.
Vorzugsweise weist der Vertikalmischer eine vertikal angeordnete Mischschnecke auf, die das Salzgemenge vom Boden des Behältnisses vertikal nach oben fördert. Der Begriff „vom Boden des Behältnisses“ meint den Bereich oberhalb des Behälterbodens (Auslauf), aus dem das Salzgemenge entnommen wird. Es ist für den Fachmann klar, dass für eine besonders gute Durchmischung das Salzgemenge möglichst nah am Boden des Behältnisses aufgenommen und vertikal nach oben gefördert werden sollte. Aber auch ein Beginn der vertikal angeordneten Mischschnecke in einem Abstand über dem Boden des Behältnisses ist erfindungsgemäß möglich.
Die Entnahme oder das Ausschleusen des Salzgemisches aus dem Behältnis erfolgt vorzugsweise am (unteren) Boden des Behältnisses.
Das Eintragen oder Zuführen des Salzgemisches in das Behältnis erfolgt vorzugsweise am Kopf des Behältnisses bzw. am Behälterdeckel, der dem Boden des Behältnisses gegenüberliegt.
Vorzugsweise ist die Förderschnecke ganz oder zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend in einem Mischrohr angeordnet, sodass das Salzgemenge im Mischrohr vertikal nach oben gefördert wird. Dabei weist das Mischrohr in seinem Verlauf eine oder mehrere seitliche Öffnungen auf, durch die das Salzgemenge seitlich aus dem Mischrohr austritt. Vorzugsweise ist das Mischrohr nach oben hin geschlossen, sodass der Austritt nur durch die eine oder mehrere seitlichen Öffnungen erfolgt. Vorzugsweise sind zwei oder mehr seitliche Öffnungen vorgesehen. Dabei können einzelne seitliche Öffnungen in unterschiedliche horizontale Richtungen hin ausgerichtet sein.
Ferner ist es bevorzugt, dass mindestens eine der seitlichen Öffnungen innerhalb eines Mischkopfes angeordnet ist, durch den die Bewegungsrichtung des Salzgemenges außerhalb des Mischrohres vertikal nach unten geändert beziehungsweise abgelenkt wird.
Vorzugsweise ist mindestens eine seitliche Öffnung im oberen Bereich des Behältnisses angeordnet, bei einem oben geschlossenen Behältnis in der Nähe dieses Behälterdeckels. Mindestens eine weitere seitliche Öffnung ist im Verlauf der Förderschnecke angeordnet, und ist innerhalb eines Mischkopfes angeordnet. Besonders bevorzugt sind sämtliche seitlichen Öffnungen, mit Ausnahme der am oberen Ende des Mischrohres angeordneten Öffnungen, innerhalb von Mischköpfen angeordnet.
Besonders bevorzugt ist der Mischkopf als Manschette in Form eines Kegelstumpfes ausgeführt, der das Mischrohr umgibt und oben am Mischrohr anliegt und nach unten hin offen ist, sodass das Salzgemenge aus dem Mischkopf außerhalb des Mischrohres vertikal nach unten gerichtet austritt.
Auch andere Ausführungen eines Mischkopfes sind erfindungsgemäß möglich, solange sie zur Bewegungsrichtungsumkehrung des Salzgemenges von vertikal nach oben zu vertikal nach unten führen.
Durch den Kontakt der Teilchen im Salzgemenge untereinander sowie mit den Wandungen und Einbauten des Behältnisses und des Vertikalmischers wird die triboelektrische Aufladung erreicht.
Vorzugsweise weist das Behältnis die Form eines Silos mit sich zumindest im unteren Fünftel, vorzugsweise zumindest im unteren Drittel der Siloröhre konisch zum Boden hin verjüngenden Seitenwänden auf. Besonders bevorzugt weist das Silo einen kreisförmigen Querschnitt auf, in dessen Zentrum ein Vertikalmischer angeordnet ist.
Dabei können die Kanten des Silos abgerundet sein, wie es der typischen Form von Silos entspricht.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines derartigen Silos, das entlang seiner vertikalen Mittelachse einen erfindungsgemäßen Vertikalmischer mit vertikal angeordneter Mischschnecke aufweist.
Dabei haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:

