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Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Trübedichte wäßriger
Feststoff-Flüssigkeit-Gemische, insbesondere wäßriger Salzlösungen Es ist bekannt,
daß zahlreiche Prozesse der nassen Aufbereitung, beispielsweise die Flotation von
Erzen und Salzen, sehr stark durch das Verhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit,
d. h. der »Trübedichte« beeinflußt werden. Insbesondere hängt die Höhe des Ausbringens
und der Konzentrate und somit die Wirtschaftlichkeit derartiger Verfahren, beispielsweise
bei der Flotation von löslichen Salzen, entscheidend von der »Trübedichte« ab, wie
für die Kalisalzaufbereitung in der deutschen Patentschrift 951 441 aufgezeigt wurde.
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In älteren Patentschriften wurde bereits vorgeschlagen, Dichtemessungen
strömender Medien mittels Wägevorrichtungen durchzuführen, auf denen einzelne Rohrschleifen
oder Rohrbogen montiert sind. Dabei handelt es sich jedoch nicht um instabile Trüben
wasserlöslicher Stoffe, die zum Kristallisieren neigen. Es wird deshalb auch kein
großes Meßvolumen in Form einer zylindrisch aufgewickelten Rohrstrecke genannt und
nicht auf die Notwendigkeit einer glattwandigen Rohrleitung mit engem Querschnitt
aus gummiertem Rohr oder Kunststoff oder solcher Innenauskleidung hingewiesen. Mit
derartigen Vorrichtungen kann deshalb nicht die Trübedichte wäßriger Feststoff-Flüssigkeit-Gemische,
insbesondere wäßriger Salzlösungen, im kontinuierlichen Dauerbetrieb gemessen werden.
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Ein anderer Vorschlag verwendet zwar eine liegende flache Spirale
ohne Richtungsänderung, aber auch dieser hat die vorstehend genannten Merkmale nicht
als Voraussetzung für einen einwandfreien Dauerbetrieb erkannt und verwendet ebenfalls
kein flexibles Ableitungsrohr zum momentfreien Auslauf der Trübe, das in einem offenen
Trichter endet. Es ist somit auch mit dieser Vorrichtung nicht möglich, die der
Erfindung zugrunde liegende Aufgabe für eine kontinuierliche Messung derartiger
Gemische zu lösen.
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Ein weiterer Vorschlag empfiehlt zwar, dünne Rohrspiralen zu verwenden,
zwischen welche aber ein größerer Aufnahmebehälter geschaltet ist, in welchem sich
derartige Trüben auch bei erhöhter Durchflußgeschwindigkeit leicht entmischen. Ein
derartiger Behälter kann für die Vorrichtung zur Lösung der vorliegenden Aufgabe
nicht verwendet werden.
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Außerdem wird eine geschlossene Zu- und Abführung verwendet, die keinen
momentfreien Auslauf der Trübe in einen offenen Trichter ermöglicht. Soweit der
Vorschlag der momentfreien Zu- und Abführung vor Jahrzehnten schon einmal gemacht
worden ist, so jedenfalls nicht in Verbindung mit den verschiedenen weiteren Merkmalen
der vorliegenden
Erfindung, die erst in ihrer Gesamtheit den entscheidenden Fortschritt
für die Messung der Trübedichte in einem kontinuierlichen Dauerbetrieb gebracht
haben.
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Es hat sich nun gezeigt, daß die einer kontinuierlichen Trübedichtebestimmung
infolge Sedimentation und Kristallisation, insbesondere bei derSalzflotation, entgegenstehenden
Schwierigkeiten auf einfache Art ausgeschlossen werden können. Dies ist dadurch
möglich, daß die entmischende Sedimentation der Feststoffpartikeln bei der Messung
der Trübedichte vermieden wird, indem die Trübe ohne Richtungsänderung mit hoher
Geschwindigkeit durch eine enge Rohrleitung geführt wird. Verwendet man hierzu übliche
Stahlrohre, so tritt bei Verwendung salzhaltiger Lösungen als Traglauge Kristallisation
ein, die zur Verkrustung und zum Leitungsverschluß führt.
