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Verfahren zum Zerkleinern von festen Mineralstoffteilchen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Zerkleinem von fest-en Mineralstoffteilchen, wie Kohle
oder Talkum, die Kesselstein. bildende Bestandteile enthalten, in der Weise,
daß man eine fließfähige Mischung solcher Teilchen mit Wasser herstellt, diese Mischung
in und durch eine Heizzone leitet und sie Vä.hrend dies Durchflusses durch diese
Heizzone dererwärmt, daß eine strömende Suspension aus festen Teilchen in Wasserdampf
entsteht. Eine solche Behaedlung ist nach einem kürzlich entwickelten Strömungsenergie-Mahlverfahren
bekannt geworden; sie eignet sich auch für das Aufgeben von Teilchen aus dem festen
Ausgangsstoff in ein Reaktionssystem, z. B. von Kohle in eine Vergasungsanlage,
selbst bei nur schwacher gleichzeitiger oder vorheriger Mahlung oder ganz ohne sie.
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Bei diesem Mahlverfahren leket man die fließende Dispersion. nach
ihrex Herstellung durch eine anschließende Zone hoher Strömungsgeschwindigkeit,
in der sie verwirbelt und einer so hohen Geschwindigkeit ausgesetzt wird, daß die
groben Teilchen zerschlagen werden. Diese Geschwindigkeit sollte höher als
7,6 m/Sek. sein; gewöhnlich ist sie aber viel höher, z. B. Hunderte und selbst
Tausende von m/Sek. Den so gebildeten Strom, in dem die feinpulverigen festen StQ&
schweben, läßt man dann aus der Zone hoher Oeschwindigkeit ab.
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Bei den kesselsteinbildenden Bestandteilen der Suspension besteht
die Gefahs, daß sie sich in der Heizzone bei der Verdampfung des Wassers unter Krustenbildung
ansetzen können. Zu diesen Kesselsteinbildem. gehören insbesondere Verbindungen
des Caleiums, Siliziums, Schwefels.. Eisens und Magnesiums. Kesselstein ist nicht
nur allgemein schädlich, weil er das Ausbrennen von Rohren bewirken kann, wenn Flammen
unniittelbar auf sie schlagen, da
die eiseriien Rohrwände durch den Kesselstein
von den durch das Rohr fließenden Strömen isoliert sind, sondem er kann im vorliegenden
Fall auch den freien Innendurchmesser in den Rohren verengen, so daß es schwierig
wird, die geforderten Betrichsbedingungen in bezug auf Druck und Geschwindigkeit
während des Betriebes richtig einzuhalten. Ferner wird, wenn sich der Innendurchlaß
zu sehr verengt, die dadurch erhöhte, Geschwindigkeit der fließenden Suspension
manchmal so hoch, daß der Strom Löcher in die Rohrwände fressen kann, insbesondere
dann, wenn die Suspension durch eine Rohrschlange oder ein Rohr im Umkehrbogen,
fließt.
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Besondere Schwierigkeiten haben sich ferner bei der Behandlung von
Talkum und Kohle ergeben, die beide Schwefel und/oder Eisen sowie kieselsäurehaltige
Stoffe enthalten. Eine Untersuchung des Kesselsteins in dem Schlammaufgabeteil einer
Kohlenvergasungsanlage ergab, daß dieser Stein fast ausschließlich aus Calciumsulfa.tniederschlägen
besteht. Ebenso zeigte eine Analyse des Kesselsteins in einer Talkum-Mahlanlage,
daß der in der Vorwärmzone der Rohrleitung angesetzte Kesselstein fast ganz aus
Calciumsulfat bestand, daß aber von dieser Zone aus der Anteil an Sulfatkesselstein
ab- und derjenige von kieselsäuTehaltigem KesseIstein. zunimmt. Solcher kieselsäurehaltiger
Kesselstem aus einer Talkum-Mahlanlage erwies sich bei der Untersuchung als abwechselnd
aus weißem und grauen Schichten zusammengesetzt, die aus Magrieteisenstein, Talkum,
Tremolit, Antigorit und Anthophyllit bestanden.
