DE19727534A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von mineralischen Feststoffen, insbesondere von Kies und Sand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 3 sowie eine Vorrichtung nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 6 und 13 zur Durchführung der Verfahren.

Bekannt sind Waschverfahren und Vorrichtungen zum Reinigen von Kies und Sand, wie beispielsweise das Trommelwaschverfahren, Schwertwäschen und das Wasserstrahl­ waschverfahren.

Ein Verfahren und eine Einrichtung zum Wässern und Trocknen von Schlämmen beschreibt die DE-33 08 540 A1. Hierbei wird Sand aus dem Schlammwasser einer Kieswäscherei gewonnen bzw. getrennt und danach getrocknet.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Reinigen von kontaminierten Böden gibt die DE-38 01 150 A1 an. Bei einem mehrstufigen Waschverfahren wird ein Aufgabengut, beispielsweise Sand, in einer Kieswäsche mit Hilfe von oberflächenaktiven Stoffen geläutert, wobei die kohlenstoffwasserhaltigen Schadstoffe von den Bodenpartikeln abgelöst werden und im Waschwasser emulsieren. Dieses wird mehrfach wiederholt, bis ein weiteres Abtrennen von Schadstoffen erreicht wird.

Der Nachteil dieser bekannten Waschverfahren ist, daß die Feststoffe unzureichend vom Abfall bzw. Dreck gereinigt werden. Nachteilig ist auch, daß ein hoher Anlagenaufwand notwendig ist, der wiederum einen hohen Energiebedarf bewirkt. Um eine größere Reinigung zu erreichen, werden lange Bearbeitungszeiten in Kauf genommen.

Mit einem Entwässerungsschöpfrad zur Rückgewinnung von Feinsand befaßt sich die DE-42 34 796 A1. Durch den besonderen Aufbau dieses Entwässerungsschöpfrades lassen sich Strömung und Absetzbewegung in einer Wanne so beeinflussen, daß mehr Feinsand gewonnen wird und ein Abwasser mit höherer Konzentration an Abfall und Dreck (Lehm und Schlamm) an Überstromrinnen der Wanne abfließt. Das so abgepumpte Wasser kann einer vorgeschalteten Kieswaschanlage zurückgeführt werden.

Die DE 26 49 677 A1 und die DE-43 21 664 A1 beschreiben die Erzeugung von Hochleistungspulsen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Reinigung von mineralische Feststoffen anzugeben, bei dem der Zeitaufwand verringert wird sowie eine Vorrichtung aufzuzeigen, die mit weniger Anlagenaufwand auskommt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und 3 sowie der Patentansprüche 6 und 13 gelöst.

Durch die Verwendung von Hochleistungspulsen, die durch eine Funkenentladung zwischen Elektroden im Wasser erzeugt werden, werden mineralische Feststoffe mit Druckimpulsen und deren Druckwellen bzw. Stoßwellen beaufschlagt. Dadurch wird eine Oberflächenspannung der Feststoffe durch Druck und Zug beansprucht und die Haftung der Verunreinigungen an der Oberfläche der Feststoffe reduziert. Bei der Verwendung eines gekapselten Energiewandlers ist zudem eine trockene Reinigung der mineralischen Feststoffe möglich.

Verfahrensvorteile sind das Erreichen eines Reinigungsgrads von sehr hoher Qualität, wobei nach dem Reinigungsprozeß ein 99%-iger Reinigungsgrad der Feststoffe realisiert wird. Gleichfalls wird die aufzuwendende Energie durch eine bessere Energieumsetzung durch die Umwandlung der Energie des Hochleistungspulses in einen Druckimpuls gegenüber bekannten Reinigungsverfahren von mineralischen Feststoffen bis zu 40% verringert.

Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Durch die Verwendung einer oder auch gleichzeitig mehrerer Elektrodenanordnungen bzw. gekapselter Energiewandler zur Reinigung der mineralischen Feststoffe erfolgt neben einer Senkung Reinigungsprozeß ergibt sich durch die verringerte Verweildauer der mineralischen Feststoffe in der neuartigen Reinigungsanlage.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß mineralische Feststoffe mit unterschiedlicher Größe gleichzeitig und ohne Umrüstung der Anlage gereinigt werden können.