1 Aufgabe des Salzgemisches in das Silo von oben
2 Antrieb der vertikal angeordneten Mischschnecke
3 Vertikal angeordnete Mischschnecke (Förderung von unten nach oben)
4 Siloaußenhaut
5 Seitliche Öffnung (Aussparung) im Mischrohr, innerhalb eines Mischkopfes angeordnet
6 Mischkopf
7 Auslauf für das Salzgemenge zur elektrostatischen Trennapparatur
8 Mischrohr
9 Seitliche Öffnung (Aussparung) im Mischrohr

Wie in 1 gezeigt, geht die Förderschnecke im unteren Bereich über das Mischrohr hinaus. Durch den kegel- oder konusförmigen Mischkopf 6, der nach unten hin offen ist, wird eine Umkehrung der Bewegungsrichtung des von unten nach oben geförderten Salzgemenges erreicht. Die Öffnung 9 in der Nähe der Silooberwand weist keinen Mischkopf auf, da durch die Silowände die Umkehrung der Bewegungsrichtung erzielt wird.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäß bevorzugten Silos, das zusätzlich zum Vertikalmischer einen Fluidisierungs-Innenring und Druckluftkissen (Flowpads) rund um den Konus aufweist. Zudem ist die Behälterwand wärmeisoliert und weist eine elektrische Begleitheizung auf.
Die zusätzlichen Bezugszeichen haben folgende Bedeutung:

4a Silo mit wärmeisolierter Behälterwand und elektrischer Begleitheizung
10 Fluidisierungs-Innenring
11 Druckluftkissen (Flowpads) rund um den Konus herum angeordnet

