DE19534232C2 - Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von aus nichtmetallischen oder teilweise metallischen Bestandteilen konglomerierten Festkörpern und zur Zerkleinerung homogener nichtmetallischer Festkörper - Google Patents
Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von aus nichtmetallischen oder teilweise metallischen Bestandteilen konglomerierten Festkörpern und zur Zerkleinerung homogener nichtmetallischer FestkörperInfo
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Description
Die Erfindung nach Anspruch 1 betrifft ein Verfahren zur Zerkleinerung und
Zertrümmerung von aus nichtmetallischen oder teilweise metal
lischen Bestandteilen konglomerierten Festkörpern und zur Zer
kleinerung homogener nichtmetallischer Festkörper durch
schnelle Entladung eines elektrischen Energiespeichers mit ho
her Spannungsamplitude.
Das Verfahren wird dazu verwendet, um verschiedenartige Substanzen
sortenselektiert aufzuschlüsseln. Hierzu sind die Festkörper
materialien in eine Flüssigkeit getaucht, die in einem ge
eigneten Gefäß gefaßt ist. Das Elektrodensystem aus Hochspan
nungselektroden und geerdeten Elektroden des elektrischen Ent
ladekreises ragt in das Gemisch aus Flüssigkeit und Festkör
per. Die Entladungen erfolgen einzeln oder in periodischen
Zeitabständen, letztere sind in der Höhe ihrer Folgefrequenz
durch die Dimensionierung der Bauteile der Anlage beschränkt,
im wesentlichen durch die Aufladekonstante des Energiespei
chers und notwendige Relaxationsprozesse wie Abbau der Blasen
bildung in der Prozeßflüssigkeit.
Zweck solcher Verfahren ist, die oben erwähnten konglomerier
ten Festkörper wie Beton, Stahlbeton, Metallkeramiken oder
sonstige zusammengesetzte, spröde Materialgemische oder spröde
nichtmetallische Körper mit homogener Zusammensetzung wie Gra
nit, Glas und Erze in die Bestandteile zu zerlegen oder ein
fach bis zu einer für einen Weiterverwendungsprozeß brauchba
ren Korngröße zu zerkleinern.
Fragmentierung von Festkörpern durch Schockwellen ist an sich
bekannt und wird oft unter dem Begriff elektrohydraulisches
Zerkleinern oder Zertrümmern (electrohydraulic comminution or
crushing) von festen oder spröden Körpern erwähnt. Überwiegend
handelt es sich dabei um Pulsentladungen von Kondensatorbänken
in Wasser mittels eines darin eingetauchten Elektrodensystems.
Die bei der Entladung entstehende Schockwelle wird entweder
durch ein fokussierendes Element (Parabolspiegel bei einem Li
thotripter) oder ohne solche Mittel auf das zu zertrümmernde
und zu zerkleinernde Material gelenkt. Die Intensitätsabnahme
der Schockwelle mit der Entfernung und die Reflexion und
Transmission an Grenzflächen ist dabei begrenzende Physik.
Ein Verfahren zum Zertrümmern von Erzen mit explosiver Ener
gie, die in einer Flüssigkeit freigegeben wird und eine Appa
ratur zur Durchführung des Verfahrens ist in der US-PS
3,207,447 angegeben. Dabei wird Erz mit der Flüssigkeit zu ei
nem Schlamm vermengt und in den Reaktionskessel gefüllt. Dort
werden dann periodisch Explosionen erzeugt, die die Erzparti
kel über die so erzeugte Schockwelle zertrümmern, so daß die
nutzbaren von den nutzlosen Bestandteilen getrennt werden kön
nen. Die Explosionen werden durch die Entladung eines elektri
schen Energiespeichers erreicht. Hierzu ragen Elektroden in
den im Gefäß gefaßten Schlamm.
Wesentliche Arbeiten auf diesem Gebiet der Materialzertrümme
rung wurden von sowjetischen Entwicklungsgruppen geleistet. In
der SU 1542619 A1 wird eine Anlage zur Steuerung einer elek
trohydraulischen Mühle offenbart. Auf das zu zerkleinernde
Material wird durch Schockwellen von außen (elektrohydrau
lisch) eingewirkt. Eine Steuerung führt die Anlage optimal und
hält den guten Wirkungsgrad in der Zertrümmerungseinrichtung
aufrecht.