Anhand eines Ausführungsbeispieles mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Reinigungsanlage,

Fig. 2 eine weitere Transportvariante von Feststoffen,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer Mehrfachelektrodenanordnung,

Fig. 4 Gehäuse für eine Elektrodenanordnung,

Fig. 5 eine weitere Darstellung des Gehäuses eines Hochleistungspulswandlers.

In Fig. 1 ist eine Prinzipdarstellung einer Reinigungsanlage 1 dargestellt. Mit 2 ist dabei eine Aufgabegutstation (Trichter) für einen zu reinigenden mineralischen Feststoff 3, beispielsweise ein zu reinigender Kies, bestehend aus einem Feststoff 3.1 und Verunreinigungen 3.2, beispielsweise Kieskörnern 3.1 und Dreckpartikeln 3.2, gekennzeichnet. Diese Aufgabegutstation 2 befindet sich vorzugsweise oberhalb eines Bearbeitungsraumes 4, beispielsweise einer Wanne, die mit einem Arbeitsmedium 5, beispielsweise Wasser, gefüllt ist. Unterhalb der Aufgabegutstation 2 befindet sich eine Transporteinrichtung 6, die vorzugsweise innerhalb der Wanne 4 angeordnet ist. Die Transporteinrichtung 6 wird durch einen Antrieb 7 angetrieben und steht mit einem weiteren Antrieb 8 einer weiteren Transporteinrichtung 9 dann in Verbindung, wenn die Kieskörner 3.1 und Dreckpartikei 3.2 aus dem Bearbeitungsraum 4 transportiert werden müssen. Diese Transporteinrichtungen 6 und 9 weisen behälterähnliche Aufsätze 10 bzw. 11 zum Halten und transportieren des zu reinigenden Kieses 3 auf. In vorteilhafter Ausgestaltung besitzen diese Aufsätze 10 und 11 siebartige Böden, so daß neben dem Wasser 5 bereits kleinere Dreckpartikei 3.2 durch diese Böden und damit durch die Transporteinrichtungen 6 und 10 aus diesen gelangen können.

Im Wasser 5, innerhalb der Wanne 4, befindet sich eine Elektrodenanordnung 12, bestehend aus einer Elektrode 12.1 und einer weiteren Elektrode 12.2, die als Gegenelektrode fungiert. Mit Anlegen einer Spannung erfolgt zwischen der Elektrode 12.1 und der Gegenelektrode 12.2 in bekannter Art und Weise eine Funkenentladung. Die Spannung wird in einer Energieversorgung 13, bestehend aus einer nicht näher dargestellten Impulsgleichstromquelle und einer ebenfalls nicht näher dargestellten Kondensatorbatterie, in herkömmlicher Art und Weise erzeugt. Die Funkenentladung selbst ruft einen Hochleistungspuls 14 hervor, der im Arbeitsmedium Wasser 5 einen Druckimpuls mit nachfolgender Druckwelle auslöst. Die Elektrodenanordnung 12 ist höhen-, längs- und querverstellbar angebracht, so daß diese in alle Richtungen bewegt werden kann. Neben der Wanne 4 befindet sich ein Auffangcontainer 15 mit einer besonderen Gestaltung zum Auffangen der Dreckpartikel 3.2. Oberhalb dieses Auffangcontainers 15 ist eine Wasserdüse 16 angeordnet, die vorzugsweise auf die Stirnseite der Transporteinrichtung 9 gerichtet ist.