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Erfindungsgemäß setzt man M dem Verfahren zum Zerkleinem der obenerwähnten
Teilchen der fließfähigen Mischung eine kleine Menge mindestens wasserlöslichen
Alkaliphosphats zu, um die Kesselsteinbildung in der erwähnen Heizzone
zu unterbinden. Dieses Phosphat ist vorzugsweise ein durch Wasserabspaltung
aus einem Alkaliphosphat erhaltenes Salz, wie Natriumtri- und -tetrapolyphosphat,
Natriumfiecameitaphosphat, Natriumpyrophosphat, saures Natriumpyrophosphat oder
ein komplexes Phosphw, das man durch Vermischen der ziemlich
unlöslichen
Natriummetaphosphat (Maddrell-Salz) und Kaliummetaphosphat mit Wasser erhält, am
besten in Gewichtsverhältnissen. zwischen 1: 1 und 1: 3. Auch wasserlösliche
Lithiumphosphate kami# man mit efolg verwenden, ebenso Mischungen von phosphorsau'#'tpih
Kah mit Natrium- und Lithiumphosphat. EsJiat sich gezeigt, daß diese Alkaliphosphate
lösliche Komplexe mit solchen Metallionen bilden, von denen. man, normalerweise
anmimmt, daß sie Niederschläge verursachen können. Sie machen diese Ionen unschädlich.
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Der Zusatz von Kesselsteinverhütungsmitteln, zu denen auch die obenerwähnten
Phosphate gehören, zu wäßrigen Flüssigkeiten, die einer teilweisen Verdampft mg
ausgesetzt weTden, ist an sich bekannt.
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Im vorliegenden Fall handelt es sich jedoch nicht um eine teilweise
Verdampfung, wie etwa beim Betrieb von Dampfkesseln,' wobei man die Bildung harter
Krusten an den Kesselwänden zu vermeiden sucht, sondern um eine vollständige Verdampfung
des zum Suspendieren der festen Teilchen benötigten Wassers, also um einen Vorgang,
der nicht mit der Dampferzeugung in Kcäseln vergleichbar ist, sondern viel eher
mit dem A,!bdampfm--n von Wasser aus Salzlaugen oder Zuckerlösungen. Im'
vorliegenden Fall ist eine derartige Adstreibung &s gesamten Wassers mit einer
mechanischen Zerkleinerung der in dem Wasser suspendiertem fegten Teilchen verbunden,
und hierbei hat sich überraschenderweise gezeigt, daß neben der an sich zu erwartenden
Verhutung von Kesselsteinansätzen In'den Rohren, noch der ganze Zerkleinerungsvorgang
des vorliegenden Verfahrens bedeutend erleichtert wird. Dies beruht in erster Linie
auf einer Viskositätsverringerung der flüssigen, d. h. pumpbaren Suspensionen,
wofür in den nach-1 bis stehenden ]#eispieJen . , III einige Vergleichszahlen
angegeben sind.
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Wie groß der Einfluß der zugesetzten Salze auf den Betrieb des vorfie§#en
Verfahrens ist, ergibt sich aus folgenden Untersuchungen: Für eine Suspension von
Feststoffen in Wasser, z. B. im Verhältnis 50: 50, wiTd es möglich,
mit einem geringeren Kraftaufwand. für das Pumpen nach der Heizschlange hin.
=szukommen, wenn man gleichzeitig eins der",VoTgeschlag-enen Phosphate zugibt, weil
nämlich durch diesen Zusatz die Viskosität der Suspension bedduitend verringert
wird. Wenn z. B. ein bestimmtes Susponsionsgemisch zu dickflüssig ist, um mit üblichen
Pumpeinrichtungen bef ördert werden zu können, also l etwa, eine Mischung im Verhältnis
60 % Feststoffe zu 40,'0/e Wasser, so ist man durch die Phosphatzusätze in
der Lage, die Viskosität in diesem Falle so weit zu, verringem, daß dieses Mischung
pumpbar wird. Dies bedeutet eine erhebliche Ersparnis an Wasser und damit an Brennstoffen
bei gleichen Wirkungggrad,des Verfahrens.