Durch den Fluidisierungs-Innenring 10, bei dem es sich um eine druckluftbetriebene, vibrierende Kunststoff-Membran im Konusbereich handelt, die luftdurchlässig ist, wird eine Fluidisierung am Siloboden erreicht. Durch die zusätzlichen Druckluftkissen oder Druckluftlanzen (Flowpads) im Konusbereich des Silo beziehungsweise in den sich konisch zum Boden hin verjüngenden Seitenwänden wird eine Fluidisierung im unteren Bereich des Silos erreicht, der auf den Einzugsbereich der Mischschnecke zuläuft. Die zusätzliche Fluidisierung bewirkt einen verstärkten Korn-Korn-Kontakt, so dass die triboelektrische Aufladung verbessert wird (siehe Beispiel 3).
Durch die wärmeisolierte Behälterwand und elektrische Begleitheizung ist es möglich, eine für die triboelektrische Aufladung notwendige Temperatur im Salzgemenge im Silo einzustellen. Durch die elektrische Begleitheizung, den druckluftbetriebenen Fluidisierungs-Innenring und die Druckluftkissen ist es möglich, die relative Luftfeuchte im Silo und damit im Salzgemenge einzustellen, sodass eine triboelektrische Aufladung möglich ist.
Besonders bevorzugt liegen im Silo eine Kombination aus Vertikalmischer, Fluidisierungs-Innenring, Druckluftkissen (Flowpads) und wärmeisolierte Behälterwand mit elektrischer Begleitheizung vor.
Hierdurch werden sowohl die mechanischen Voraussetzungen für die triboelektrische Aufladung geschaffen, als auch die Temperatur- und Luftfeuchte-Voraussetzungen erfüllt.
Die Konstruktion der erfindungsgemäß eingesetzten Vertikalmischer beruht auf dem Prinzip der Erzeugung mehrfacher Massenströme im Mischbehältnis.
Das Behältnis (Silo) kann dabei im Batch-Betrieb oder im kontinuierlichen Betrieb eingesetzt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachstehend beschrieben.
Das zu mischende staubförmige Salzgemenge wird zunächst von einer, im zentralen Mischrohr, angebrachten freitragenden Mischschnecke vertikal nach oben befördert. Das Mischrohr ist mit einem oder mehreren Mischköpfen versehen. An dem einen oder mehreren Mischköpfen wird das Salzgemenge teilweise in den abwärts gerichteten Partikelstrom ausgetragen. Die Restmenge des Salzgemenges wird an der Oberseite aus dem Mischrohr ausgetragen. Dieses System erzeugt in Verbindung mit dem Winkel von den Mischköpfen und dem Behälterkegel Mischzonen mit hoher Reibung im in Bewegung gehaltenen Salzbett und ist damit ein äußerst leistungsfähiger Mischer, der durch die Sicherstellung einer hohen Anzahl an Korn-Korn-Kontakten eine besonders intensive triboelektrische Aufladung des staubförmigen Salzgemenges bewirkt.
Das Mischsystem des Vertikalmischers kann zusätzlich, wie vorstehend in 2 gezeigt, durch eine Vorrichtung zur Fluidisierung des Salzgemenges, vorzugsweise einen pneumatisch betriebenen Fluidisierungsboden, z. B. durch eine vibrierende Membran am Silokonus, ergänzt werden. Die zusätzliche Anwendung einer solchen Fluidisierung, bevorzugt in Kombination mit Druckluftkissen (Flowpads) an den Seitenwänden, kann die triboelektrische Aufladung des staubförmigen Salzgemenges erhöhen und damit das Trennergebnis bei der Aufspaltung in seine Komponenten im elektrischen Feld verbessern.
Druckluftkissen
Druckluftkissen sind mit Druckluft, z. B. ca. 5 bar, betriebene, vorzugsweise kegelförmige Luftlanzen am Silokonus, die pulsartige Luftstöße an der Siloinnenwand bewirken, so dass eventuelle Salzbrücken im Silo (gerade sehr feiner Salzstaub kann Salzbrücken in Silos bilden, Salzbrücken verhindern das Fließen) in sich zusammenfallen und so den Fluss des Salzes hin zur Mischschnecke, die dann vertikal nach oben befördert, ermöglichen. Dies führt zum gewünschten Mischeffekt des Vertikalmischers, der ohne Luftkissen infolge der Bildung von Salzbrücken gegebenenfalls behindert werden würde.
Fluidisierungs-Innenring
Dies ist eine mit, z. B. ca. 2 bis 3 bar, Druckluft betriebene, vibrierende Kunststoff-Membran im unteren Teil des Silokonus, die durch die Erzeugung von fein verteilten Luftblasen (wie in einem Whirlpool) in der mechanisch bewegten Salzstaub-Schüttschicht eine zusätzliche pneumatische Verwirbelung (Fluidisierung) des Salzstaubes bewirkt.