Das Reinigungsverfahren läuft dabei wie folgt ab:
Der zu reinigende Kies 3 gelangt von der Aufgabengutstation 2 auf die Transporteinrichtung 6, die den zu reinigenden Kies 3 in eine Wirkzone, d. h. dem örtlichen Bereich der größten Energieumsetzung des Hochleistungspulses 14 transportiert. Bereits während der kontinuierlichen, stetig gleichmaßigen Zufuhr des zu reinigenden Kieses 3 unterhalb der Elektrodenanordnung 12 wird der Hochleistungspuls 14 in der Energieversorgung 13 erzeugt. Der Hochleistungspuls 14 ruft dann über die Elektroden 12.1 und 12.2 eine Funkenentladung im Wasser 5 und dadurch eine Stoßwelle hervor. Der Hochleistungspuls 14 besitzt dabei ein Energiebereich von 1 J bis 10 kJ, wobei die Größe der Energiezufuhr im benannten Energiebereich und die Pulshäufigkeit des Hochleistungspulses 14 von der Größe der Kieskörner 3.1 und der Menge der anhaftenden Dreckpartikeln 3.2 sowie dem Anhaftungsgrad abhängig ist. Die im Wasser 5 entstehende, d. h. sich aufbauende Stoßweile, beansprucht den zu reinigenden Kies 3 an seiner Oberfläche auf Druck und Zug. Die Verbindungskräfte zwischen den Oberflächen der Kieskörner 3.1 und den Dreckpartikeln 3.2 werden aufgehoben. Dadurch lösen sich die an der Oberfläche der Kieskörner 3.1 anhaftenden Dreckpartikel 3.2, so daß die Oberfläche der Kieskörner 3.1 von den Dreckpartikeln 3.2 befreit bzw. gelöst werden. Hierbei können sich ein Teil der Dreckpartikel 3.2 mit dem Wasser 5 vermischen. Über die weitere Transporteinrichtung 9 werden die Kieskörner 3. 1 sowie die Dreckpartikel 3.2 aus der Wirkzone und damit aus der Wanne 4 heraustransportiert. Dabei erhält vermischen. Über die weitere Transporteinrichtung 9 werden die Kieskörner 3. 1 sowie die Dreckpartikel 3.2 aus der Wirkzone und damit aus der Wanne 4 heraustransportiert. Dabei erhält die Transporteinrichtung 9 die Kieskörner 3.1 und die verbliebenen Dreckpartikel 3.2 direkt von der Transporteinrichtung 6, da beide in direkter Transportverbindung stehen. Die restlichen Dreckpartikel 3.2, die sich noch an den Kieskörnern 3.1 befinden, werden mittels Wasserstahl aus der Wasserdüse 16 abgespült. Diese Dreckpartikel 3.2 fallen dabei durch ein Sieb 17 im Auffangcontainer 15, während die gereinigten Kieskörner 3.1 gleichfalls in den Auffangcontainer 15 fallen. Die Trennung des Wassers 5 und des Wassers aus der Wasserdüse 16 von den Dreckpartikeln 3.2 unterhalb des Siebes 17 kann durch Filterung und Absaugen in bekannter Art und Weise oder durch ein zusätzliches Entwässerungsschöpfrad erfolgen, so daß das Wasser wieder verwendbar ist. Dreckpartikel 3.2 im Bearbeitungsraum können durch eine Filtereinheit 18 gebunden werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, besteht die Möglichkeit, die Transporteinrichtung 6 als Schräge auszuführen. Die verdreckten Feststoffe 3, beispielsweise zu reinigender Sand, besteht dabei aus Sandkörnern 3.1 und Dreckpartikeln 3.2. Die Zufuhr des zu reinigenden Sandes 3 erfolgt mit Hilfe der Schräge 6. Diese Schräge 6 ist an ihrem oberen Ende mit einer Vibrationsmaschine 19 verbunden. Unterhalb der Schräge 6 befindet sich die Transporteinrichtung 9, die die gereinigten Sandkörner 3.1 sowie größere Dreckpartikei 3.2 aus der Wanne 4 mit dem Wasser 5 heraustransportiert. Die Transporteinrichtung 9 weist auch hierbei behälterähnliche Aufsätze 11 zum Transport der gereinigten Sandkörner 3.1 sowie der größeren Dreckpartikel 3.2 auf. In vorteilhafter Weise bestehen die Böden dieser Aufsätze 11 aus einem Haarsiebgeflecht, so daß nur die gereinigten Sandkörner 3.1 und größere Dreckpartikel 3.2, nicht aber das Wasser 5 aus der Wanne 4 gebracht werden. Die Schräge 6 weist einen zur Ebene verlaufenden Winkel α von vorzugsweise 30° auf, wobei bei größeren Sandkörnern 3.1 eine Winkelreduzierung vorgenommen wird, damit kein zu schneller Transport in der Reinigungsanlage 1 und damit aus der Wirkzone des Hochleistungspulses 14 erfolgt. Die Elektrodenanordnung 12 befindet sich vorzugsweise parallel zu dieser Schräge 6. Der Transport des zu reinigenden Sandes 3 erfolgt durch Vibration an der Schräge 6 durch die Vibrationsmaschine 19. Kleinere Dreckpartikei 3.2 verbinden sich auch hierbei mit dem Wasser 5, größere Dreckpartikel 3.2 und die gereinigten Sandkörner 3.1 werden über die Transporteinrichtung 9 aus der Wanne 4 befördert. Auch hier werden die verbliebenen Dreckpartikel 3.2 mit Hilfe des Wasserstrahles aus der Wasserdüse 16 von den Sandkörnern 3.1.