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Dies ist nicht der Fall bei Verwendung von glattwandigen Rohrleitungen
aus gummierten Rohr oder aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyäthylen und Polyvinylchlorid.
In solchen glattwandigen Rohrleitungen gelingt es selbst mit stark zur Kristallisation
neigender magnesiumsalzhaltiger Harts alzlauge der Kalirohsalzverarbeitung, einen
unverminderten Durchfluß über einen längeren Zeitraum zu erreichen.
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Die als Meßstrecke dienende Rohrleitung kann auch eine Innenauskleidung
aus Kunststoff aufweisen.
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Die Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Trübedichte wäßriger
Feststoff-Flüssigkeit-Gemische, insbesondere wäßriger Salzlösungen unter Verwendung
von Waagen bekannter Bauart, wie Neigungspendel-, Nullpunktstoleranz- oder Federwaagen,
mit einer von der zu untersuchenden Trübe durchströmten Meßstrecke mit flexibler
Zu- und Ableitung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß
die
Meßstrecke bei kleinem Querschnitt großes Meßvolumen besitzt und als glattwandige
Rohrleitung aus gummierten Rohr oder aus Kunststoff (Polyäthylen ader Polyvinychlorid)
ausgebildet ist und in an sich bekannter Weise zylindrisch übereinander angeordnete
Windungen aufweist, durch die der Trübestrom ohne Richtungsänderung mit hoher Geschwindigkeit
hindurchzuströmen vermag und aus denen er durch ein in einen offenen Trichter mündendes
flexibles Ableitungsrohr momentfrei auslaufen kann.
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Wird nun diese Meßstrecke mit der zu untersuchenden durchströmenden
Trübe, welche beispielsweise zur flotativen Aufbereitung bestimmt ist, oder mit
einem Teilstrom derselben angefüllt, so gelingt es, die Trübedichte über das vom
Verhältnis Feststoff zu Flüssigkeit abhängig mittlere spezifische Gewicht aus dem
Füllgewicht der Meßstrecke kontinuierlich zu bestimmen. Hierbei ist es notwendig,
den Durchmesser der Meßrohrstrecke so zu wählen, daß die Strömungsgeschwindigkeit
größer als die Sedimentationsgeschwindigkeit ist, und die Länge dieser glattwandigen,
engen Meßstrecke so zu bemessen, daß die Füllgewichtsdifferenzen hinreichend groß
gegenüber der Empfindlichkeit der Waage sind, um als Trübedichteunterschiede noch
einwandfrei registriert zu werden.
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Zur Durchführung der kontinuierlichen Messung wird die Feststoff-Traglaugen-Suspension
zweckmäßig als Teilstrom einer Pumpenleitung 1 oder einem mit Rührwerk versehenen
Homogenisierungsgefäß 2 entnommen (A b b. 1). Bei Abzweigung eines konstanten Trübestromes
aus einer Druckleitung ist die Entnahmestelle 3 zweckmäßig so angeordnet, daß sich
oberhalb der Waage noch eine genügend hohe Trübesäule von beispielsweise etwa 2
bis 5 m zum Ausgleich von Pumpenstößen befindet.
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Bei Entnahme des Probestromes aus einem Rührgefäß ist dieses ebenfalls
in ausreichender Höhe oberhalb der Waage anzuordnen. Auf diese Weise wird kontinuierlich
ein gleichmäßiger Trübestrom mit genügend großer Durchflußgeschwindigkeit durch
die Meßstrecke 6 gedrückt.
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Die Zuführung der Trübe erfolgt über eine flexible, auf der Drehachse
4 der Waage befestigte Zuleitung 5, vorzugsweise durch eine Schlauchverbindung mit
einem aufsteigenden Trübestrom, der von unten her in die Spiralwindungen 6 der Meßstrecke
eingeleitet wird und ohne Richtungsänderung durchläuft.
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Der Auslauf erfolgt momentfrei durch ein in einem offenen Trichter
mündendes flexibles Ableitungs-
rohr 7. Aus dem Auffangtrichter 8 wird der Trübeteilstrom
wieder zur Hauptmenge zurückgeführt.