In der SU 1719075 A1 wird ein Gefäß vorgestellt, in dem Mate
rialien durch Fokussieren der Schockwelle mit höherem Wir
kungsgrad zertrümmert werden können. Hierzu ist das Gefäß an
seiner Öffnung mit einer Einrichtung abgedeckt, die die von
der elektrischen Entladung zwischen Anode und Kathode ausge
henden Schockwelle reflektiert und auf den am Gefäßboden lie
genden Materialhaufen fokussiert. Dieser Deckel ist elastisch
mit der Gefäßwand verbunden, um die mechanische Belastung
durch die Schockwelle abzufedern.
In den zitierten Druckschriften ist das zugrunde liegende
Prinzip der Materialzertrümmerung die Erzeugung einer Schock
welle durch elektrische Entladung in der Flüssigkeit. Die so
erzeugte Schockwelle in dem Reaktionsgefäß wirkt von außen auf
die zu zertrümmernden Gegenstände ein (Elektrohydraulik).
Hierzu ist ein hoher Energieaufwand notwendig, denn die in die
Flüssigkeit getauchten harten oder spröden Materialien müssen
über Druckeinwirkung von außen her, vergleichbar Hammerschlä
gen, aufgebrochen werden. Eine Bilanz über den Energieeintrag
zeigt alleine bei physikalischer Betrachtung, daß über die
Schockwelleneinwirkung in den Festkörper in der Flüssigkeit
nicht beliebig viel Energie eingebracht werden kann, so daß
das Zerstörungsverfahren auf dieser Basis nur über höhere Ent
ladeströme und damit größere Energiespeicher verbessert werden
kann.
Die Intensität der Schockwelle nimmt bekanntermaßen mit 1/r²
vom Entstehungsort aus ab. An der Grenzoberfläche Flüssig
keit/Festkörper wird die ankommende Schockwelle aufgeteilt,
und zwar werden dort bei Wasser als Flüssigkeit etwa 2/3 re
flektiert und etwa 1/3 dringt in den zu zerstörenden Körper,
Granit z. B., ein. Der Energieeintrag in den Festkörper über
elektrohydraulische Einwirkung ist also anteilmäßig klein.
Die Erhöhung der Speicherenergie über eine vergrößerte Konden
satorbatterie bedeutet höhere Entladeströme, die eine stärkere
Belastung der Bauteile über Strombelastung (an schaltenden
Bauteilen) und Schockwelle (Erschütterung an besonders expo
nierten Bauteilen im Reaktionsgefäß) mit sich bringt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das elektrohydrauli
sche Zertrümmerungsverfahren mittels Schockwellen so zu ergän
zen oder zu ersetzen, daß mit einem erheblich höheren Energie
eintrag in den zu zerstörenden Körper eine Zertrümmerung mit
weniger Energieaufwand erreicht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahrensschritte
des Anspruchs 1 unter Einhaltung der angegebenen Parameterbe
reiche gelöst. Der apparative Aufbau kann dabei ein für das
jeweilige Material geeigneter sein, der sich neben der übli
chen Materialunterbringung in der Flüssigkeit auch an der
leichten Materialbeschickung und raschen Materialentnahme ori
entiert.
Der wesentliche Gedanke, der einen entscheidenden Fortschritt
brachte, entsprang aus Erkenntnissen bei Experimenten und den
dabei erhaltenen Messungen, die anhand eines Modells und daran
begründeter Spannungs-Zeit-Verläufen erläutert werden sollen.
In der Fig. 1a wird hierzu das elektrisches Modell gezeigt,
das der Deutung der Vorgänge bei der Entladung im Reaktionsge
fäß zugrunde liegt.
Legt man an eine Flüssigkeit und einen Festkörper einen Span
nungsimpuls mit sehr kleiner (steiler) Anstiegszeit - der
Elektrodenabstand sei gleich -, beobachtet man nach einem
zeitlichen Verzug τ einen elektrischen Durchschlag. Der zeit
liche Verzug τ ist um so kleiner, je höher die angelegte Span
nung ist. Fig. 2 zeigt solche Verzugskurven für Gestein, Was
ser, Transformatorenöl und Luft. Alle Kurven zeigen grundsätz
lich mit zunehmender Verzugszeit τ tendenziell ein nicht-lineares
Absinken der benötigten Durchschlagspannung, jedoch
ist der Abfall zeitlich nicht gleich und das Spannungsniveau
teilweise deutlich verschieden, also materialspezifisch. So
zeichnet sich Luft durch einen Verlauf der Spannungs-Zeit-Kurve
aus, der durchweg sehr niedrige Spannungswerte aufweist.