Es können mehrere Elektrodenanordnungen 12 in Reihe zur Transporteinrichtung 6 und zur Schräge 6 sowie über deren gesamten Breite angeordnet sein, wie in Fig. 3 dargestellt. Hierbei werden mehrere Elektroden 12.1 und 12.2 über die gesamte Breite der Transporteinrichtung 6 bzw. Schräge 6 angebracht, so daß eine gezieltere und kürzere Reinigung der zu reinigenden Feststoffe 3 möglich ist.

Durch eine besondere konstruktive Gestaltung eines zusätzlichen Gehäuses 20 für die Elektrodenanordnung 12 wird der Energieumsatz in der Reinigungsanlage 1 erhöht. Dabei ist, die in Fig. 4 schematisch dargestellt, die Innenwand des Gehäuses 20 teilelliptisch, so daß eine Fokussierung der durch den Hochleistungspuls 14 erzeugten Stoßwelle in Richtung der zu reinigenden Feststoffe 3 erfolgt.

Es versteht sich von selbst, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Änderungen möglich sind.

Für eine trockene Reinigung der zu reinigenden mineralischen Feststoffe 3 (Fig. 5), ist ein gekapselter Energiewandler 30 mit der darin befindlichen Elektrodenanordnung 12 und einer Flüssigkeit 31 nutzbar. Hierbei werden die Hochleistungspulse 14 an einer Membran 32 des Energiewandlers 30 in Druckimpulse 33 umgewandelt und direkt auf die Feststoffe 3 zur Trennung von den Dreckpartikeln 3.2 eingeleitet. Dazu werden die zu reinigenden Feststoffe 3 direkt der Wirkzone der Druckimpulse 33 zugeführt. Erfolgt die Zuführung der zu reinigenden Feststoffe 3 mit Hilfe einer Transporteinrichtung 34, ist unter die Transporteinrichtung 34 eine schwingungsdämpfende Einrichtung 35 anzuordnen, damit die Feststoffe 3 und damit die Transporteinrichtung 6 bei der Druckbeanspruchung durch den Druckimpuls 33 nicht in Schwingung geraten. Die Transporteinrichtung 6 weist behälterähnliche Aufsätze 10 auf, die vorzugsweise einen siebartigen Boden besitzen und aus einem stabilen Material zur Aufnahme der Druckkraft aus dem Druckimpuls 33 bestehen. Gelöste Dreckpartikel 3.2 fallen durch den siebartigen Boden. Auch hier kann eine Nachreinigung mit Hilfe des Wasserstrahles aus der Wasserstrahldüse 16 erfolgen. Die Anordnung mehrerer gekapselter Energiewandler 30 ist gleichfalls möglich. Dieser gekapselte Energiewandler 30 kann auch ins bereits beschriebenen Bearbeitungsraum 4 eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1

Reinigungsanlage

2

Aufgabegutstation

3

Feststoff, verschmutzt

3.1

Feststoff

3.2

Verschmutzung

4

Wanne

5

Wasser (Arbeitsmedium als Hochleistungspuls)

6

Transporteinrichtung

7

Antrieb

8

Antrieb

9

Transporteinrichtung

10

Behalteraufsatz

11

Behalteraufsatz

12

Elektrodenanordnung

12.1

Elektrode

12.2

Elektrode

13

Energieversorgung

14

Hochleistungspuls

15

Auffangeinrichtung

16

Wasserdüse

17

Sieb

18

Filtereinheit

19

Vibrationseinrichtung

20

Gehäuse

30

Energiewandler

31

Flüssigkeit

32

Membran

33

Druckimpuls

34

Transporteinrichtung

35

schwingungsdämpfende Einrichtung

36

Behärteraufsatz

Claims (16)