Für bestimmte Trennaufgaben kann es erforderlich sein, das bevorzugt staubförmige Salzgemenge während der Kontaktierung im Vertikalmischer-Silo zu erwärmen. Hierzu kann im oder am Behältnis eine Vorrichtung zum Heizen des Salzgemenges angeordnet sein, z. B. zusätzlich eine elektrische Begleitheizung mit Isolierung an der Silo-Außenwand angebracht werden. Der Wärmeaustausch zwischen der Außenwand und dem Salzgemenge im Silo kann bedingt durch das Umwälzen bei einer geeigneten Verweilzeit im Behälter gut erfolgen.
In den großtechnischen Betrieben zur elektrostatischen Aufbereitung von staubförmigen Salzgemengen sind in der Regel kontinuierlich betriebene Vorlage-Silos erforderlich, um einen vergleichmäßigten Aufgabefluss des Salzgemenges auf die Trennapparaturen zu gewährleisten. Der wesentliche Vorteil des Einsatzes eines Vertikalmischers liegt in der Ausnutzung dieser ohnehin benötigten Vorlage-Silos als Teil der Kontaktiereinheit, in die der Vertikalmischer auch nachträglich in bereits vorhandene Silos integriert werden kann. Dadurch wird für die Anwendung dieses Verfahrens kein zusätzlicher Raum für Aggregate beansprucht. Vertikalmischer sind vorzugsweise für Silos mit einem Fassungsvolumen von bis zu 100 m³ geeignet, besonders bevorzugt für Silos mit einem Fassungsvolumen im Bereich von 1 bis 100 m³.
Damit die triboelektrische Aufladung möglichst effektiv für die gesamte zu verarbeitende Masse, also für möglichst viele Körner des bevorzugt feinen, z. B. staubförmigen, chemisch konditionierten Salzgemenges stattfinden kann, muss eine ausreichende Verweilzeit in den Vorlage-Silos eingehalten werden. Die für ein ausreichendes Trennergebnis erforderliche Verweilzeit ist über die Größe des Silos und über den für den Betrieb geeigneten Füllstand des Silos festzulegen und kann durch einfache Routineversuche ermittelt werden. Typische Verweilzeiten liegen vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 2 Stunden, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1 Stunden.
Das Ausmaß der triboelektrischen Aufladung hängt auch vom Füllgrad des Behältnisses/Silos ab, in dem das mechanische Bewegen des Salzgemenges durch einen Vertikalmischer erfolgt. Vorzugsweise weist das Behältnis/Silo einen Füllstand bzw. eine Füllhöhe von mindestens 20 %, besonders bevorzugt von mindestens 25 %, insbesondere von mindestens 30 %, auf, bezogen auf die Höhe des Behältnisses/Silos. Bei diesen Füllständen kann der Mischprozess einwandfrei stattfinden. Es ist die für ausreichende Korn-Korn-Kontakte notwendige Salzschutzschicht vorhanden, um eine triboelektrische Aufladung des Salzgemenges, insbesondere des Salzstaubes, zu bewirken.
Daher wird vorzugsweise mit einem entsprechenden Mindestfüllstand des Behältnisses gearbeitet, wenn eine triboelektrische Aufladung erfolgen soll.
Die Güte der triboelektrischen Aufladung des staubförmigen Salzgemenges kann anhand des mit Hilfe der Trennapparatur erhaltenen Trennergebnisses beurteilt werden.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren beziehungsweise in der erfindungsgemäßen Vorrichtung einzusetzenden Salzgemenge sind typischerweise Gemenge anorganischer Salze. Insbesondere handelt es sich um Kalirohsalze, wie sie in der eingangs beschriebenen Literatur aufgeführt sind.
Typischerweise enthalten die Kalirohsalze Halit, Sylvin und/oder Kieserit, insbesondere Halit/Sylvin oder Halit/Sylvin und Kieserit. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, Sylvin und/oder Kieserit von Halit aus den Kalirohsalzen abzutrennen, wie aus den nachfolgenden Beispielen ersichtlich ist.
Typischerweise enthalten die im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzten Kalirohsalze 5 bis 25 Gew.-% Sylvin und, sofern vorliegend, 5 bis 35 Gew.-% Kieserit, bezogen auf die Kalirohsalze.
Bevorzugte Kalirohsalze enthalten 50 bis 80 Gew.-% Halit, 10 bis 20 Gew.-% Sylvin und 10 bis 30 Gew.-% Kieserit und bis zu 10 Gew.-% weitere Bestandteile, bezogen auf die Kalirohsalze, deren Gesamtmenge 100 Gew.-% ergibt
Die verwendeten Salze sind bevorzugt Rohsalze aus Kalilagerstätten, sogenannte Hartsalze oder Sylvinite.
Die Hartsalze weisen im Wesentlichen folgende Gehalte an Mineralphasen auf:

Sylvin (KCl): 5 - 25 Gew.-%
Kieserit (MgSO₄ × 1H₂O): 5 - 35 Gew.-%
Halit (NaCl): 40 - 90 Gew.-%
Anhydrit (CaSO₄): ca. 0,5 - 2 %

Sylvinite weisen im Wesentlichen folgende Gehalte an Mineralphasen auf:

Sylvin (KCl): 5 - 25 Gew.-%
Halit (NaCl): 75 - 95 Gew.-%
Anhydrit (CaSO₄): ca. 0,5 - 2 %

Um die triboelektrische Aufladung des Salzgemenges zu erreichen, wird dieses typischerweise zunächst mit einem chemischen Konditionierungsmittel in Kontakt gebracht. Dieses Inkontaktbringen kann beispielsweise bei der Anwendung verdampfbarer Konditionierungsmittel derart erfolgen, dass in einem Druckluftstrom entsprechender Temperatur verdampfte Konditionierungsmittel in das Bett der fluidisierten Teilchen des Salzgemenges eingeblasen werden. Ein entsprechendes Verfahren ist in der EP-A-0 231 441 beschrieben. Das dort beschriebene chemische Konditionierungsmittel ist Salicylsäure. Die chemische Konditionierung kann auch in einer Fluidisierungskammer erfolgen, wie sie in EP-A-0 231 441 beschrieben ist.
Weitere geeignete Konditionierungsmittel sind aromatische C7-15-Carbonsäuren und Salze davon, C5-20-Fettalkohole, C2-20-Alkansäuren oder C2-20-Hydroxycarbonsäuren, wie aus Glycolsäure, Zimtsäure, Milchsäure, 2-Aminobenzoesäure, Kalcol oder Ammoniumbenzoat. Für eine Beschreibung kann auf EP-A-2 875 869 , Seite 4, Zeilen 9 bis 35, verwiesen werden. Weitere geeignete Konditionierungsmittel wie Acetylsalicylsäure, Ammoniumbenzoat und Fettalkohole sowie geeignete Einsatzmengen sind in EP-B-1 884 287 beschrieben. Diese Schrift enthält auch weitergehende Angaben zu Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit der triboelektrischen Aufladung und Konditionierung. Die Menge des einzusetzenden Konditionierungsmittels richtet sich nach der Korngröße im Salzgemenge. Je kleiner die Korngröße ist und umso größer entsprechend die spezifische Oberfläche des Salzgemenges ist, desto größer ist die Menge des notwendigen Konditionierungsmittels. Üblicherweise liegt die einzusetzende Menge des Konditionierungsmittels im ppm-Bereich, für Salzgemenge mit einem Teilchendurchmesser von maximal 0,1 mm beträgt sie vorzugsweise 50 bis 300 ppm.
Besonders vorteilhaft wird das chemische Konditionierungsmittel wenig oberhalb des Anströmbodens und unterhalb der darüber liegenden Heizeinrichtungen in das Fließbett des Salzgemenges eingeblasen, wie es in EP-A-0 231 441 beschrieben ist.
Die nachfolgende triboelektrische Aufladung kann bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur durchgeführt werden. Eine geeignete Temperatur kann durch Routineversuche ermittelt werden. Typischerweise wird bei Temperaturen im Bereich von 25 bis 120 °C gearbeitet, besonders bevorzugt von 25 bis 100 °C. Für eine Kornfraktion von maximal 0,1 mm wird besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich von 25 bis 50 °C gearbeitet.
Ferner ist es notwendig, die Salzgemenge von Feuchtigkeit zu befreien, um sie besser triboelektrisch aufladbar zu machen. Die relative Feuchte für die Salzgemenge liegt in der Regel im Bereich von 1 bis 40 %, besonders bevorzugt 5 bis 40 %. Für eine Kornfraktion von maximal 0,1 mm beträgt die relative Feuchte besonders bevorzugt 10 bis 40 %.
Die relative Feuchte bezieht sich dabei auf die relative Luftfeuchte.
Das mit Hilfe des Vertikalmischers triboelektrisch aufgeladene Salzgemenge wird in einem nachfolgenden elektrischen Feld einer Apparatur mit zum Beispiel vertikal angeordneten Elektroden in eine Wertstofffraktion und eine Rückstandsfraktion aufgetrennt. Für die prinzipielle Verfahrensweise kann auf G. Fricke, Kali und Steinsalz, Heft 9/1986, Seite 287-295 verwiesen werden. Vertikale Abscheider sind typischerweise Freifallscheider, die eine flächige oder Röhrenform aufweisen können. Geeignete Abscheider sind auch in der eingangs zitierten Literatur beschrieben.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1

Folgende Trennergebnisse durch die übliche elektrostatische Trennung von einem spezifisch chemisch konditionierten Salzgemenge (Zusammensetzung: 18,6 % Sylvin, 12,9 % Kieserit, 1,0 % Anhydrit, 62,7 % Halit, 2,1 % Carnallit, 0,9 % Langbeinit, Konditionierungsmittel Salicylsäure/Glykolsäure) mit einem Teilchendurchmesser von maximal 0,1 mm wurden durch einen im Batchbetrieb, ggf. auch kontinuierlich betreibbaren Vertikalmischer (Silovolumen 1,5 m³), wie er vorstehend beschrieben ist, bei einer Verweilzeit (VWZ) von 60 Minuten erhalten (3 Versuchsläufe, Werte gerundet): Tabelle 1:

Versuch	Sylvin-Ausbringen Wertstoff [eta %]	Sylvin-Gehalt Rückstand [%]	Kieserit-Ausbringen Wertstoff [eta %]	Kieserit-Gehalt Rückstand [%]
1	89	3,6	85	3,5
2	95	1,6	86	3,4
3	86	3,5	86	3,5

Die Daten zeigen die durch Kontaktierung im Vertikalmischer gewonnenen reproduzierbaren guten Trennergebnisse für die Abtrennung der Mineralphasen Sylvin und Kieserit aus dem staubförmigen Salzgemenge.
Beispielhaft ist im Folgenden der Versuch 1 als Mineralphasenbilanz angegeben:
Beispiel 2