Transformatorenöl dagegen hat durchweg ein sehr hohes Span
nungsniveau.
An zwei Kurven in Fig. 2 ist zu erkennen, daß sich die Durch
bruchspannungskurve von einer Festkörperart (Stein) und Flüs
sigkeit (Wasser) schneiden. Wird die Durchbruchspannung in
dieser Schnittpunktszeit, 500 nsec für dieses Beispiel, er
reicht, kann der Durchbruch sowohl in Stein als auch in der
Flüssigkeit stattfinden. Steigt die Spannung schneller an als
in dieser Schnittpunktzeit, dann ist der Durchbruch in Stein
wahrscheinlicher. Steigt die Spannung langsamer an, dann ist
der Durchbruch in Wasser wahrscheinlicher. Die Neigung zum
Durchbruch ist natürlich um so wahrscheinlicher für das eine
oder andere Medium, je deutlicher der Spannungsanstieg dies
seits oder jenseits der Verzugszeit τ für den Schnittpunkt
ist. Die Verzugszeitangabe τ oder die Zeit τ bis zum erreichen
der Durchbruchspannungsamplitude in Anspruch 1 ist also mate
rialspezifisch. Sie hat sich nur für viele gesteinsartigen Ma
terialien und Erze als zuverlässig herausgestellt. Sie könnte
in dem einen oder andern Anwendungsfall bei sich schneidenden
Kennlinien von zu zerstörendem Material und Reaktionsflüssig
keit unter Berücksichtigung der Verzugszeit im Schnittpunkt
der beiden modifiziert werden.
Das verdeutlicht Fig. 3, bei der entlang beider, sich schnei
dender Kurven Toleranzbänder um die zugehörige Durchbruchspan
nungskurve gelegt sind. Der linke Eckpunkt des gemeinsamen
Überlappungsbereichs gibt die Verzugszeit τ an, für die sehr
sicher zuerst der elektrische Durchbruch im Festkörper (Stein)
stattfindet. Eine Entladung im Wasser findet wegen dieses
Spannungszusammenbruchs im Gestein nicht statt (siehe Fig.
1a).
Der rechte Eckpunkt des gemeinsamen Überlappungsbereichs gibt
den Verzugszeitpunkt an, ab dem sicher der Durchbruch in der
Flüssigkeit stattfindet.
Eine Zwischenstellung nimmt die Situation ein, wenn zwischen
den Elektroden Wasser und Gestein ist, also der Festkörper in
die Flüssigkeit eingetaucht ist (Fig. 1b). Während des An
steigens der Spannung entstehen im Gestein schon bei geringe
ren Feldstärken Ladungsträger, die entlang der elektrischen
Feldlinien verschoben werden und aufgrund dieser Wegverkürzung
zu einer erhöhten Feldstärke im verbliebenen Wasserweg führen.
Nach Fig. 2 erreicht die Feldstärke dann lokal die Durch
bruchfeldstärke in der Flüssigkeit, so daß die Entladung durch
das Gestein und Wasser gleichzeitig verläuft.
Die Vertikale durch den Schnittpunkt beider Kurven (Fig. 4)
bei etwa 500 nsec trennt die Bereiche, Zerstörung durch äußer
lich einwirkende Schockwelle (Kompressionszerstörung) und Zer
störung, hervorgerufen durch den Stromfluß durch den Festkör
per (Explosionszerstörung). Um die Entladung sicher im Gestein
zu provozieren, sollte der Spannungsanstieg aufgrund Fig. 3
(Toleranzbänder) wesentlich unterhalb dieser Zeit τ = 500 nsec
erfolgen. Für das in Fig. 4 gezeichnete Beispiel wurde für
das sichere Stromflußregime ein Spannungsanstieg bis zur
Durchbruchspannung unterhalb der Verzugszeit von 200 nsec ge
wählt. Würde statt Wasser Luft verwendet werden, erfolgte auf
jeden Fall eine Entladung in Luft. Würde statt Wasser eine
elektrisch isolierende Flüssigkeit gemäß Anspruch 3 verwendet
werden, das könnte z. B. Transformatoröl, ein Alkohol oder
sonst eine Flüssigkeit mit hohem elektrischen Isolationvermö
gen sein, wäre das Unterschreiten dieser beschränkenden Ver
zugszeit nicht so problematisch, da dann auf jeden Fall die
Entladung durch den eingetauchten Festkörper ginge.