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Offenbar beruhit diese >Wirkung auf der Bildung von Komplexverbind:ungen
der Phosphate an den Oberflächen &r Teilchen und der damit verbundenen Verrneidung
von Entflockungen und der Erhöhung der Schwebefähigkeit, der festen Teilchen im
Wasser. Damit verbunden # ist eine Abscheidung der festen Teilchen in besonders
feiner Zerkleinerung, was ebenfalls günstig für dtn. Zerkleinerungsvorgang ist.
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Es hat sich im übrigen gezeigt, daß in dieser Beziehung die gienanntän
Phosphate eine, Sonderstellung unter den vielm bekannten Kesselsteinverhütungsmitteln
einnehmen. Andere Mittel dieser Art sind in dieser Beziehung bei weitem nicht so
wirkungsvoll wie die Phosphate.
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Wenn man auch ohne Rücksicht darauf, wie klein die Phosphatzusätze
sind, bereits günstige Resultate erzielt, so hat es sich doch als vorteilhaft erwiesen,
das Phosphat in einer Menge zwischen 0,1 und 100 Gewichtsteilen auf
1 Millionen Gewichtsteile des Wassers in der fließfähigen Mischung zuzumischen.
Aus wirtschaftlichen Gründen nimmt man natürlich möglichst nur so wenig Phosphat,
daß die Kesselsteinbildung gerade noch wirksam verhütet wird. Es ist deshalb zweckmäßig,
die Phosphatmenge bei 100 je
Million oder selbst darüber zu halten, auch wenn
man mit größeren Mengen noch arbeiten kann.
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Die einzige Abbildung der Zeichnung ist ein sehematischer Grundriß
einer mit Störungsenergie arbeitenden Mahlvorrichtung, bei deren Betrieb sich die
vorliegende Erfindung als vorteilhafterwiesen hat.
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Man bereitet eine flüssige Mischung, z. B. einen Schlamm aus Wasser
und festen Teilchen in einem großen Behälter 71 und pumpt sie durch eine
Leitung 73 in eine lange Rohrschlange 76, die in einem öl-
gefeuerten
Erhitzer 77 liegt. Während die Mischung durch das Rohr 76 strömt,
wird das Wasser erwärmt und verdampft unter Bildung einer Dispersion aus den festen
Teilchen in Wasserdampf. Diese Dispersion fließt dann weiter durch ein Auslaßrohr
79 und wird danach in zwei gleiche Ströme geteilt, die durch die Leitungen
81 und 83 in sich um 180' C versetzt gegenüberliegende Düsen
85 und 87 einer Mahlvorrichtung 89 strömen.
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Während der Strom durch die Bohrungen 88 und 90 der
Düsen fließt, steigt seine Geschwindigkeit staxk an, so daß die beiden Ströme nach
ihrem Austritt aus den Düsen. mit großer Wucht aufeinandertreffen und die, festen
Teilchen durch das Aufeinanderprallen auf feinste zerkleinert werden. Die entstehende
Suspension fließt dann mit niedriger Geschwindigkeit durch eine Auslaßleitung
91 in einen Abscheider 93,
z. B. einen Zyklonabscheider. Der Wasserdampf
entweicht dort aus dem Auslaß 95, während die festen Produkte in sehr hoher
Feinheit vom Boden des Zyklons ausgetragen werden.
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Das Phosphat kann man dabei der fließbaren Mischung in dem Behälter
71 unmittelbar zumischen. Wahlweise oder zusätzlich dazu kann man aber das
Phosphat auch von einem zweiten Behälte-T 75 aus über eine Leitung 74 der
Leitung 73 auf der Saugseite der Pumpe zuführen. Letzteres ist besonders
dann günstig, wenn man ein solches Phosphat wie Natriumhexametaphosphat verwendet,
das schnell wieder Wasser aufnimmt und dabei schon nach einer Stunde in der Lösung
in Orthophosphat übergegangen sein kann. Diese Zersetzung durch Wasseraufnahme wäre
nicht zu vermeiden, wenn man das Hexametaphosphat schon dem Behälter 71 zugäbe.