1. Verfahren zum Reinigen von mineralischen Feststoffen, insbesondere von Kies und Sand, von Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die zu reinigenden Feststoffe (3) in einen mit einem Arbeitsmedium (5) gefüllten Bearbeitungsraum (4) eingebracht, in eine Wirkzone eines durch eine Funkenentladung an einer Elektrodenanordnung (12) erzeugten Hochleistungspulses (14) transportiert und die zu reinigenden Feststoffe (3) diesem Hochleistungspuls (14) ausgesetzt werden,
• - wobei der Hochleistungspuls (14) als Stoßwelle die zu reinigenden Feststoffe (3) an der Oberfläche auf Druck und Zug beansprucht, so daß Verbindungskräfte zwischen den Feststoffen (3.1) und den Verunreinigungen (3.2) aufgehoben und die Verunreinigungen (3.2) von den Feststoffen (3.1) abgelöst werden und
• - danach die gereinigten Feststoffe (3.1) und die abgelösten Verunreinigungen (3.2) dem Bearbeitungsraum (4) entnommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport der zu reinigenden Feststoffe (3) in die Wirkzone des Hochleistungspulses (14) mit Hilfe einer Transporteinrichtung (6) im Bearbeitungsraum (4) erfolgt.

3. Verfahren zum Reinigen von mineralischen Feststoffen, insbesondere von Kies und Sand, von Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die zu reinigenden Feststoffe (3) in eine Wirkzone eines gekapselten Energiewandlers (30) transportiert und einem an einer Membran (32) des Energiewandlers (30) erzeugten Druckimpuls (33) ausgesetzt werden,
• - wobei der Druckimpuls (33) durch einen Hochleistungspuls (14) im Energiewandler (30) an der Membran (32) hervorgerufen und über die Membran (32) direkt auf die zu reinigenden Feststoffe (3) eingeleitet wird, so daß Verbindungskräfte zwischen den Feststoffen (3.1) und den Verunreinigungen (3.2) aufgehoben und die Verunreinigungen (3.2) von den Feststoffen (3.1) abgetrennt und
• - danach die gereinigten Fest (3.1) und die abgetrennten Verunreinigungen (3.2) entnommen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochleistungspuls (14) in einem Energiebereich von 1 J bis 10 KJ arbeitet, wobei die Größe der notwendigen Energie und die Pulshäufigkeit abhängig von der Korngröße des Feststoffes (3.1) sowie des Verdreckungsgrades ist.

5, Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Entnahme der Feststoffe (3.1) und den Verunreinigungen (3.2) eine weitere Reinigung der Feststoffe (3.1) von den Verunreinigungen (3.2) mit Hilfe eines Wasserstrahles einer Wasserdüse (16) erfolgt.

6. Vorrichtung zum Reinigen von mineralischen Feststoffen, insbesondere von Kies und Sand, von Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufgabengutstation (2) zur Aufnahme der zu reinigenden Feststoffe (3) oberhalb eines Bearbeitungsraumes (4) angeordnet ist, weicher mit einem Arbeitsmedium (5) gefüllt ist und in dem sich eine Transporteinrichtung (6) zwischen der Aufgabengutstation (2) und einer Elektrodenanordnung (12) befindet, wobei die Elektrodenanordnung (12) oberhalb und parallel zu der Transporteinrichtung (6) und innerhalb des Arbeitsmediums (5) angebracht ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung (6) ein Transportband mit behälterartigen Aufsätzen (10) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung (6) eine Schräge ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Transport aus dem Bearbeitungsraum (4) zusätzlich eine weitere Transporteinrichtung (9) vorgesehen ist, an deren stirnseitigem Ende eine Wasserdüse (16) oberhalb eines Auffangcontainers (14) angebracht ist, wobei sich der Auffangcontainer (14) unterhalb der Transporteinrichtung (9) befindet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das der Bearbeitungsraum (4) eine Wanne ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium (5) Wasser ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Gehäuse (20) um die Elektrodenanordnung (12) eine teilelliptische Innenwand aufweist, wodurch eine Fokussierung der Stoßwelle in Richtung der zu reinigenden Feststoffe (3) erfolgt.

13. Vorrichtung zum Reinigen von mineralischen Feststoffen, insbesondere von Kies und Sand, von Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein gekapselter Energiewandler (30), mit einer Flüssigkeit (31) und einer darin befindlichen Elektrodenanordnung (12), direkt über den zu reinigenden Feststoffen (3) angeordnet ist, so daß eine, den Energiewandler (30) abdeckende Membran (32) an den Feststoffen (3) anliegt.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (12) oder der gekapselte Energiewandler (30) als Mehrfachanordnung ausgeführt sind.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, das die Elektrodenanordnung (12) und der gekapselte Energiewandler (30) höhen-, längs- und querverstellbar angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Bereich des Energiewandlers (30) eine schwingungsdämpfende Einrichtung (35) unterhalb einer Transporteinrichtung (34) befindet.