Eine solche Anlage kann also sehr viel effizienter als im rei
nen elektrohydraulischen Regime betrieben werden, wenn:
- - sich die Feldstärke zwischen den Elektroden in den Grenzen zwischen 10 kV/mm und 30 kV/mm hält,
- - der Spannungsanstieg bis zur Durchbruchspannung innerhalb 200 nsec erfolgt, oder allgemeiner: der Zuverlässigkeit we gen erheblich kleiner als die Verzugszeit im Schnittpunkt des flüssigen und festen Reaktionsmediums im Reaktionsgefäß ist, und
- - die Energieeinkopplung entlang des Entladepfads im Festkör per, bezogen auf diesen Weg, sich in den Schranken zwischen 12 J/mm und 40 J/mm hält.
Der Energieeintrag pro Entladung bestimmt den Wirkungsmecha
nismus im Festkörper. Der Parameterbereich ist so gewählt, daß
im Festkörper längs des Entladewegs durch Energieeinkopplung
ein Zerreißen des Körpers durch die im Innern erzeugte Schock
welle erfolgt, sozusagen ein Explosionszerreißen. Sie kommt
folgendermaßen zustande:
Die in sehr kurzer Zeit entlang des Entladepfads eingekoppelte Wärme wird nicht und kann nicht über Wärmeleitung ausreichend schnell abgeführt, sondern löst über Geschwindigkeitskomponen ten der Atome, weggerichtet vom Entladekanal, eine Schockwelle im Festkörper aus. Die Wirkung der Schockwelle wird durch die Überlagerung reflektierter Anteile der Schockwelle an den Grenzflächen des Festkörpers zum flüssigen Medium hin ver stärkt, wodurch der Festkörper zusätzlich noch in Fraktionen zerlegt wird.
Die in sehr kurzer Zeit entlang des Entladepfads eingekoppelte Wärme wird nicht und kann nicht über Wärmeleitung ausreichend schnell abgeführt, sondern löst über Geschwindigkeitskomponen ten der Atome, weggerichtet vom Entladekanal, eine Schockwelle im Festkörper aus. Die Wirkung der Schockwelle wird durch die Überlagerung reflektierter Anteile der Schockwelle an den Grenzflächen des Festkörpers zum flüssigen Medium hin ver stärkt, wodurch der Festkörper zusätzlich noch in Fraktionen zerlegt wird.
Der Vorteil einer im Material selbst erzeugten Schockwelle im
Vergleich mit einer von außen auf den Körper einwirkenden ist
anhand des weiter oben im Eingang erläuterten unvergleichlich
höher. Die im Festkörper um den Entladekanal herum erzeugte
Schockwelle verliert durch Transmission an der Festkörper
grenzfläche nur etwa 1/3 der Intensität zum flüssigen Prozeß
medium hin, 2/3 werden dort reflektiert und belasten den Kör
per bei der Wanderung durch ihn weiterhin. Es wird durch die
ses Modell verständlich, daß die im Körper erzeugte Schockwelle
und die dadurch bewirkte Explosionszerreißung eine sehr
viel höhere Belastung für den Körper bedeutet als die Schock
welleneinwirkung von außen in Form einer Kompression auf den
Körper.
In einer kleinen Laboranlage wurde die Auswirkung an Gestein
in Wasser überprüft. Für die Entladung nur in Wasser, also
Schockwelle von außen auf den Körper, wurden mehr als
10 kJ/Puls für die Kompressionszerstörung benötigt, für die
Entladung im Festkörper, also Stromfluß durch ihn und damit
Explosionszerreißung, wurde das mit 0.6 bis 1 kJ/Puls er
reicht. Das ist ein um eine Größenordnung geringerer Energie
aufwand.