Folgende Trennergebnisse durch die übliche elektrostatische Trennung von einem spezifisch chemisch konditionierten Salzgemenge (Zusammensetzung: 17,2 % Sylvin, 14,9 % Kieserit, 1,0 % Anhydrit, 61,2 % Halit, 2,9 % Carnallit, 1,0 % Langbeinit; Konditionierungsmittel Salicylsäure) mit einem Teilchendurchmesser von maximal 0,1 mm wurden durch einen im Batchbetrieb, ggf. aber auch kontinuierlich betreibbaren Vertikalmischer (Silovolumen 1,5 m³), wie er vorstehend beschrieben ist, unter zusätzlicher Fluidisierung durch einen pneumatisch betriebenen Fluidisierungsboden im Silo in Abhängigkeit der Verweilzeit (VWZ) erhalten: Tabelle 2:

Versuch	Verweilzeit [min]	Sylvin-Gehalt Aufgabe [%]	Sylvin-Gehalt Wertstoff [%]	Sylvin-Gehalt Rückstand [%]	Sylvin-Ausbringen Wertstoff [eta %]	Sylvin-Trennfaktor P/N
4	60	17	42	1,5	95	47
5	30	20	40	4,5	87	14
6	10	20	33	7,8	80	6

Anhand der Daten wird deutlich, dass die Mineralphase Sylvin mit zunehmender Verweilzeit (VWZ) im elektrischen Feld besser abgetrennt wird.
Beispielhaft ist im Folgenden der Versuch bei 60 Minuten Verweilzeit mit Fluidisierung als Mineralphasenbilanz angegeben (Versuch 4):
Beispiel 3

Folgende Trennergebnisse durch die übliche elektrostatische Trennung von einem spezifisch chemisch konditionierten Salzgemenge (Zusammensetzung: 19,8 % Sylvin, 15,0 % Kieserit, 1,1 % Anhydrit, 59,9 % Halit, 1,7 % Carnallit, 0,6 % Langbeinit; Konditionierungsmittel Salicylsäure) mit einem Teilchendurchmesser von maximal 0,1 mm wurden durch einen im Batchbetrieb, ggf. aber auch kontinuierlich betreibbaren Vertikalmischer (Silovolumen 1,5 m³), wie er vorstehend beschrieben ist, mit und ohne Fluidisierung bei einer Verweilzeit (VWZ) von 30 Minuten erhalten (gerundet): Tabelle 3:

Versuch	Fluidisierung	Sylvin-Gehalt Aufgabe [%]	Sylvin-Gehalt Wertstoff [%]	Sylvin-Gehalt Rückstand [%]	Sylvin-Ausbringen Wertstoff [eta %]	Sylvin-P/N-Trennfaktor
7	Ja	20	40	5	87	14
8	Nein	20	32	10	72	4

Die Daten zeigen die verbessernde Abtrennung der Mineralphase Sylvin infolge einer stärkeren triboelektrischen Aufladung des staubförmigen Salzgemenges, wenn zusätzlich zum Mischvorgang des Vertikalmischers eine Fluidisierung im Silo angewendet wird.
Beispielhaft ist im Folgenden der Versuch 7 bei 30 Minuten Verweilzeit mit Fluidisierung als Mineralphasenbilanz angegeben:
Beispiel 4 (Vergleich)
Es wurde versucht, eine triboelektrische Aufladung des Salzgemenges aus Beispiel 3 mit einer horizontalen Mischschnecke zu erreichen. Dazu wurde eine Doppelmischschnecke des Typs DMSA der Firma Köllemann eingesetzt.
Die gewünschte reproduzierbare Trennung des Salzgemenges konnte nicht erreicht werden.
Beispiel 5 (Vergleich)
Es wurde wie in Beispiel 4 vorgegangen, jedoch wurde die Doppelmischschnecke durch einen Einwellen-Durchlaufmischer (Typ MFKG 0313 der Firma BHS-Sonthofen) ersetzt. Es wurde ebenfalls keine gewünschte elektrostatische Trennung des Salzgemenges erreicht.
Die vorstehenden Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigen, dass eine gewünschte elektrostatische Trennung von chemisch konditionierten Salzgemengen durch mechanisches Bewegen der Salzgemenge nur mit Hilfe des beschriebenen Vertikalmischers gelang, nicht jedoch mit den erwähnten Horizontalmischern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0231441 A [0003, 0008, 0068, 0070]
DE 2643002 C2 [0003]
EP 1884287 B [0003, 0069]
DE 3921073 C2 [0003]
US 8338734 B2 [0007]
DE 10140241 B4 [0007]
JP 2000061356 A [0007]
DE 2614146 C2 [0009, 0011]
EP 2875869 A [0069]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

s. Hangsubcharoen, M., A Study of Triboelectrification Mechanisms for Coal, Quartz and Pyrite, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia, Dissertation 1999 [0007]