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Zur Wägung werden Waagen an sich bekannter Bauart, beispielsweise
einfache Neigungs-Pendelwaagen (Abb. 1) oder Nullpunktstoleranzwaagen (A b b. 2),
z. B. moderne Schnellwaagen, verwendet.
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Die A b b. 1 zeigt die Neigungs-Pendelwaage in der Ansicht und im
Grundriß. Die A b b. 2 zeigt die Nullpunktstoleranzwaage in zwei Ansichten.
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Die zylindrisch übereinander angeordneten Windungen der Meßstrecke
6 werden zweckmäßig auf Pfannen und Schneiden 9 auf dem einen Arm 10 der Neigungswaage
(A b b. 1) gelagert, während der andere, mit gleichfalls auf Pfannen und Schneiden
gelagerten Ausgleichsgewichten 11 versehene Arm 12 einen Zeiger 13 trägt. Dieser
gestattet, an einer Skala 14 das Gewicht des durch deMeßstrecke mit großem Meßvolumen
laufenden Trübe stromes abzulesen, bzw. die Trübedichte wird nach Eichung der Skala
sofort angezeigt. Es ist vorteilhaft, im Nullpunkt der Waage, mit der Drehachse
starr verbunden, ein weiteres Gewicht 15 zur Dämpfung anzubringen.
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Bei Verwendung einer als moderne Schnellwaage bekannten Toleranzwaage
mit einstellbarem Nullpunkt (A b b. 2) ist die Entnahme des Trübeteilstromes und
die Zuleitung zur Waage sinngemäß wie bei der Pendelwaage zu gestalten. Es wird
wiederum die durch eine flexible Zuleitung 21 den zylindrisch angeordneten Windungen
22 zugeführte Trübe zur Wägung gebracht und durch die Ableitung23 über den offenen
Trichter 24 zum Haupttrübestrom zurückgeleitet. Es ist zweckmäßig, die Gewichtsskala
25 so zu eichen, daß die Nullanzeige der Toleranzwaage dem angestrebten Normalwert
des mittleren spezifischen Gewichtes der Trübe entspricht, so daß Plus- oder Minusanzeigen
höhere oder geringere Trübedichten angeben.
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Femer ist es vorteilhaft, durch Fernübertragung 26 bekannter At an
einem anderen Betriebspunkt eine Anzeige 27 oder ein registrierendes Schreibgerät
28 zu betreiben oder über eine Steuervorrichtung bekannter Art die Trübedichte durch
Mengenveränderung der beiden Komponenten Feststoff 30 bzw.
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Flüssigkeit 31 zu regeln.
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Die nachstehende Tabelle zeigt Beispiele für die Meßergebnisse (kg)
einer etwa 5 1 fassenden Meßspirale einer Trübedichtewaage zur Bestimmung der Feststoffkonzentration
von Sylvin in Hartsalzlauge innerhalb einer Flotationsanlage der Kalirohsalzverarbeitung.
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Feststoffgewicht . ......... ..... 1,399 1,782 2,179 2,592 3,002
3,472 3,943 Traglaugengewicht ....................... 5,595 5,344 5,084 4,813 4,553
4,243 3,942 Gesamt-Trähegewicht ..... . ..... 6,994 7,126 7,263 7,405 7,555 7,715
7,885 Daraus errechnen sich beispielsweise mit den spezifischen Gewichten fest =
2.0 bzw. flüssig = 1,3 in Litern das Feststoffvolumen ..... ..... 0,699 0,891 1,090
1,296 1,511 1,736 1,972 Trafaugenvolumen . ... 4,301 4,109 3,910 3,704 3,489 3,264
3,028 und als »Trübedichte« 1. Gewichtsprozent Feststoff in der Trübe (e/o) 20 25
30 35 40 45 50 2. Volumenverhältnis fest zu flüssig .. 1: 6,15 1 : 4,61 1: 3,59
1 : 2,86 1: 2,30 1 1,90 1: 1,53 3. Feststoffmenge je Volumeinheit Traglauge (g/l)
318 432 555 700 860 1065 1290
In dieser beispielsweisen Ausführung
mit einer Meßstrecke von 5 1 Inhalt erwiesen sich bei Verwendung einer mittelempfindlichen
Waage, bei den angegebenen Komponenten Sylvin und Hartsalzlauge, die Füllgewichtsdifferenzen
von 26 bis 34g je Gewichtsprozent »Trübedichte« als vollauf ausreichend für eine
einwandfreie Wägung und Anzeige auf einer weithin sichtbaren Skala. In Fällen geringeren
Unterschiedes der spezifischen Gewichte von Feststoff und Traglauge ist eine höher
empfindliche Waage oder ein größeres Meßvolumen zu wählen.