Durch wiederholte Entladevorgänge können die in der Pro
zeßflüssigkeit eingetauchten Festkörper sukzessive auf eine
vorgegebene Korngröße herunter zerkleinert werden. Bei Glas
kann eine Korngröße des zerstörten Guts bis herunter zu 40 µm
erreicht werden, ohne die Anstrengungen dafür zu verstärken.
Die minimal erreichbare Korngröße mit dieser Methode ist mate
rialspezifisch und kann durch Tests in einer Laboranlage rasch
ermittelt werden.
Weitere Verfahrensschritte, die sich in dem einen oder andern
Zertrümmerungsvorhaben als vorteilhaft herausstellen, betref
fen die Auswahl der Prozeßflüssigkeit, wie sie in den Unteran
sprüchen 2 und 3 gekennzeichnet sind.
Welche Flüssigkeit für die Zerkleinerung und Zertrümmerung des
darin eingetauchten Materials verwendet wird, wird durch
vielerlei Gründe festgelegt. Primär wird es die hohe Wirksam
keit der Materialzertrümmerung sein. Wichtig ist, wie das
Gemisch aus Prozeßflüssigkeit und darin vorhandener Fraktionen
weiterbehandelt, getrennt und aufbereitet bzw. entsorgt wer
den kann. Anspruch 2 kennzeichnet deshalb als Prozeßflüssigkeit
Leitungswasser oder entmineralisiertes Wasser, mit dem die
Mindestzeit im Spannungsanstieg aufgrund des Schnittpunkts der
Durchschlagkurve von Wasser mit der vom Festkörper unter
schritten werden muß. Anspruch 3 dagegen kennzeichnet elek
trisch gut isolierende Flüssigkeiten, wie Transformatorenöle,
Alkohole, Paraffine in flüssiger, also erwärmter Form oder
flüssige Substanzen, gekühlt oder erwärmt, mit denen auf jeden
Fall ein Durchbruch im Festkörper erreicht wird. Allerdings
sind zu treffende Vorsichtsmaßnahmen hinsichtlich der Umwelt
belastung dabei nicht zu übersehen, und könnten daher eine
sehr wirksame Prozeßflüssigkeit durchaus disqualifizieren.
Sind andererseits die zu prozessierenden Festkörper nicht hart
oder spröde genug, kann dies durch eine kalte Prozeßflüssig
keit erreicht werden. Flüssiger Stickstoff ist bekannterweise
eine solche Flüssigkeit, mit der Versprödung erreicht werden
kann.
Grundsätzlich sollte sie chemisch nicht reaktionsfreudig sein.
Flüssige Luft oder gar flüssiger Sauerstoff scheidet daher
ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen als Prozeßflüssigkeit aus.
Die Prozeßflüssigkeit kann durchaus eine Mehrkomponenten-Flüs
sigkeit mit den genannten Eigenschaften sein, wie das Anspruch
4 kennzeichnet.
Anspruch 5 kennzeichnet die Polaritätswahl der Hochspannung.
Erfahrungsgemäß hat sich herausgestellt, daß eine positive Po
larität der Hochspannung an der in die Flüssigkeit getauchten
einen Elektrode und die auf Erdpotential gelegte andere Elek
trode in Form eines des Siebes etwa, durch das die kleinen
Fraktionen fallen, effizienter arbeitet, als hätte die hoch
liegende Elektrode negative Polarität. Das läßt sich am Model
des Gasdurchbruchs zwischen Anode und Kathode plausibel erläu
tern.
Das Verfahren läßt sich sehr vielseitig verwenden. Es eignet
sich zur Freilegung von Edelmetall-Einschlüssen sowie Edel
stein- oder sonstigen Mineralien-Einschlüssen in Naturgestein.
Breiter noch kann das Verfahren zur Zerlegung kristallin hete
rogener Körper in seine Bestandteile oder auch zur Auftrennung
von Metall-Keramik-Verbundstoffen verwendet werden. Darüber
hinaus eignet sich das Verfahren zur Auftrennung von Metall-Kunststoff-Verbindungen
oder zur Auftrennung von Kunststoff-Keramik-Verbindungen
oder auch zur Auftrennung eines Verbundes
aus Metall, Keramik und Kunststoff.