Claims

Verfahren zur triboelektrischen Aufladung von chemisch konditionierten Salzgemengen durch mechanisches Bewegen der Salzgemenge, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Bewegen des Salzgemenges in einem Behältnis durch mindestens einen Vertikalmischer erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalmischer eine vertikal angeordnete Mischschnecke aufweist, die das Salzgemenge vom Boden des Behältnisses vertikal nach oben fördert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke zumindest teilweise in einem Mischrohr angeordnet ist, sodass das Salzgemenge im Mischrohr vertikal nach oben gefördert wird, und das Mischrohr in seinem Verlauf eine oder mehrere seitliche Öffnungen aufweist, durch die das Salzgemenge seitlich aus dem Mischrohr austritt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine seitliche Öffnung innerhalb eines Mischkopfes angeordnet ist, durch den die Bewegungsrichtung des Salzgemenges außerhalb des Mischrohres vertikal nach unten geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkopf als Manschette in Form eines Kegelstumpfes ausgeführt ist, der das Mischrohr umgibt und oben am Mischrohr anliegt und nach unten hin offen ist, sodass das Salzgemenge aus dem Mischkopf außerhalb des Mischrohres vertikal nach unten gerichtet austritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis die Form eines Silos mit sich zumindest im unteren Fünftel der Silohöhe konisch zum Boden hin verjüngenden Seitenwänden aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Silo einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, in dessen Zentrum der Vertikalmischer angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem mindestens einem Vertikalmischer im Behältnis mindestens eine Vorrichtung zur Fluidisierung des Salzgemenges angeordnet ist, vorzugsweise in Form eines pneumatisch betriebenen Fluidisierungsbodens im Behältnis, besonders bevorzugt in Kombination mit daran angrenzenden Druckluftkissen an den Seitenwänden des Behältnisses.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Behältnis eine Vorrichtung zum Heizen des Salzgemenges angeordnet ist, vorzugsweise in Form einer beheizten Außenwand des Behältnisses.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzgemenge einen Teilchendurchmesser von maximal 1 mm, vorzugsweise von maximal 0,5 mm, besonders bevorzugt von maximal 0,25 mm, insbesondere von maximal 0,1 mm aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzgemenge Kalirohsalze sind, die Halit, Sylvin und/oder Kieserit enthalten.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalirohsalze 40 bis 90 Gew.-% Halit, 5 bis 25 Gew.-% Sylvin und 5 bis 35 Gew.-% Kieserit und bis zu 50 Gew.-% weitere Bestandteile, bezogen auf die Kalirohsalze, enthalten, deren Gesamtmenge 100 Gew.-% ergibt.
Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Salzgemengen, insbesondere Kalirohsalzen, durch Kontaktieren des Salzgemenges mit einem chemischen Konditionierungsmittel, nachfolgende triboelektrische Aufladung des chemisch konditionierten Salzgemenges durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und nachfolgende elektrostatische Trennung des triboelektrisch aufgeladenen Salzgemenges.
Verwendung von Vertikalmischern, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert sind, zur triboelektrischen Aufladung von Salzgemengen, insbesondere Kalirohsalzen.
Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzgemenge einen Teilchendurchmesser von maximal 1 mm, vorzugsweise von maximal 0,5 mm, besonders bevorzugt von maximal 0,25 mm, insbesondere von maximal 0,1 mm aufweisen.
Vorrichtung zur triboelektrischen Aufladung von chemisch konditionierten Salzgemengen durch mechanisches Bewegen der Salzgemenge, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Behältnis mit mindestens einem darin angeordneten Vertikalmischer und vorzugsweise zusätzlich eine Vorrichtung zur Fluidisierung des Salzgemenges und/oder eine Vorrichtung zum Heizen des Salzgemenges im oder am Behältnis aufweist, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 9 definiert sind.