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Als Durchflußgeschwindigkeit wurde in vorstehenden Beispiel 0,9 m/sec
verwendet, sie lag damit weitaus über der Sedimentationsgeschwindigkeit von maximal
0,1 m/sec der verwendeten KCl-Partikeln der Körnung von 0 bis 1,5 mm in der Hartsalzlauge.
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Zur Einstellung dieser Durchflußgeschwindigkeit wurde ein Rohrdurchmesser
mit kleinem Querschnitt von 20 mm verwendet, so daß sich bei dem großen Meßvolumen
von 5 1 eine Länge der Meßrohrstrecke von 15,9 m ergibt, die bei anders gewähltem
Meßvolumen bei gleichem Querschnitt eine Lauge zwischen 5 und 30 m aufweisen kann.
Bei abweichender Kornverteilung oder bei Trübekomponenten anderen spezifischen Gewichtes
muß die Durchflußgeschwindigkeit der veränderten Sedimentationsgeschwindigkeit angepaßt
werden, damit keine Verstopfung oder Kristalllisation in der Meßstrecke erfolgt.
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Die Abhängigkeit der Dimensionen der Meßstrecke von den Eigenschaften
der Feststoff-Flüssigkeit-Gemische zeigt im Vergleich zum vorgenannten Beispiel
die bei der Aufbereitung von Bleiglanz anfallende Trübe. Die Flotation von Bleiglanz
mit einem extrem hohen spezifischen Gewicht von 7,5 in Wasser erfordert für etwa
die gleichen wie im Beispiel der KCl-Flotation genannten Waagenausschläge und damit
für den gleich großen Zeigeausschlag je Prozent Trübedichte auf Grund der Änderung
des mittleren spezifischen Gewichtes der Trübe nur 21 Meßstreckenvolumen. Trotz
an sich erhöhter Sedimentationsgeschwindigkeit des PbS reicht bei diesem relativ
feinen Material ebenfalls eine Durchflußgeschwindigkeit von 1 m/sec aus, weil keine
Gefahr von Anwachsungen durch Kristallisation in der Leitung besteht.
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Bei 20 mm Rohrdurchmesser beträgt die Länge der Meßrohrstrecke dann
nur 6,4 m.
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Das Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Trübedichte wäßriger
Feststoff-Flüssigkeit-Gemische, insbesondere wäßriger Salzlösungen, ist für die
Kontrolle der Zusammensetzung anderer Feststoff-Flüssigkeit-Gemische geeignet, sofern
beide Komponenten nicht gleiches spezifisches Gewicht aufweisen. Es muß lediglich
die Waagenempfindlichkeit so groß sein, daß die in derMeßstrecke vorliegendeGewichtsdifferenz
zwischen zwei Trübedichteeinheiten, z. B. zwischen 29 und 300/o, am Zeigerausschlag
noch einwandfrei zu erkennen ist.
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Die hohe Meßgenauigkeit einer in der Praxis bewährten Vorrichtung
gemäß der Erfindung zeigt die nachfolgende Tabelle im Vergleich zu den durch Einzelanalysen
gewonnenen Werten: Vorrichtung gemäß der Erfindung (0/0) 40 36 42 44 38 40 Einzelanalyse(O/o).
. 39,9 35,8 42,1 43,5 38,2 40,3