Zusammenfassend wird hervorgehoben, daß erst das Einstellen
der Parametersätze unter Einhaltung der (eventuell spezifi
schen) Zeit für das Erreichen der Durchbruchspannungs
amplitude, wie sie in Form der beiden Ungleichungen im An
spruch 1 aufgeführt sind, ein Zerkleinern oder Zertrümmern des
festkörperartigen Materials über Explosionszerstörung mit mi
nimalem Energieaufwand möglich ist. Die Kompressionszerstö
rung (Elektrohydraulik) benötigt für die selbe Wirkung einen
um mindestens eine Größenordnung höheren Energieaufwand.
Das erfinderische Verfahren wurde oben schon ausführlich er
läutert und erklärt.
Der vollständig halber soll der Aufbau
und die Wirkungsweise einer Anlage, mit der das Verfahren
durchgeführt werden kann, kurz beschrieben werden. Zu den
schon beschriebenen Figuren der Zeichnung kommen noch zwei
weitere über einen prinzipiellen Anlagenaufbau und ein bei
spielhaftes Reaktionsgefäß hinzu. Die Zeichnung besteht somit
aus:
Fig. 1a Modell zur Betrachtung der Entladevorgänge;
Fig. 1b Modell zur Betrachtung der Entladevorgänge;
Fig. 2 Verlauf der Durchschlagspannung in Abhängigkeit der
Verzugszeit;
Fig. 3 Verlauf der Durchschlagspannung im Toleranzband;
Fig. 4 Einteilung der Fig. 2 in das Stromfluß- und Schock
wellen-Regime;
Fig. 5 Aufbau der Zertrümmerungsanlage und
Fig. 6 das Reaktionsgefäß im Schnitt.
Zunächst wird Fig. 1a nochmals vom elektrischen Aufbau her
kurz erläutert. Sie zeigt das elektrische Schema für die Er
mittlung der Durchschlagspannungs-Kurven. Die Quelle 13, die
aus Stromrichter und Transformator besteht, speist den Konden
sator 10, der sich dann über die Funkenstrecke 14 in die Last
16 entlädt. Die Last 16 besteht aus der elektrisch parallelen
Anordnung aus Festkörper und Flüssigkeit.
Eine beispielhafte Zertrümmerungs- und Zerkleinerungsanlage
ist in Fig. 5 dargestellt. Das Reaktionsgefäß 1 befindet sich
auf einem Gestell 2. In dem Gestell 2 ist das Auffanggefäß 3
für die durch das Sieb 4 gesunkenen Fraktionen 5, die sich am
Boden ablagern. Das Sieb 4 liegt an Erdpotential. Das Reakti
onsgefäß 1 besteht aus einem schlagzähen Kunststoff, der die
Stöße bei den Entladungen abfangen kann. Die angedeuteten
Ringe 6 sind mechanische Verstärkungsringe, die darüber hinaus
den elektrischen Kriechweg verlängern, so daß eine Kriechent
ladung entlang des Reaktionsgefäß zumindest sehr erschwert
oder gar völlig unterbunden ward. In das Reaktionsgefäß hinein
ragt die positiv polarisierte Hochspannungselektrode 7. Sie
ist mit dem Energiespeicher 8 verbunden. Der Energiespeicher 8
besteht aus der Kondensatorbatterie 10 und der Spannungsver
vielfacherschaltung 9.
Der gesamte Energiespeicher steht ebenfalls auf einem Gestell
11, unter dem sich der Steuerschrank 12, der Stromrichter
transformator 13 und die Schaltstrecke 14 zum Energiespeicher
8 befindet.
Ohne hier auf die technischen Besonderheiten einzugehen, wird
Fig. 6 im schematischen Aufbau kurz erläutert. Der Schnitt
durch die Wand des Reaktionsgefäßes 1 zeigt die konstruktive
Anordnung. Das halbkugelförmige Sieb 4 hat eine Maschen- oder
Lochweite derart, daß Fraktionen mit der gewünschten Korngröße
durchfallen oder durchsinken können und sich am Boden des Auf
fangefäßes 3 absetzen. Von dort können diese durch die Boden
öffnung zusammen mit der Flüssigkeit abgesaugt werden. Das
Sieb 4 bildet die geerdete Elektrode 4. Das Reaktionsgefäß 1
ist mit einem Deckel 20 abgedeckt, durch den hindurch die
Hochspannungselektrode 7 in das Gefäßinnere so ragt, daß die
Elektrodenspitze den vorgegebenen Abstand zum Sieb 4 einnimmt.