Im Falle von Tri- und Tetrapolyphosphat ist diese schädliche, schnelle Rückbildung
nicht zu befürchten, so daß man diese Salze dem Behälter 71 ohne Schwierigkeit
zugeben kann.
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Die Wirkung des Natriumtripolyphosphats (hier kurz als Tri bezeichnet)
und Tetrapolyphosphats (hier als Tetra bezeichnet) auf die Viskosität verschiedener
Mischungen von Wasser mit bitum-inöser Utah-Kohle, Talk und Kaohn wird unten an
Hand der nachstehenden Beispiele
1, 11 und III näher gezeigt. Die Mengenverhältnisse
von Kohle und Wasser zueinander sind in Gewichtsprozenten ausgedrückt.
Beispiel
1 (Kohle) Die Viskosität der Flüssigkeit ist in »Krebb«-Einheiten ausgedrückt,
die in einem »Stormer«-Viskosimeter festgestellt worden sind.
| Probe Viskosität in Krebb-Einheiten |
| ü/o Kohle Wasser Ohne Tri Mit 0,4 % Tri |
| 50 50 53,5 47 |
| 55 45 79 58 |
| 60 40 Für die 122 |
| Untersuchung i |
| zu dickflüssig |
Beispiel II (Talkum) Die Viskosität ist ausgedrückt in Sekunden, die für den Durchfluß
von 290cm3 Schlamm, durch eine öffnung benötigt werden. Das Talkum ist so fein,
daß es zu 99,98% durch ein Sieb von 0,3 mm hindurchgeht.
| Probe Viskosität in Sekunden |
| 0"a Talkum n/o Wasser Ohne Tri Mit 0,2% Tri |
| 40 60 20 18 |
| 50 50 24 21 |
| 55 45 25 21 |
| 60 40 69 36 |
Beispiel
111 (Kaolin) Die Stormer-Viskosität bei 600U/min und 25'C ist hier
in Centipoisen ausgedrückt.
| Probe Zusatzmenge Stormer- |
| Tetra in g/m#*' Viskosität |
| 1/o Kaolin % Wasser Schlamm Centipoisen |
| 88 11,7 |
| 175 8,3 |
| 40 60 |
| 263 7,7 |
| 112 7,5 |
| 192 70,4 |
| 290 36,6 |
| 385 25,0 |
| 50 50 1 480 20,0 |
| 575 19,1 |
| 670 18,7 |
| 735 146,7 |
| 842 118,5 |
| 60 40 948 107,4 |
| 1050 100,8 |
| 1261 93,1 |
Beispiel IV (Talkum) In einer Talkmahlanlage löste man eine bestimmte Menge Natriumhexametaphosphat
in warmem Wasser auf und gab von dieser Lösung alle Stunden zu einer unverändert
gehaltenen Menge von je 10,5 t 50%igem Talkschlamm in den Vorratsbehälter
71 so viel zu, daß 40
g Phosphat darin enthalten waren, entsprechend
einem Zusatz von etwa
10 Gewichtsteilen auf
1 Million Teile Wasser
in dem Talkschlamm. Das Phosphat erweichte den früher entstandenen Kesselstein in
der Heizschlange
76 und brachte ihn zum
Ab-
blättern, so daß er foTtgetragen
wurde. Neuer Kesselstein bildete sich niche.
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Ohne Phosphatzusätze hingegen war die Kesselsteinbildung so groß,
daß der Druck am Einlaß der Heizrohrschlange schon nach 12 Betriebsstunden um bis
zu 28 kg/cm2 zugenommen hatte.
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Obwohl die Grundsätze der Erfindung hier nur in bezug auf das Mahlen
fester Teilchen und deren Zufuhr in eine Reaktionszone beschrieben worden sind,
versteht es sich doch, daß sie grundsäUlich bei jedem Verfahren vorteilhaft anwendbar
sind, bei dem es auf guten Durchgang einer fließfähigen Mischung durch eine Heizzone
ankommt, in der die Flüssigkeit verdampft und eine Suspension erzeugt wird.