Die Hochspannungselektrode 7 ist über einen langen Weg im Re
aktionsgefäß 1 von einem zylindrischen Isolator 21 umgeben,
der parasitäre Entladungen in die eingefüllte Prozeßflüssig
keit unterbindet. Die Ausbuchtungen 6 sind die oben erwähnten
Ringe zur mechanischen Stütze des Reaktionsgefäßes und zur
Verlängerung des elektrischen Kriechwegs.
Anlagen solcher Art und für solche Verwendungen haben die
vielfältigsten konstruktiven Ausgestaltungen, insbesondere
wenn sie in Aufbereitungsprozesse eingebettet sind.
Claims (5)
1. Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von aus
nichtmetallischen oder teilweise metallischen Bestandteilen
konglomerierten Festkörpern und zur Zerkleinerung homogener
nichtmetallischer Festkörper durch schnelle Entladung eines
elektrischen Energiespeichers, wobei die Festkörper oder
Festkörperfragmente hierzu in die elektrisch nicht- oder
nurmehr schwachleitende, in einem Gefäß gefaßte Prozeßflüs
sigkeit eingetaucht sind, in die ein System aus Hochspan
nungselektroden und geerdeten Elektroden in vorgegebenem Ab
stand ihrer Enden zueinander in das Gemisch aus Prozeßflüs
sigkeit und Festkörper hineinragt,
bestehend aus den folgenden Schritten pro Energiespeicher
entladung,
- - der Abstand 1 der Enden der Hochspannungselektrode und geerdeten Elektrode zueinander wird derart eingestellt, daß die Feldstärke zwischen den Elektrodenenden während des Impulses Werte zwischen 10 kW/mm < U/1 < 30 kV/mmerreicht,
- - die Dimensionierung des Entladekreises LC wird so gehal ten, daß der Hochspannungsimpulsanstieg bis zur Durch bruchspannungsamplitude in t < = 200 nsecerfolgt,
- - der durch die Spannung und die Kondensatorkapazität be dingte Energieeintrag der Entladung bezogen auf den Ent ladeweg 1 wird in den Schranken 12 J/mm < 1/23fCU²/1 < 40 J/mmgehalten,
- - die Festkörper oder Festkörperfragmente werden durch in ihnen entlang der internen Entladewege ausgelöste Schockwellen explodiert,
- - die Festkörper oder Festkörperfragmente werden entlang der zeitlich sich später entwickelnden Entladewege in der Prozeßflüssigkeit durch dadurch ausgelöste Schock wellen zusätzlich zertrümmert (komprimiert).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Flüssigkeit Leitungswasser und/oder entmineralisiertes
Wasser verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Flüssigkeit eine hochspannungsisolierende Flüssigkeit ver
wendet wird, deren Durchbruchspannungskurve durchweg höher
verläuft als die der in sie getauchten, zu prozessierenden
Festkörper.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Flüssigkeit ein Wasser-Glykol-Gemisch oder ein Wasser-Alko
hol-Gemisch oder ein Mehrkomponenten-Gemisch daraus ist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Polarität der Hochspannung materialspezifisch und nach
Effektivität der Zertrümmerung positiv oder negativ einge
stellt wird.
Priority Applications (5)
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---|---|---|---|
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EP96930040A EP0850107A1 (de) | 1995-09-15 | 1996-08-14 | Verfahren zur zerkleinerung und zertrümmerung von aus nichtmetallischen oder teilweise metallischen bestandteilen konglomerierten festkörpern und zur zerkleinerung homogener nichtmetallischer festkörper |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19534232A1 DE19534232A1 (de) | 1997-03-20 |
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DE1995134232 Expired - Lifetime DE19534232C2 (de) | 1995-09-15 | 1995-09-15 | Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von aus nichtmetallischen oder teilweise metallischen Bestandteilen konglomerierten Festkörpern und zur Zerkleinerung homogener nichtmetallischer Festkörper |
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